心肌肥大表觀遺傳調(diào)控的研究進展

鄭婧婧，卜 寧，趙 釗，張佳靖，于 慧，趙宇航*

(1.包頭醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014000；2.內(nèi)蒙古包鋼療養(yǎng)院，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

世界上每年有約1 750萬人死于心血管疾病，占全球死亡總數(shù)的31%，對人類造成了巨大的健康問題和經(jīng)濟負擔(dān)[1]。而心血管疾病共同的病理生理變化就是心肌肥大(cardiac hypertrophy)。心肌肥大是一種適應(yīng)性反應(yīng)，但在長期的病理應(yīng)激下，這種反應(yīng)會發(fā)展成為一種伴隨心肌細胞丟失、間質(zhì)成纖維細胞增殖以及膠原的沉積等現(xiàn)象的不可逆過程[2]，可能引發(fā)機體高血壓、心肌纖維化、心力衰竭、心肌梗死和冠狀動脈粥樣硬化等疾病，進而造成心源性疾病死亡。

表觀遺傳學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點之一，主要包括DNA修飾、RNA修飾、組蛋白修飾、非編碼RNA對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控等多個方面。目前研究顯示這些表觀遺傳機制在心肌肥大過程中具有重要調(diào)節(jié)功能，本文將根據(jù)現(xiàn)有文獻對心肌肥大過程中的DNA甲基化、RNA甲基化、組蛋白修飾以及非編碼RNA幾個方面進行綜述，歸納和總結(jié)目前研究進展，為后期的研究工作提供理論指導(dǎo)。

1 DNA甲基化與心肌肥大

DNA甲基化主要通過DNMTs(DNA methyltransferase，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶)的催化，以SAM(sadenosyl methionine，S腺苷甲硫氨酸)為甲基供體，將甲基轉(zhuǎn)移到特定堿基上，進而調(diào)節(jié)某些基因的表達。

研究顯示DNA甲基化參與了心肌肥大的發(fā)生發(fā)展。去甲腎上腺素誘導(dǎo)的心肌肥大模型小鼠中，發(fā)生了全基因組甲基化，同時左心室PKCε(protein kinase c epsilon，蛋白激酶Cε)啟動子區(qū)Egr-1(early growth responsive gene-1，早期生長應(yīng)答因子1)結(jié)合位點也發(fā)生了基因特異性甲基化，用5-氮雜胞苷處理后，甲基化程度明顯降低，同時抑制了心肌肥大[3]。RG108作為一種DNMTs抑制劑，通過減弱DNA甲基化來抑制壓力超負荷誘導(dǎo)的大鼠病理性心肌肥大[4]。同樣作為DNMTs抑制劑的5-氮雜胞苷可通過抑制SERCA2a(sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase，肌質(zhì)/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+ATP酶2a)啟動子區(qū)甲基化來促進SERCA2a蛋白的表達，進而抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌細胞肥大[5]。在自發(fā)性高血壓導(dǎo)致的 心肌肥厚大鼠模型中，膽堿通過調(diào)控2-OG/TET(2-oxoglutarate/ten-eleven translocation，2-酮戊二酸/10-11轉(zhuǎn)運因子)通路來促進DNA去甲基化，最終抑制心肌肥大[6]。以上研究表明，心肌肥大過程中DNA甲基化可以被DNMTs抑制劑調(diào)控，從而發(fā)揮重要作用，在心肌肥大的早期治療中具有良好的應(yīng)用前景。

2 組蛋白修飾對心肌肥大的作用

組蛋白修飾，是指組蛋白的氨基端經(jīng)酶催化而產(chǎn)生乙?；⒘姿峄?、糖基化等修飾，進而改變組蛋白結(jié)合DNA片段的活性。其中乙?；?去乙?；悄壳把芯枯^多的組蛋白修飾方式，主要通過HAT(histone acetyltransferase，組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶)和HDAC(histone deacetylase，組蛋白去乙?；?催化。

