組蛋白修飾在腹主動(dòng)脈瘤發(fā)生和發(fā)展中的作用

王浙宇 薛冠華

腹主動(dòng)脈瘤(abdominal aortic aneurysm，AAA)是一種嚴(yán)重威脅人類健康的腹主動(dòng)脈局限擴(kuò)張性疾病。遺傳、性別、吸煙和高齡是AAA發(fā)生的危險(xiǎn)因素[1]，其中吸煙和高齡對表觀遺傳學(xué)改變的影響顯著[2-3]。表觀遺傳學(xué)主要研究在不涉及DNA序列改變的情況下調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，其機(jī)制主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、微RNA(microRNA，miRNA)和長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)等，這些機(jī)制在諸多疾病中扮演著重要的角色。組蛋白修飾是表觀遺傳學(xué)中一種重要的修飾方式，研究發(fā)現(xiàn)其與腹主動(dòng)脈瘤形成密切相關(guān)，以下就組蛋白修飾在腹主動(dòng)脈瘤發(fā)生和發(fā)展中的作用做一綜述。

1 組蛋白修飾及其作用

組蛋白修飾是指在組蛋白翻譯完成后，其氮端發(fā)生多種共價(jià)修飾。在正常情況下，該修飾過程可調(diào)控DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和修復(fù)。如組蛋白賴氨酸乙?；泻土速嚢彼釟埢恼姾?，減弱了組蛋白和DNA中帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)之間的吸引，導(dǎo)致該部分的基因向轉(zhuǎn)錄活性轉(zhuǎn)變[4]；而組蛋白甲基化被相應(yīng)效應(yīng)器識別，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄相關(guān)分子的募集來改變?nèi)旧|(zhì)和轉(zhuǎn)錄狀態(tài)[5]。

目前對組蛋白乙酰化與甲基化的研究較多，除此之外，磷酸、泛素、乳酸和聚-ADP-核糖基團(tuán)等修飾已在組蛋白不同殘基中被發(fā)現(xiàn)，這些修飾因素可調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，影響基因的功能。

2 組蛋白修飾與AAA的發(fā)生和發(fā)展

2.1 組蛋白乙?；?組蛋白乙酰化狀態(tài)在組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferases，HAT)和組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDAC)的作用下保持動(dòng)態(tài)平衡[6]，而組蛋白乙?；臓顟B(tài)與AAA的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。AAA患者T細(xì)胞中組蛋白H3總體乙?；潭群徒M蛋白H3第9位賴氨酸特異性乙酰化程度(histone H3 lysine 9 acetylation，H3K9AC)均高于健康人群組，異常的組蛋白乙?；綄?dǎo)致T細(xì)胞大量增殖和活化，并促進(jìn)其向AAA組織浸潤[7]。Han等[8]在人AAA組織中檢測到HAT表達(dá)增加，以及組蛋白乙酰化修飾增加，尤其是人AAA中組蛋白H3第9位賴氨酸(histone H3 lysine 9，H3K9)和組蛋白H3第18位賴氨酸(histone H3 lysine 18，H3K18)的乙酰化程度比健康主動(dòng)脈組織高2.8倍和1.8倍。

