表觀遺傳學(xué)在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病中的研究進(jìn)展

申有承 綜述 谷寧，趙永超，石蓓 審校

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，貴州 遵義563000

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(簡稱“冠心病”)是由于冠狀動脈粥樣硬化的基礎(chǔ)上出現(xiàn)血管狹窄或閉塞，造成心肌供血、供氧不足導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死的一類心臟病。據(jù)《中國心血管健康與疾病報告2019概要》結(jié)果顯示，我國每140個人中就有1例冠心病患者[1]。冠心病給個人、家庭帶來了巨大的健康及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，是我國需要面臨的重大公共衛(wèi)生問題。因此對于進(jìn)一步深入研究冠心病的發(fā)病機(jī)制，為冠心病的治療提供新的方向顯得至關(guān)重要。

表觀遺傳學(xué)是指機(jī)體的基因序列在不發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生可逆的、可遺傳改變的一門生物學(xué)學(xué)科。主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA。表觀遺傳學(xué)與眾多疾病如惡性腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、代謝性疾病的發(fā)生-發(fā)展密切相關(guān)[2-4]，近年來越來越多的研究表明表觀遺傳學(xué)在冠心病領(lǐng)域亦發(fā)揮著重要作用。本文就DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA在冠心病中的研究進(jìn)展做一綜述。

1 DNA甲基化與冠心病

DNA甲基化是指DNA序列上特定的堿基在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)的催化作用下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作為甲基供體，通過共價鍵結(jié)合的方式將胞嘧啶(C)轉(zhuǎn)化為5-甲基胞嘧啶(5-mC)的過程，該過程由DNMT催化。在哺乳動物細(xì)胞中，胞嘧啶特異性甲基轉(zhuǎn)移酶使CpG二核苷酸序列發(fā)生甲基化，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)和細(xì)胞分化[5]。DNA甲基化對于正常發(fā)育至關(guān)重要，并且與許多關(guān)鍵過程相關(guān)，包括基因組印記[6]、X染色體失活[7]、轉(zhuǎn)座因子抑制[8]和致癌[9]作用。DNA羥甲基化是在TET酶存在的條件下，由5-mC氧化為5-羥甲基胞嘧啶的過程(5hmC)[10]。

JIANG等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在44例冠心病患者與42例年齡、性別匹配的對照組患者外周血單核細(xì)胞中，冠心病組中的5-mC和5hmC顯著高于對照組。進(jìn)一步行Spearman回歸分析后發(fā)現(xiàn)5-mC和5hmC與Gensini評分呈正相關(guān)。5-mC和5-hmcC可作為調(diào)整后冠心病的危險因素。AGHA等[12]對起初未患冠心病的11 461人(平均年齡64歲，67%女性，35%非洲裔美國人)進(jìn)行長達(dá)11年的隨訪，研究發(fā)現(xiàn)52個CpG島位點(diǎn)甲基化水平與冠心病或心肌梗死的發(fā)生密切相關(guān)(P＜0.05)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這些CpGs與鈣調(diào)控的關(guān)鍵基因(ATP2B2、CASR、guuca1b、HPCAL1)，以及基因組和表觀基因組范圍的血清鈣(CASR)、血清鈣相關(guān)冠心病風(fēng)險(CASR)、冠狀動脈鈣化斑塊(PTPRN2)和腎功能(CDH23、HPCAL1)研究中鑒定的基因有關(guān)。此外PARK等[13]通過檢測50例穩(wěn)定型冠心病(SCAD)與50例急性冠脈綜合征(ACS)患者外周血白細(xì)胞的線粒體DNA拷貝數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比較于穩(wěn)定型冠心病患者，急性冠脈綜合征患者外周血白細(xì)胞的線粒體DNA D-loop區(qū)甲基化明顯更高，同時ACS組患者的線粒體拷貝數(shù)也明顯降低。

2 組蛋白修飾與冠心病

組蛋白可分為5個家族：H1/H5、H2A、H2B、H3和H4[14]，組蛋白修飾即組蛋白結(jié)構(gòu)的改變。在哺乳動物基因組中，組蛋白則可以有很多修飾形式，包括組蛋白末端的乙?；?、甲基化、磷酸化、泛素化等，這些修飾主要通過改變組蛋白的靜電電荷及其與DNA的相互作用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。目前研究最為深入的是組蛋白乙?；揎?。它在不改變DNA序列的情況下，改變?nèi)旧|(zhì)(主要由細(xì)胞核內(nèi)的DNA和組蛋白組成)的凝聚，被認(rèn)為是某些疾病潛在的治療靶點(diǎn)。組蛋白乙酰化主要由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)和組蛋白去乙?；腹餐{(diào)節(jié)(HDACs)[15]。人類基因組共編碼18種不同的組蛋白去酰化酶(HDACs)，可分為Ⅳ類、2大家族。一大家族是HDAC家族，包括Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅳ類，Ⅰ類HDAC包括了HDAC1/2/3/8；Ⅱ類HDAC包括了Ⅱa類和Ⅱb類，其中Ⅱa類包括了HDAC4/5/7/9，Ⅱb類包括了HDAC6/10；Ⅳ類HDAC僅含有HDAC11。另一大家族是Sirtuin家族，包括了Sirt1-7，與HDAC家族不同的是，Sirtuin家族的催化中心需要依賴NAD+的存在[16]。組蛋白乙?；瘯?dǎo)致組蛋白的正電荷中和，損害組蛋白與帶負(fù)電荷的DNA之間的親和力[17]。