心肌肥大過程中，HDAC抑制劑TSA(trichostatina，曲古菌素A)、SK-7041、MGCD0103(mocetinostat，莫替司他)、MS-275(entinostat，恩替諾特)、CG200745發(fā)揮了重要作用。在壓力超負荷誘導(dǎo)的心肌肥大模型中，TSA抑制HDAC的表達后，可提高一些基因啟動子上的組蛋白乙?；?，如Icam1(intercellular cell adhesion molecule-1，細胞間黏附分子-1)、VCAM1(vascular cell adhesion molecule-1，血管細胞黏附因子-1)、Il21r(interleukin 21 receptor，白介素21受體)、Il6ra(interleukin-6 receptor subunit alpha，人白介素6受體α)、Ticam2(Toll like receptor adaptor molecule 2，Toll樣受體銜接分子2)和Cxcl10(cxcchemokineligand-10，Cxc趨化因子配體10)等，進而抑制心肌肥大[7]。同樣地，SK-7041在減弱了組蛋白去乙?；胶螅梢阅孓D(zhuǎn)不同的刺激(受體激動劑和壓力超負荷)誘導(dǎo)的心肌肥大[8]。在壓力誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)的心肌肥大模型中，MGCD0103、MS-275通過抑制組蛋白的去乙?；?，增加DUSP5(dual specificity phosphatase 5，雙特異性磷酸酶5)基因的表達并且阻斷心肌細胞ERK1/2(extracel-lular-regulated kinase 1/2，細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2)活化的能力，最終抑制心肌肥大[9]。在DOCA(deoxycort-one acetate，醋酸脫氧皮質(zhì)酮)誘導(dǎo)的高血壓大鼠模型中，CG200745在抑制HDAC后，通過提高TSC2(tuberous sclerosis 2，結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物2)和C/EBP-β(CCAAT/enhancer binding protein beta，CCAAT增強子結(jié)合蛋白β)啟動子的組蛋白乙酰化水平而抑制了mTORC1(mammalian target of rapamy-cin complex 1，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1)信號，最終抑制了心肌肥大[10-11]?？梢哉f明HDAC抑制劑可能通過抑制組蛋白的去乙?；瘉碚{(diào)控某些基因的表達，進而調(diào)控心肌肥大。

3 心肌肥大中的 RNA修飾

人們很早就發(fā)現(xiàn)在RNA序列的一些位點上也具有不同基團的修飾，這些修飾對RNA的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)錄活性、胞內(nèi)定位等具有重要調(diào)節(jié)功能。其中m6A(N6-methyladenosine，N6-甲基腺苷)是其中最普遍的修飾方式[12]。

m6A由以下幾種酶催化[13-14]，分別為1)具有寫入功能的writers，如METTL3/METTL14/WTAP(methyltransferase 3/methyltransferase 14/WT1 associated protein，甲基轉(zhuǎn)移酶3/甲基轉(zhuǎn)移酶14/WT1相關(guān)蛋白)等，這些酶具有將甲基基團催化連接到腺苷酸N6位置的功能。2)能夠去除m6A甲基化的erasers：如FTO/ALKBH5(FTO alpha-ketoglutarate dependent dioxygenase/Alkb homolog 5，F(xiàn)TO-α-酮戊二酸依賴性雙加氧酶/Alkb同系物5)等蛋白。FTO與ALKBH5同屬于ALKB家族，F(xiàn)TO主要通過影響SRSF2(serine and arginine rich splicing factor 2，富含絲氨酸/精氨酸剪接因子 2)與RNA的結(jié)合能力而實現(xiàn)對前體mRNA剪接的調(diào)節(jié)；ALKBH5則可以直接催化m6A的去甲基化，最終影響其mRNA的剪接與合成。3)識別m6A位點并引起下游基因調(diào)節(jié)過程的readers，如YTHDF1/YTHDF2/YTHDF3/YTHDC1(YTH N6-methyladenosine RNA binding protein 1/YTH N6-methyladenosine RNA binding protein 2/YTH N6-methyladenosine RNA binding protein3/YTH domain containing 1/heterogeneous nuclear ribonucleoprotein C，YTH N6甲基腺苷RNA結(jié)合蛋白1/YTH N6甲基腺苷RNA結(jié)合蛋白2/YTH N6甲基腺苷RNA結(jié)合蛋白3/YTH結(jié)構(gòu)域蛋白1)等。

METTL3可能介導(dǎo)了心肌肥大過程中的m6A甲基化。例如在壓力超負荷誘導(dǎo)的心肌肥大動物和細胞模型中，總體m6A的水平以及m6A相關(guān)基因METTL3的表達都增加，在敲低和過表達METTL3之后，對心肌肥大分別起到促進和抑制的作用[15]。同樣地，CHAPIR[cardiac-hypertrophy-associated piRNA(piwi-interacting RNA)，心肌肥大相關(guān)piRNA]通過與METTL3結(jié)合而抑制了Parp10[poly(ADP-ribose)polymerases，多聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶10]的mRNA的m6A修飾，最終促進了心肌肥大[16]。

目前關(guān)于m6A與心肌肥大的研究還處于萌芽階段，還有很多信號通路以及作用機制需要更加深入地探討。若明確了特定的靶點，m6A修飾可能成為預(yù)防心血管疾病的有力手段。