近年來，針對AAA與組蛋白乙?；P(guān)系的研究逐漸增多。有研究[9]結(jié)果顯示，在使用血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)誘導(dǎo)的小鼠AAA模型中，輸注AngⅡ早期(輸注后1周，即主動(dòng)脈的炎癥和氧化應(yīng)激普遍存在，但AAA未形成之前)，H3K9、H3K18的乙?；矫黠@上調(diào)，而組蛋白H3第56賴氨酸(histone H3 lysine 56，H3K56)的乙?；矫黠@下調(diào)；輸注AngⅡ的中后期(輸注后2～3周，AAA形成的中后期階段)，H3K9等的乙?；较抡{(diào)。上述結(jié)果表明，H3組蛋白的動(dòng)態(tài)乙?；揎梾⑴c了AAA形成的整個(gè)過程，AAA的病理過程多與組蛋白乙?；降淖兓嘘P(guān)。眾所周知，基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)2與AAA的持續(xù)擴(kuò)張和破裂密切相關(guān)。Wang等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在β-氨基丙腈(β-aminopropionitrile，BAPN)誘導(dǎo)的胸主動(dòng)脈瘤中，沉默信息調(diào)節(jié)因子(sirtuin 1，SIRT1)過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染顯著降低了血管平滑肌細(xì)胞中MMP2啟動(dòng)子794-663 BP和430-298 BP區(qū)域中BAPN誘導(dǎo)的H3K9乙?；剑抡{(diào)MMP2水平，從而抑制小鼠胸主動(dòng)脈瘤的形成。Liu等[11]研究結(jié)果顯示，通過限制熱量的飲食可上調(diào)血管平滑肌細(xì)胞中SIRT1水平，降低MMP2啟動(dòng)子上的H3K9乙酰化水平，從而抑制MMP2在小鼠主動(dòng)脈中表達(dá)。由此推測，組蛋白乙酰化水平的變化是AAA形成過程中一個(gè)重要的病理機(jī)制。

2.2 組蛋白甲基化 組蛋白的甲基化受組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(histone methyltransferases，HMT)和組蛋白去甲基化酶(histone demethylases，HDM)等調(diào)控，組蛋白甲基化發(fā)生在賴氨酸或精氨酸殘基上，可為其他調(diào)節(jié)蛋白的招募提供結(jié)合點(diǎn)[12]。特定殘基的甲基化，如H3K9和組蛋白H3第27位賴氨酸(histone H3 lysine 27，H3K27)等的甲基化與基因抑制有關(guān)，而基因的激活則與組蛋白H3第4位賴氨酸(histone H3 lysine 4，H3K4)和組蛋白H3第36位賴氨酸(histone H3 lysine 36，H3K36)等殘基的甲基化有關(guān)[13]。甲基基團(tuán)相對較小，將其添加到賴氨酸或精氨酸殘基上不會(huì)中和其電荷，故組蛋白甲基化通常通過招募靶蛋白發(fā)揮作用，如DNA甲基轉(zhuǎn)移酶和DNA甲基化結(jié)合蛋白可直接與組蛋白甲基化酶結(jié)合，緊密合作共同發(fā)揮作用[14]。

組蛋白甲基化在AAA的發(fā)展過程中亦起重要作用。Greenway等[9]在AngⅡ誘導(dǎo)的小鼠AAA模型中，檢測到H3組蛋白甲基化的動(dòng)態(tài)變化。通過對人AAA組織的單細(xì)胞RNA測序鑒定出主動(dòng)脈單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞中HDM表達(dá)增加，導(dǎo)致炎癥免疫反應(yīng)增加[15]。通過進(jìn)一步機(jī)制探索，在血管平滑肌細(xì)胞中，人蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶1(protein arginine methyltranferase-1，PRMT1)通過上調(diào)心肌素啟動(dòng)子區(qū)域組蛋白H4第3位精氨酸(histone H4 arginine 3，H4R3)不對稱二甲基化、H3K9乙酰化水平，下調(diào)抑制性的H3K27三甲基的富集而維持細(xì)胞正常收縮功能，隨著年齡的增加，PRMT1含量減少，加劇血管功能障礙[16]。而在內(nèi)皮細(xì)胞中，Brahma-相關(guān)基因1(Brahma-related gene1，BRG1)與賴氨酸去甲基化酶3A(Lysine demethylase 3A，KDM3A)共同下調(diào)H3K9二甲基化水平，促進(jìn)集落刺激因子1(colony stimulating factor 1，CSF1)轉(zhuǎn)錄和巨噬細(xì)胞招募，使血管炎癥長期存在，促進(jìn)AAA形成；內(nèi)皮細(xì)胞BRG1特異性缺失可抑制巨噬細(xì)胞募集，從而限制炎癥反應(yīng)的發(fā)生[17]。在調(diào)節(jié)組蛋白甲基化的過程中，亦有組蛋白乙?；嚓P(guān)的酶參與，胸主動(dòng)脈瘤的平滑肌細(xì)胞中BRG1可與去乙酰化酶HDAC9共同作用，形成復(fù)合物介導(dǎo)H3K27甲基化[18]。