許多關(guān)于HDACs缺失和過表達(dá)的研究表明，HDACs在信號通路修飾和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著至關(guān)重要的作用。心肌過表達(dá)組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)可促進(jìn)心肌梗死后的左室(LV)重構(gòu)[18]。WRIGHT等[19]發(fā)現(xiàn)心肌梗死的小鼠腹腔注射HDACs抑制劑(SAHA)后，梗死邊界區(qū)Wisp1分泌明顯增加，腹腔注射SAHA后，小鼠心梗邊界區(qū)Wisp1表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖及減輕梗死區(qū)纖維化反應(yīng)保護(hù)心功能。另一項研究通過C646抑制SIRT3敲除小鼠體內(nèi)的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶p300可以明顯增加冠狀動脈的血流恢復(fù)，減輕心肌間質(zhì)的纖維化水平，改善射血分?jǐn)?shù)(EF)[20]。組蛋白乙?；矎V泛參與血管內(nèi)皮炎癥過程。YANG等[21]用血管緊張素Ⅱ處理大鼠主動脈內(nèi)皮細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)HDAC4表達(dá)明顯上升，同時血管內(nèi)皮細(xì)胞(VECs)的自噬通量和炎癥介質(zhì)明顯增加，敲除HDAC4可顯著改善血管炎癥。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)HDAC4可以通過促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子forkhead box O3a(FoxO3a)去乙酰化來調(diào)控自噬，從而提高其轉(zhuǎn)錄活性。CHEN等[22]發(fā)現(xiàn)在TNF-α處理的臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中，Tubacin(一種選擇性HDAC6抑制劑)可以不通過抑制HDAC6活性，而是通過穩(wěn)定eNOS mRNA來改善內(nèi)皮炎癥反應(yīng)。此外，血管平滑肌細(xì)胞遷移到內(nèi)皮下層并由收縮型向分泌型的表型轉(zhuǎn)化在動脈粥樣硬化病理過程中同樣起著重要作用[23]。ZHENG等[24]在體外以血小板源性生長因子(PDGF-BB)培養(yǎng)血管平滑細(xì)胞(VSMCs)，促進(jìn)其病理性增生。結(jié)果發(fā)現(xiàn)PDGF-BB處理組HDAC4及miR-125a-5p表達(dá)水平顯著上升，與此同時，IRF1及LncRNA MEG3表達(dá)明顯降低。siHDAC4沉默HDAC4后，LncRNA MEG3表達(dá)明顯上升，而miR-125a-5p表達(dá)受到抑制。血管平滑肌細(xì)胞增殖明顯受到抑制。表明抑制HDAC4可以通過調(diào)節(jié)MEG3/miR-125a-5p/IRF1軸抑制PDGF-BB誘導(dǎo)VSMCs增殖。眾多的研究已表明抑制組蛋白乙?；梢员Ｗo(hù)內(nèi)皮，抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖，因此組蛋白去乙?；敢种苿┰诠谛牟≈械呐R床應(yīng)用具有非常廣闊的前景。

3 非編碼RNA與冠心病

非編碼RNA(Non-coding RNA)是指不編碼蛋白質(zhì)的RNA，根據(jù)RNA長度不同，可分為微小RNA(miRNA)和長鏈非編碼RNA(lncRNA)。微小RNA(miRNAs)是長度為20～22個堿基對的非編碼小核糖核酸分子，在轉(zhuǎn)錄后水平通過阻斷mRNA翻譯或誘導(dǎo)mRNA降解調(diào)控基因表達(dá)中發(fā)揮重要作用。在某些情況下，miRNAs可以增強(qiáng)基因的轉(zhuǎn)錄或mRNA的翻譯，從而增加蛋白質(zhì)產(chǎn)物的水平[25]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)miRNAs與血管炎癥、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及支架內(nèi)再狹窄密切相關(guān)[26]。LncRNAs是長度超過200個堿基對的非編碼RNA，LncRNAs根據(jù)其定位及其與DNA、RNA和蛋白質(zhì)的特定相互作用，可以調(diào)節(jié)染色質(zhì)的功能，調(diào)節(jié)無膜核體的組裝和功能，改變細(xì)胞質(zhì)mRNA的穩(wěn)定性和翻譯，干擾信號通路。隨著研究的深入，已有數(shù)千個LncRNA被證實(shí)參與細(xì)胞生長、分化、增殖和凋亡等多種生物學(xué)過程。近年來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)lncRNAs與冠心病之間的密切關(guān)系。