4 非編碼RNA與心肌肥大

非編碼RNA指的是轉(zhuǎn)錄組中未翻譯成蛋白質(zhì)的RNA序列，其可以通過多種方式調(diào)節(jié)基因的表達。根據(jù)RNA的長度可將其分為短鏈非編碼RNA[microRNAs、piRNAs和snoRNAs(small nucleolar RNA)]和長鏈非編碼RNA(lncRNAs、circRNAs)。其中microRNAs、lncRNAs和circRNAs是研究相對充分、功能較明確的3種非編碼RNA。

幾乎在所有心血管疾病中都可以檢測到非編碼RNA的表達改變，其對心血管疾病的發(fā)生發(fā)展具有非常重要的調(diào)節(jié)功能。在心肌肥大的病理發(fā)展過程中，非編碼RNA也很大程度上參與基因表達調(diào)節(jié)，下面將具體介紹這3種類型的RNA分子在調(diào)節(jié)病理性心肌肥大過程中的作用。

4.1 MicroRNAs與心肌肥大

MicroRNAs是研究最廣泛的非編碼RNA，它是一類高度保守，長度約22 nt的RNA分子，其主要通過靶向mRNA的3’UTR來負調(diào)控基因的表達，抑制蛋白翻譯[17]。在心肌肥大的研究中，人們發(fā)現(xiàn)了一系列的異常表達microRNA分子，這些microRNAs通過調(diào)控各種基因的表達各自發(fā)揮作用。

一些microRNAs具有促心肌肥大的作用。在壓力超負荷誘導(dǎo)的小鼠肥大模型中，miR-17-5p的表達明顯上調(diào)，其可以直接靶向抑制MFN2(mitofusi 2，線粒體融合蛋白-2)的表達，激活PI3K/AKT/mTOR(phosphatidylinositol 3 kinase，磷酯酰肌醇3激酶/serine/threonine kinase 3，絲氨酸/蘇氨酸激酶3)信號通路，抑制自噬，最終促進心肌肥大[18]。miR-214在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的小鼠肥大模型中表達上調(diào)，其可以通過抑制SIRT3/FoxO3a(sirtuin type 3，沉默調(diào)節(jié)蛋白3/forkhead box O3，叉頭框轉(zhuǎn)錄因子3a)信號通路下調(diào)MFN2，抑制自噬，起到促進心肌肥大的作用[19]。miR-100-5p的表達升高后可通過靶向mTOR來抑制自噬而促進心肌肥大[20]。

還有一些microRNAs具有抑制心肌肥大的作用。miR-26b-5p、miR-204-5p和miR-497-3p在運動誘導(dǎo)的小鼠肥大模型中顯著下調(diào)，將這些microRNAs過表達后，可以通過調(diào)節(jié)自噬來抑制心肌肥大[21]。

因此可以說明，心肌肥大過程中有眾多microRNAs發(fā)生了差異表達，這些microRNAs可能通過調(diào)節(jié)某些基因的表達，從而調(diào)節(jié)自噬，進而起到促進和抑制心肌肥大的作用。

4.2 LncRNAs與心肌肥大

LncRNAs是一類長度超過200 nt但不能編碼蛋白質(zhì)的RNA分子。根據(jù)定位不同，可將其分為正義型lncRNA、反義型lncRNA、增強子型lncRNA、基因內(nèi)型lncRNA、基因間型lncRNA 5類。其中，正義型lncRNA與編碼序列的正義鏈部分或全部重疊；反義型lncRNA與編碼序列的反義鏈部分或全部重疊；增強子型lncRNA由編碼基因的增強子產(chǎn)生；基因內(nèi)型lncRNA由編碼基因的內(nèi)含子產(chǎn)生；基因間型lncRNA位于相鄰兩個編碼基因之間。