母體高脂飲食會(huì)增加子代小鼠AAA的易感性，并伴有其主動(dòng)脈內(nèi)膜周圍MMP活性增強(qiáng)，應(yīng)用破骨細(xì)胞抑制劑治療可延緩AAA的發(fā)展，表明破骨細(xì)胞樣巨噬細(xì)胞的積累在AAA擴(kuò)張中起關(guān)鍵作用，這是由于干擾素調(diào)節(jié)因子8(interferon regulatory factor 8，IRF8)啟動(dòng)子區(qū)域H3K27三甲基化水平增高，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞向破骨細(xì)胞樣巨噬細(xì)胞分化[19]。

2.3 組蛋白其他修飾 除組蛋白甲基化與乙?；?，越來越多的組蛋白修飾方式被發(fā)現(xiàn)。趙英明教授團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)乳酸化可作為組蛋白翻譯后的一種修飾方式，調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄[20]；同時(shí)組蛋白乳酸化也通過糖酵解環(huán)節(jié)參與一些疾病的調(diào)控，如眼黑色素瘤[21-22]。乳酸作為糖酵解途徑的產(chǎn)物，其產(chǎn)生的乳酰輔酶A可作為底物調(diào)控組蛋白的乳酸化水平[22]。而Oller等[23]發(fā)現(xiàn)，在胸主動(dòng)脈瘤的血管平滑肌細(xì)胞中線粒體功能障礙導(dǎo)致乳酸產(chǎn)量增加，過量的乳酸可能可以作為組蛋白乳酸化的底物，導(dǎo)致主動(dòng)脈瘤組織中組蛋白乳酸化水平上調(diào)，參與動(dòng)脈瘤的發(fā)生和發(fā)展過程。

其他形式的組蛋白修飾在心血管疾病中也發(fā)揮著重要作用。Saadatmand等[24]在晚期心力衰竭患者的心室肌中發(fā)現(xiàn)，人血紅蛋白轉(zhuǎn)錄相關(guān)區(qū)域組蛋白H3第28位絲氨酸(histone H3 serine 28，H3S28)高水平磷酸化，導(dǎo)致血紅蛋白表達(dá)增加。Tang等[25]研究發(fā)現(xiàn)，人類肥厚型心肌病中心肌細(xì)胞組蛋白H3第18位賴氨酸(histone H3 lysine 18，H3K18)巴豆?；徒M蛋白H2B第12位賴氨酸(histone H3 lysine 18，H2BK12)巴豆酰化水平均升高，并受短鏈烯酰輔酶A水合酶調(diào)控。同時(shí)，也有主動(dòng)脈內(nèi)膜中浸潤的中性粒細(xì)胞通過釋放包含組蛋白的中性粒細(xì)胞的細(xì)胞外陷阱來參與AAA的形成[26]。目前，關(guān)于AAA中其他組蛋白修飾位點(diǎn)的研究仍較少，但是不同類型的組蛋白修飾調(diào)節(jié)在AAA里的作用不可忽視。

3 調(diào)節(jié)組蛋白修飾作為藥物治療靶點(diǎn)

目前對AAA的治療策略僅限于對有高破裂風(fēng)險(xiǎn)的AAA進(jìn)行侵入性手術(shù)修復(fù)，尚無有效的藥物來阻止AAA的發(fā)生、發(fā)展和破裂。他汀類藥物、強(qiáng)力霉素、維生素E、Cox-2抑制劑、ACEI和Ang Ⅱ受體阻斷劑等藥物被認(rèn)為可降低AAA的擴(kuò)張程度，但其中僅他汀類藥物的作用相對明確，其余藥物尚無確切的證據(jù)表明其臨床效益[27]。