SONG等[27]在心梗的小鼠心肌內(nèi)原位注射富含miR-21的囊泡，分別在注射后1 h、2 h、4 h qPCR結(jié)果顯示，注射富含miR-21的囊泡后小鼠心肌內(nèi)miR-21含量相比較于對照組明顯增加。4周后發(fā)現(xiàn)富含miR-21的小鼠缺血邊界區(qū)凋亡的心肌細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞顯著少于對照組。研究發(fā)現(xiàn)miR-21可降低PDCD-4(一種促凋亡蛋白)的表達(dá)抑制心肌細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)miR-21還可以使SPRY1的表達(dá)減少從而抑制ERK-MAP激酶激活抑制心肌纖維化反應(yīng)。LI等[28]研究了69例冠心病患者(其中急性心肌梗死患者24例，不穩(wěn)定心絞痛24例，穩(wěn)定型心絞痛24例)與27例有胸痛癥狀但沒有冠狀動脈狹窄或痙攣患者外周血單核細(xì)胞(PBMCs)miR-21水平，發(fā)現(xiàn)冠心病組患者外周血單核細(xì)胞miRNA-21含量較對照組顯著上調(diào)。上調(diào)的miR-21降低了循環(huán)Treg細(xì)胞的頻率，降低了foxp3、TGF-β1和smad7的表達(dá)水平，降低了TGF-β1分泌到血漿的量。表明miR-21在PBMCs中通過TGF-β1/smad獨(dú)立信號通路負(fù)向調(diào)控循環(huán)Treg細(xì)胞的頻率。GAO等[29]對50例急性心肌梗死患者及50名健康對照組患者外周血進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比較于健康對照組患者，急性心肌梗死患者血中HOTAIR(一種LncRNA)表達(dá)明顯降低。在小鼠心梗模型中同樣發(fā)現(xiàn)心梗小鼠血中HOTAIR較對照組明顯降低，熒光素酶報告基因結(jié)果顯示HOTAIR與miRNA-1存在相互作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)HOTAIR過表達(dá)可下調(diào)miR-1表達(dá)水平，而HOTAIR過表達(dá)可上調(diào)miR-1表達(dá)。此外過表達(dá)HOTAIR還通過下調(diào)Bax和c-Caspase-3蛋白表達(dá)，上調(diào)Bcl-2蛋白表達(dá)抑制心肌細(xì)胞凋亡。敲除LncRNA MALAT1通過miR-145調(diào)節(jié)TGF-β1活性，促抑制心肌梗死后心肌纖維化和心臟功能惡化。以上LncRNA均通過間接機(jī)制作用影響于miRNA影響心肌細(xì)胞凋亡及心肌纖維化。LncRNA還可以直接作用于下游靶基因發(fā)揮作用。HAO等[30]通過過表達(dá)及敲除H9C2心肌細(xì)胞LncRNA GAS5，結(jié)果發(fā)現(xiàn)過表達(dá)LncRNA GAS5可以顯著減少心肌細(xì)胞凋亡，而敲除LncRNA GAS5后心肌細(xì)胞凋亡明顯增加。與此同時，在過表達(dá)LncRNA GAS5的同時發(fā)現(xiàn)蛋白sema3a表達(dá)明顯下降，進(jìn)一步行下拉實(shí)驗(yàn)及免疫共沉淀發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS5可與蛋白sema3a緊密結(jié)合。表明LncRNA GAS5可通過調(diào)節(jié)蛋白sema3a的表達(dá)影響心肌細(xì)胞凋亡。

4 結(jié)語

冠心病是由遺傳與環(huán)境因素共同作用所致的一種心臟病，其發(fā)生率逐年攀升。已成為我國國民致死的頭號殺手，嚴(yán)重加劇了國民的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。近年的研究表明表觀遺傳參與了冠心病的發(fā)病過程，表觀遺傳學(xué)極大地改變了冠心病調(diào)控的認(rèn)識。然而，必須認(rèn)識到，由于所分析的組織和疾病過程的異質(zhì)性、所研究患者的人口統(tǒng)計學(xué)及治療方法的差異，表觀遺傳學(xué)研究的結(jié)果迄今為止是不一致的。此外，表觀基因組中多種異?？赡芡瑫r存在，并相互調(diào)節(jié)，這些相互作用尚未得到充分解釋。因此，未來亟需更加嚴(yán)謹(jǐn)充分的研究來統(tǒng)一表觀遺傳機(jī)制在冠心病中的作用，從而實(shí)現(xiàn)表觀遺傳學(xué)應(yīng)用于冠心病的診斷、預(yù)后和潛在治療方法的突破。