動脈粥樣硬化的表觀遺傳調(diào)控

陳麗君，高奮

(山西醫(yī)科大學：1第二臨床醫(yī)學院，2第二醫(yī)院心血管內(nèi)科，太原 030001)

動脈粥樣硬化是由多種不同因素作用于不同環(huán)節(jié)所導致的慢性疾病，病因尚未完全確定。隨著研究的深入，遺傳因素在慢性病中的作用被揭示，其中表觀遺傳學在慢性疾病發(fā)生和發(fā)展中的作用逐漸被認識，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA。在動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展過程中血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)在疾病的早期和晚期發(fā)揮著不同的作用。近年來，表觀遺傳學在VSMCs增殖、轉(zhuǎn)化和遷移的研究中取得了重大進展，但仍處于起步階段[1]。DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA與動脈粥樣硬化之間的關(guān)系密切，這三種主要的表觀遺傳調(diào)控通過調(diào)節(jié)血管平滑肌細胞影響動脈粥樣硬化進程，本文將對此進行綜述。

1 血管平滑肌細胞與動脈粥樣硬化

泡沫細胞形成最早的粥樣硬化病變脂質(zhì)條紋，其中泡沫細胞的來源除了人們公認的巨噬細胞外，大約有二分之一來源于血管平滑肌細胞。VSMCs參與動脈粥樣硬化、血管成形術(shù)后再狹窄及高血壓病等，本文主要闡述VSMCs在動脈粥樣硬化中的作用。VSMCs在人體發(fā)育的過程中經(jīng)歷了由合成型/增殖型/分泌型(未分化型)向收縮型/成熟型(分化型)的表型轉(zhuǎn)換。

合成型VSMCs主要存在于胚胎中期的生理血管和成熟后的病理血管中，其主要功能是增殖、遷移入內(nèi)膜以及合成細胞外基質(zhì)蛋白。形態(tài)上類似成纖維細胞，肌絲和結(jié)構(gòu)蛋白含量少，合成細胞器(如粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復合體)含量較多，合成和分泌基質(zhì)蛋白的能力較強、體積較大，標志物主要有骨橋蛋白(osteopontin，OPN)、Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(recombinant runt related transcription factor 2，Runx2)。收縮型VSMCs主要存在于胚胎后期血管和正常血管中，其增殖、遷移能力差或無，胞體呈梭形或帶狀，含大量肌絲和結(jié)構(gòu)蛋白，合成細胞器含量較少，合成和分泌基質(zhì)蛋白的能力較差或無，體積較小，標志物主要有α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle aorta/actin α2，ACTA2)、平滑肌肌動蛋白22α(smooth muscle 22α，SM22α)。

巨噬細胞表型的VSMCs吞噬脂質(zhì)能力增強，膽固醇逆轉(zhuǎn)運減少，細胞內(nèi)的脂質(zhì)沉積明顯增多，向泡沫細胞轉(zhuǎn)變的進程加快，并且巨噬細胞表型的VSMCs參與炎癥反應，抑制其增殖和合成能力，降低動脈粥樣硬化中后期斑塊的穩(wěn)定性。

VSMCs在人體發(fā)育過程中，由合成型向收縮型的表型轉(zhuǎn)換是可逆的。在適應性反應中，活化的VSMCs可以適度增殖和遷移，有助于血管壁修復；但是，在病理狀態(tài)下，血管受損后，在各種炎癥因子的刺激下，通過多種信號通路使VSMCs由收縮型向合成型過度轉(zhuǎn)換[2]，細胞的增殖率及細胞外基質(zhì)的合成和分泌大大增加，促進粥樣斑塊形成。細胞外基質(zhì)在斑塊纖維帽的形成和完整性的維持中扮演著重要的角色，膠原蛋白是細胞外基質(zhì)的主要成分，分泌的膠原蛋白減少，斑塊穩(wěn)定性降低。在VSMCs由收縮型向合成型轉(zhuǎn)化的過程中，細胞的分泌功能下降，膠原蛋白分泌減少，斑塊的穩(wěn)定性下降，因此，VSMCs的表型轉(zhuǎn)化在維持斑塊穩(wěn)定性中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。其次，VSMCs發(fā)生凋亡、壞死和衰老，也可引起分泌的細胞外基質(zhì)減少，斑塊穩(wěn)定性降低。而且，斑塊鈣化也會影響斑塊的穩(wěn)定性，且鈣化程度和穩(wěn)定性呈反比。VSMCs在病理條件刺激下可由收縮表型向成骨表型轉(zhuǎn)化，促進斑塊鈣化過程。在斑塊鈣化過程中，VSMCs表達多種成骨轉(zhuǎn)錄因子，主要有Runx2，生成多種骨生成相關(guān)蛋白，主要有骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(bone morphogenetic protein, BMP2)、形態(tài)發(fā)生蛋白4(bone morphogenetic protein, BMP 4)及堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)。表觀遺傳通過影響上述轉(zhuǎn)錄因子及相關(guān)蛋白的表達對 VSMCs成骨表型轉(zhuǎn)化過程進行調(diào)節(jié)，從而影響斑塊的穩(wěn)定性。