LncRNAs在細胞中扮演著ceRNAs(competing endogenous RNAs，競爭性內(nèi)源性RNAs)或分子海綿的角色，能夠結(jié)合靶向的miRNAs，從而穩(wěn)定或抑制相應(yīng)的miRNA序列[22]。與microRNAs類似，lncRNAs也具有促進或抑制心肌肥大的作用。例如，lncRNA TUG1(taurine up-regulated1，?；撬嵘险{(diào)基因)通過與miR-29b-3p結(jié)合，而降低其在胞內(nèi)的水平，進而促進心肌肥大[23]。LncRNA CHRF(cardiac hypertrophy related factor，心臟肥大相關(guān)因子)能夠結(jié)合miR-93而激活/抑制Akt3(serine/threonine kinase 3，絲氨酸/蘇氨酸激酶3)信號通路，從而誘導(dǎo)心肌肥大的發(fā)生[24]。LncRNA MHRT(myosin heavy chain associated RNA transcript，肌球蛋白重鏈相關(guān)RNA轉(zhuǎn)錄本)可以通過與miR-145a-5p結(jié)合而上調(diào)Kruppel樣因子4(kruppel like factor 4,KLF4)的表達或通過與KLF4形成復(fù)合物來抑制KLF4磷酸化而促進KLF4的表達，以阻礙ERK和KLF4的結(jié)合，從而抑制心肌蛋白的表達以及心肌肥大的發(fā)展[25]。LncRNA Gm15834在主動脈弓縮窄(transverse aortic constriction，TAC)誘導(dǎo)的心肌肥大模型中大量表達，其可以通過與miR-30b-3p結(jié)合來促進Unc-51 樣自噬激酶1(Unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1)的表達，從而起到促進心肌肥大的作用[26]。

以上研究表明，lncRNAs可能與microRNAs結(jié)合來降低胞內(nèi)microRNAs的水平進而調(diào)節(jié)相應(yīng)靶基因的表達，從而起到促進/抑制心肌肥大的效應(yīng)。

4.3 CircRNAs與心肌肥大

CircRNAs是一類3’端與5’端連在一起的長度大于200 nt的閉合環(huán)狀非編碼RNA分子，具有很高的穩(wěn)定性。根據(jù)circRNAs序列來源的不同將其分為外顯子circRNA、內(nèi)含子circRNA、外顯子-內(nèi)含子circRNA 3類。與lncRNAs類似，circRNAs主要通過“海綿作用”，結(jié)合相應(yīng)的microRNAs分子，進而調(diào)節(jié)某些疾病[27]。

在心血管疾病中，circRNAs也發(fā)揮著一定的調(diào)節(jié)功能。例如心臟相關(guān)circRNA(heart-related circRNA，circRNA-HRCR)通過海綿作用與miR-223結(jié)合，抑制了miR-223的活性，從而導(dǎo)致活性調(diào)節(jié)細胞骨架相關(guān)蛋白(activity regulated cytoskeleton associated protein，ARC)的表達增加，最終抑制了心肌肥大和心力衰竭[27]。CircRNA-000203通過與miR-26b-5p、miR-140-3p結(jié)合，使胞內(nèi)miR-26b-5p、miR-140-3p水平增加，從而導(dǎo)致GATA結(jié)合蛋白4(GATA binding protein 4，GATA4)基因表達增加，進而促進了心肌肥大[28]。同樣地，同源域結(jié)合蛋白激酶3(homeodomain interacting protein kinase 3，circRNA-HIPK3)作為miR-185-3p的海綿在心肌肥大中發(fā)揮作用[29]。溶質(zhì)載體家族8成員A1(solute carrier family 8 member A1，circRNA-SLC8A1)被證明通過與miR-133a結(jié)合，導(dǎo)致miR-133a活性的降低，最終抑制了心肌肥大[30]。因此，在心肌肥大過程中，circRNAs可能通過與microRNAs結(jié)合來影響下游基因的表達，最終調(diào)節(jié)心肌肥大。

因為circRNAs具有非常好的穩(wěn)定性，在臨床診斷或治療上可能更能夠作為生物標(biāo)志物或藥物使用，但目前針對circRNAs與心肌肥大之間的研究仍然處于起步階段，在心肌肥大過程中有多少circRNAs表達異常，其對心肌肥大的作用如何，則需要更多的研究深入探討。而這些已知的circRNAs是否具有診斷意義或者能夠?qū)π募》蚀蟮闹委熎鸬疥P(guān)鍵作用也需要進一步證實。

5 問題與展望

心肌肥大過程中的表觀遺傳調(diào)控已經(jīng)開展了很多科學(xué)研究，大量臨床前的研究也提示DNMTs、HDACs以及一些非編碼RNA可能作為心肌肥大的潛在靶標(biāo)。但仍然存在很多不明確的聯(lián)系或未發(fā)現(xiàn)的分子變化需要證實，如RNA甲基化修飾在心肌肥大或心血管疾病中的功能鮮有報道；CircRNAs與心肌肥大之間的研究仍然處于起步階段；幾種表觀遺傳調(diào)節(jié)方式之間存在的復(fù)雜聯(lián)系也需要進一步探討。這些表觀遺傳機制的闡明可以幫助篩選出早期標(biāo)志物或通過早期治療干預(yù)對心肌肥大診斷和治療起到促進作用，具有良好的應(yīng)用前景。