Galán等[28]研究發(fā)現(xiàn)，與健康供體相比，AAA樣本中HDAC的表達(dá)增加，使用Ⅰ類HDAC抑制劑(MS-275)或Ⅱa類HDAC抑制劑(MC-1568)治療可提高AAA小鼠的存活率，降低AAA發(fā)生率及其嚴(yán)重程度，并且兩種抑制劑均有效地減少了彈性蛋白和膠原蛋白纖維發(fā)生紊亂，以及淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤。目前臨床應(yīng)用的HDAC抑制劑主要針對靶向癌的治療，如用于治療皮膚T細(xì)胞淋巴瘤的伏立諾他[29]和羅米地辛[30]，或是治療外周T細(xì)胞淋巴瘤的西達(dá)本胺[31]，均已獲批準(zhǔn)上市。除了通過HDAC抑制劑來調(diào)節(jié)組蛋白乙?；?，Vinh等[32]研究發(fā)現(xiàn)Metacept-1(一種最新合成的異羥肟酸衍生物)可通過抑制組蛋白的去乙酰化來調(diào)節(jié)尿激酶型纖溶酶原激活物和MMP9的表達(dá)。而Zhang等[33]研究發(fā)現(xiàn)，帕比司他、曲古抑菌素A和伏立諾他等泛HDAC抑制劑增加了小鼠罹患胸主動(dòng)脈瘤的易感性；因此，對于胸主動(dòng)脈瘤患者或有可能發(fā)展為胸主動(dòng)脈瘤的個(gè)體，治療中應(yīng)謹(jǐn)慎使用泛HDAC抑制劑。

Cao等[34]研究結(jié)果顯示，HMT抑制劑WDR5-0103全身給藥可使小鼠H3K4三甲基化水平顯著降低，記憶相關(guān)行為發(fā)生顯著減少，有望改善阿茲海默癥患者的癥狀。組蛋白甲基化酶zeste基因增強(qiáng)子同源物2(enhancer ofzestehomolog 2，EZH2)抑制劑，鹽酸3-去氮腺嘌呤A(3-Deazaneplanocin A，DZNep)可抑制體內(nèi)組蛋白甲基化。Jiang等[35]研究發(fā)現(xiàn)，DZNep可抑制肝星狀細(xì)胞H3K27三甲基化調(diào)節(jié)肝星狀細(xì)胞活化和肝纖維化。此外，使用EZH2抑制劑可通過抑制巨噬細(xì)胞組蛋白甲基化水平恢復(fù)干擾素調(diào)節(jié)因子8(interferon regulatory factor 8, IRF8)的表達(dá)，部分逆轉(zhuǎn)子代小鼠罹患AAA的易感性[19]。目前獲FDA批準(zhǔn)上市的HMT抑制劑包括他澤司他，已用于上皮樣肉瘤和濾泡性淋巴瘤的治療[36]。

綜上所述，使用HDAC抑制劑治療在動(dòng)物AAA模型中有較好的效果，可延緩AAA的發(fā)展和減少瘤體破裂發(fā)生，但具體機(jī)制仍不清楚，尚無法真正應(yīng)用于臨床。隨著各種針對腫瘤的HDAC抑制劑和HMT抑制劑的上市，使HDAC抑制劑作為AAA的藥物治療手段成為可能。

4 總結(jié)與展望

AAA的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，近年來關(guān)于組蛋白異常修飾與AAA發(fā)病機(jī)制的研究不斷深入，越來越多的學(xué)者認(rèn)識到組蛋白可通過乙酰化和甲基化修飾調(diào)控AAA相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，從而影響AAA的發(fā)生和發(fā)展。這種異常的組蛋白修飾具有可逆性，使其成為AAA藥物治療的重要靶點(diǎn)。目前針對腫瘤和神經(jīng)內(nèi)科疾病等治療的組蛋白異常修飾的藥物已獲FDA批準(zhǔn)上市，但用于治療AAA尚需進(jìn)一步的研究。深入研究組蛋白修飾在AAA發(fā)生和發(fā)展中的作用豐富了表觀遺傳學(xué)的內(nèi)容，深化臨床醫(yī)師對AAA發(fā)生、發(fā)展機(jī)制的認(rèn)識，同時(shí)為AAA的藥物治療手段提供了新思路和新靶點(diǎn)。