2 表觀遺傳與血管平滑肌細胞

2.1 組蛋白修飾與血管平滑肌細胞

去分化可增強其生長能力，組蛋白修飾包括組蛋白甲基化、乙?；胺核鼗?。組蛋白H3上的第9個賴氨酸甲基化被抑制后，VSMCs的收縮蛋白表達上調(diào)，向收縮表型轉(zhuǎn)換，增殖能力減弱。而關(guān)于VSMCs的增殖和遷移，涉及最多的是組蛋白乙?；M蛋白乙?；墙M蛋白修飾的一種重要方式。一般情況下，組蛋白的乙酰化有利于DNA與組蛋白八聚體的解離，核小體結(jié)構(gòu)松弛，從而使各種轉(zhuǎn)錄因子和協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子能與DNA結(jié)合位點特異性結(jié)合，激活基因的轉(zhuǎn)錄。在細胞核內(nèi)，組蛋白乙酰化與組蛋白去乙?；^程處于動態(tài)平衡，并由組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase, HAT)和組蛋白去乙?；?histone deacetylase, HDAC)共同調(diào)控。HAT將乙酰輔酶A的乙酰基轉(zhuǎn)移到組蛋白氨基末端特定的賴氨酸殘基上，HDAC使組蛋白去乙酰化，與帶負電荷的DNA緊密結(jié)合，染色質(zhì)致密卷曲，基因的轉(zhuǎn)錄受到抑制。

HDAC3是HDAC的一個主要成員。HDAC3通過調(diào)節(jié)過氧化物酶體增殖物受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)參與VSMCs的增殖和炎癥反應。HDAC3可通過減少salusin-β對PPARγ蛋白的抑制，使PPARγ蛋白表達增加，活性增強，從而抑制VSMCs的增殖和炎癥反應[3]；還可以通過激活P38MAPK-HDAC3途徑，使下游的PPARγ表達減弱，增強了VSMCs的增殖和炎癥作用，Subramanian等[4]通過動物實驗發(fā)現(xiàn)血管緊張素Ⅱ刺激小鼠主動脈血管平滑肌細胞的轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)表達增加，驗證了此條路徑；此外，WD重復結(jié)構(gòu)域蛋白5(WD-40 repeat-containing protein 5, WDR5)還可以與HDAC3形成復合物的形式增加靶基因NOX1組蛋白修飾對血管平滑肌表型的改變[5]。

新發(fā)現(xiàn)HDAC9也發(fā)揮著重要作用。HDAC9基因與冠心病的發(fā)生具有獨立相關(guān)性，其表達增加對冠心病的發(fā)生具有促進作用[6]；其次，HDAC9可參與動脈粥樣硬化中炎癥反應過程，劉新鋒[7]通過對人冠狀動脈平滑肌細胞的培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)HDAC9基因抑制脂多糖誘導的腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白細胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)、白細胞介素-8(interleukin-8, IL-8)的分泌，達到抑制炎癥反應的目的；此外，HDAC9基因影響VSMCs增殖和凋亡，通過促進脂多糖誘導的冠狀動脈平滑肌細胞的凋亡，抑制平滑肌細胞增殖[7]。HDAC包括多種成員，其他成員是否參與了血管平滑肌細胞的表型轉(zhuǎn)換、增殖和遷移仍待進一步研究。

2.2 非編碼RNA與血管平滑肌細胞

非編碼RNA根據(jù)RNA的長度和結(jié)構(gòu)分為微小RNA、環(huán)狀RNA及長鏈非編碼RNA等，在血管平滑肌細胞的增殖、表型轉(zhuǎn)化、遷移等方面發(fā)揮著作用。

2.2.1 微小RNA與血管平滑肌細胞 微小RNA之間通過相互形成作用網(wǎng)及信號通路的方式促進血管平滑肌細胞增殖。miR-92a-3p_R+1和miR-92a-5P促進VSMCs由收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)化，沈菊連等[8]通過動物實驗發(fā)現(xiàn)高表達miR-92a-3p_R+1和miR-92a-5P使氧化低密度脂蛋白(oxidation low-density lipoprotein, ox-LDL)誘導的大鼠VSMCs的ERK1/2磷酸化水平增加，引起VSMCs增殖率增加，SM22α表達下調(diào)，使用抑制劑后結(jié)果相反；其次，miR-33a促進VSMCs收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)化，體外實驗[9]表明高表達miR-33a通過介導PI3K/Akt/mTOR通路，引起合成型標志物OPN蛋白表達量高，ACTA2蛋白表達量下降，細胞增殖、遷移能力增強，低表達miR-33a得到的結(jié)果與之相反。

也有部分微小RNA抑制血管平滑肌細胞增殖。miR-223-3p促進VSMCs由合成表型向收縮表型轉(zhuǎn)化，通過動物實驗證明miR-223-3p阻斷STAT3的表達抑制IL-6/STAT3誘導的VSMCs鈣化，減少了VSMCs中的堿性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)、OPN和Runx2的mRNA表達[10]；miR-181c-5p通過下調(diào)非受體蛋白酪氨酸磷酸酶PTPN4的生物作用使VSMCs增殖率、遷移能力降低[11]，凋亡率增加；miR-449a降低VSMCs的增殖和遷移能力[12]，通過降低上皮鋅指轉(zhuǎn)錄因子Kruppel樣因子4(Kruppel like factor 4, KLF4)的表達抑制VSMCs轉(zhuǎn)化為去分化表型。

微小RNA在VSMCs的鈣化過程中也發(fā)揮作用。低表達miR-30b促進了VSMCs向成骨表型轉(zhuǎn)化，加速了斑塊中VSMCs鈣化，周薇等[13]通過對大鼠胸主動脈血管平滑肌細胞體外研究證實低表達miR-30b使高磷刺激下的成骨表型VSMCs主要標志物Runx2表達上調(diào)，ALP活性增加；抑制miRNA-103表達，可誘導VSMCs向成骨表型轉(zhuǎn)化，促進高磷下的VSMCs鈣化，Runt2表達增加[14]。

2.2.2 環(huán)狀RNA與血管平滑肌細胞 環(huán)狀RNA通過調(diào)控細胞生長因子、細胞生長周期、信號傳導通路及轉(zhuǎn)錄因子等調(diào)節(jié)VSMCs表型轉(zhuǎn)化[15]。環(huán)狀RNA通過競爭性海綿、信號通路及蛋白結(jié)合等方式抑制VSMCs增殖和遷移[16-18]。hsacirc0001402抑制VSMCs增殖，hsacirc0001402海綿競爭性吸附hsa-miR-183-5p而上調(diào)CD44和FK506結(jié)合蛋白樣蛋白(FK506 binding protein like protein, FKBPL)的表達，競爭性吸附hsa-miR-545-3p而上調(diào)低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1(low-density lipoprotein receptor related protein 1, LRP1)的表達；低表達環(huán)狀RNA WDR77通過抑制miR-124/FGF2信號通路使VSMCs增殖率和遷移率降低[16]；circANRIL抑制細胞生長周期、促進細胞凋亡，circANRIL與核糖體RNA(ribosomal RNA, rRNA)競爭核仁蛋白PES1結(jié)合，阻礙核糖體成熟，使細胞出現(xiàn)小核仁、核系組織紊亂以及細胞周期相關(guān)蛋白p53激活入核；敲除circ RNA TET3可抑制VSMCs遷移，circ RNA TET3可以充當內(nèi)源性miR-351-5p海綿。

環(huán)狀RNA促進VSMCs增殖、抑制鈣化。Circ-ARFIP2促進VSMCs增殖、遷移和侵襲，circ-ARFIP2通過miR-338-3p通路調(diào)控激酶插入結(jié)構(gòu)域受體(kinase insert domain receptor, KDR)的表達[19]；circ-Samd4a抑制VSMCs向成骨表型轉(zhuǎn)化，阻礙鈣化的進程[20]，circ-Samd4a通過充當miR-125a-3p和miR-483-5p的海綿來調(diào)節(jié)鈣調(diào)蛋白調(diào)節(jié)蛋白相關(guān)蛋白2(calnodulin regulated spectrin-associated protein famiy member 2, CAMSAP2)和細絲蛋白A(filament protein A, FLNA)，抑制VSMCs的成骨表型相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Runx2和相關(guān)蛋白BMP2、BMP4的表達水平。

2.2.3 長鏈非編碼RNA與血管平滑肌細胞 有研究表明長鏈非編碼RNA在VSMCs增殖過程中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并且通過微小RNA和環(huán)狀RNA共同發(fā)揮作用[21，22]。lncRNA ANCR抑制hnRNPA1降解且激活miR-490-3p，從而使VSMCs增殖增加和凋亡減少。LncRNA 00341的敲除抑制了VSMCs的增殖和遷移能力，并且lncRNA 00341通過海綿吸收miR-214促進FOXO4蛋白的表達，該蛋白反饋性地導致lncRNA 00341的轉(zhuǎn)錄激活。最終表明，lncRNA 00341/miR-214/FOXO4反饋環(huán)促進了VSMCs的增殖和遷移[22]。Bell等[23]通過對人冠狀動脈平滑肌細胞進行RNA測序發(fā)現(xiàn)了31個未被注釋的lncRNA，稱為平滑肌和內(nèi)皮細胞富集的遷移分化相關(guān)的長鏈非編碼RNA(smooth muscle and endothelial cell-enriched migration/differentiation associated lncRNAs, SENCR)，低表達SENCR后可以看到平滑肌細胞的收縮標志物表達量降低，合成標志物表達量升高，推測SENCR可抑制VSMCs表型轉(zhuǎn)化。不同長鏈非編碼RNA在VSMCs增殖過程中發(fā)揮著不同的作用，其機制待進一步深入的研究。

2.3 DNA甲基化與血管平滑肌細胞

DNA高甲基化影響動脈粥樣硬化發(fā)育期間VSMCs標記基因的表達，損害VSMCs功能[24]。有研究表明高磷酸鹽濃度增加了DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的活性，進而導致SM22α啟動子區(qū)域的甲基化，進而引起SM22α表達的缺失與成骨細胞轉(zhuǎn)錄因子Cbfa1表達增加，血管鈣化增加[25]。10-11易位酶2(ten-eleven translocation 2,TET2)可以使5-甲基胞嘧啶去甲基化，具有抗動脈粥樣硬化和血管保護作用。TET2過表達使VSMCs向收縮型轉(zhuǎn)化，TET2低表達使VSMCs向合成型轉(zhuǎn)化?？傊琓ET2是調(diào)節(jié)VSMCs的重要因素，在動脈粥樣硬化中起重要作用。而體外研究實驗也證明增殖的血管平滑肌細胞5甲基胞嘧啶水平降低, 說明DNA的低甲基化可以促進血管平滑肌細胞增殖。DNMT1通過催化KLF4啟動子區(qū)域的DNA甲基化而下調(diào)KLF4的表達[26]，抑制VSMCs表型轉(zhuǎn)換。不同的DNA甲基化可引起VSMCs的表型轉(zhuǎn)換。

3 表觀遺傳和其他血管細胞

血管內(nèi)皮細胞促進脂質(zhì)點的形成，在動脈粥樣硬化的初始階段發(fā)揮關(guān)鍵作用，內(nèi)皮細胞KLF4啟動子的甲基化通過血流紊亂增加，從而抑制KLF4表達,促進內(nèi)皮細胞炎癥作用[27]。miRNA和TET2可調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞功能，組蛋白修飾和細胞因子參與內(nèi)皮細胞基因表達和多種相關(guān)調(diào)節(jié)因子的合成，引起內(nèi)皮細胞功能紊亂，加速了動脈粥樣硬化的起始階段。巨噬細胞吞噬ox-LDL,轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽毎?參與形成早期脂質(zhì)條紋，組蛋白修飾影響巨噬細胞的吞噬功能，并誘導分化為炎性細胞參與炎性反應；DNA甲基化導致巨噬細胞內(nèi)的自由基蓄積引起線粒體功能障礙，加重動脈粥樣硬化；非編碼RNA調(diào)節(jié)巨噬細胞的表型和炎性反應。

4 小結(jié)和展望

綜上，VSMCs對粥樣斑塊的形成、穩(wěn)定性和鈣化發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。表觀遺傳學因素的改變通過細胞生長因子、細胞生長周期、信號傳導通路及轉(zhuǎn)錄因子等多種方式調(diào)節(jié)VSMCs表型轉(zhuǎn)換，引起VSMCs的增殖、轉(zhuǎn)化、遷移、鈣化和凋亡異常，參與粥樣斑塊的發(fā)展。并且它們之間不是單一的作用關(guān)系，而是相互作用、相互影響，形成復雜的作用網(wǎng)絡，共同作用于動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化性血管疾病作為一種世界范圍內(nèi)人類死亡的主要原因，隨著人類基因組學的發(fā)展，表觀遺傳學在慢性疾病發(fā)生和發(fā)展中的重要作用逐漸被認識，且目前更多的研究集中在血管內(nèi)皮細胞和巨噬細胞在其發(fā)生發(fā)展中的作用，在血管平滑肌細胞方面的研究較少，本文主要總結(jié)了表觀遺傳學在血管平滑肌細胞方面的作用。然而關(guān)于表觀遺傳學因素的改變及參與動脈粥樣硬化的具體機制尚未完全闡明，希望隨著表觀遺傳學和動脈粥樣硬化疾病機制研究的不斷深入，其在動脈粥樣硬化疾病的發(fā)生發(fā)展過程中的作用不斷被完善，為減慢動脈粥樣硬化疾病進程及其預測和治療提供更多的依據(jù)，為人類慢性病的防治打開新局面。