DNA甲基化架起危險因素與卒中的橋梁

仇鑫，李子孝，3，4

腦血管病是全球范圍內(nèi)致殘和致死最主要的慢性病之一。全球疾病負(fù)擔(dān)（global burden of disease，GBD）研究結(jié)果顯示，2019年我國卒中患者已高達(dá)2876萬，其中新發(fā)卒中394萬例，卒中死亡病例219萬例，是影響我國傷殘調(diào)整生命年（disability-adjusted life years，DALYs）的首位原因[1]。目前，已發(fā)現(xiàn)與卒中相關(guān)的危險因素，如高血壓、糖尿病、高脂血癥等，與環(huán)境因素密切相關(guān)。因此，進(jìn)一步探究環(huán)境因素相關(guān)的分子調(diào)控機制可能有助于了解危險因素促進(jìn)卒中發(fā)生和發(fā)展的機制，進(jìn)而尋找潛在的干預(yù)靶點。

DNA甲基化是最早被研究的表觀遺傳調(diào)控機制之一，可在不改變基因序列的情況下引起基因表達(dá)或表型的變化，是環(huán)境因素與遺傳因素共同作用的結(jié)果。DNA甲基化并不是發(fā)生在基因組中的每個胞嘧啶殘基上，它的發(fā)生是具有差異化的，只發(fā)生在胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤（cytosine-phosphate-guanine，CpG）二核苷酸島的區(qū)域。這些CpG島主要存在于基因的啟動子區(qū)，長度至少為200 bp，其中鳥嘌呤和胞嘧啶的組成頻率超過55%，并且CG：GC的總頻率比至少為0.6。這些CpG島DNA發(fā)生甲基化后，可以改變調(diào)節(jié)區(qū)的功能狀態(tài)，但不會改變胞嘧啶的Watson Crick堿基配對。因此，它呈現(xiàn)出經(jīng)典的表觀遺傳學(xué)標(biāo)記，并在功能上參與多種形式的穩(wěn)定表觀遺傳學(xué)抑制[2]。研究表明，DNA甲基化可導(dǎo)致DNA穩(wěn)定性、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)與DNA相互作用方式發(fā)生改變，進(jìn)而調(diào)控基因的表達(dá)。在一項全基因組關(guān)聯(lián)研究中，研究人員將人類隊列中的DNA序列變化與染色質(zhì)修飾或DNA甲基化的變化進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)遺傳變異可在很大程度上解釋觀察到的組蛋白修飾或DNA甲基化的變化，證實了DNA甲基化與基因之間具有相互調(diào)控作用[3]。此外，DNA甲基化作為一種穩(wěn)定的基因表觀修飾形式，對基因表達(dá)調(diào)節(jié)起到了平衡穩(wěn)定的作用，在疾病發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。

既往研究表明，介導(dǎo)DNA甲基化發(fā)生的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶調(diào)控功能隨年齡增長而不斷發(fā)生變化，以DNA甲基化為主的表觀遺傳變化也成為了哺乳動物衰老的主要驅(qū)動因素，可引起機體發(fā)生表型變化[4]。同時，這也意味著DNA甲基化可能是很多年齡相關(guān)的疾病，如高血壓、糖尿病、高脂血癥等心腦血管危險因素的潛在致病機制，且逆轉(zhuǎn)個別分子的甲基化狀態(tài)可能會降低這些疾病的發(fā)生風(fēng)險。研究顯示，編碼膽固醇合成限速酶的3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶（3-hydrox y-3-methylglutaryl coenzyme A reductas，HMGCR）基因發(fā)生啟動子區(qū)甲基化后，會引起膽固醇反饋機制抑制，減少膽固醇合成，進(jìn)而降低血脂，并減少相關(guān)疾病的發(fā)生[5]。還有研究發(fā)現(xiàn)，載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）基因呈低甲基化狀態(tài)時，與高血脂患者血漿中TG水平升高相關(guān)。ApoE基因編碼的載脂蛋白是一種可同時通過血漿和腦脊液運輸脂質(zhì)的多功能蛋白質(zhì)，參與脂蛋白合成、加工和代謝等生物學(xué)過程，在脂質(zhì)代謝中起著核心作用，是廣受關(guān)注的治療高脂血癥的靶點[6]。此外，下丘腦中編碼1A型血管緊張素II受體（angiotensin II receptor type 1，AT1AR）的基因異常甲基化可導(dǎo)致下丘腦AT1AR上調(diào)和腎交感神經(jīng)過度激活，引發(fā)鹽敏感性高血壓[7]。同時，部分調(diào)控內(nèi)皮轉(zhuǎn)換酶1的基因發(fā)生甲基化后，也可通過激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)而影響高血壓的發(fā)生和進(jìn)展。在一項大型、多中心冠心病臨床隊列研究中，研究者共篩選出52個CpG位點的甲基化水平與心肌梗死或冠心病有關(guān)，包括在全基因組和表觀基因組研究中均被確定與血清鈣及其導(dǎo)致的冠心病風(fēng)險相關(guān)的鈣敏感受體1（calcium sensing receptor，CASR）基因、與冠狀動脈鈣化斑塊相關(guān)的蛋白酪氨酸磷酸酶非受體2型（protein tyrosine phosphatase receptor type N2，PTPRN2）基因，以及與腎功能相關(guān)的多個基因等[8]。同時，研究人員發(fā)現(xiàn)這些基因甲基化狀態(tài)可預(yù)測未來發(fā)生心血管事件的風(fēng)險，并且與心血管事件發(fā)生之間存在因果關(guān)系。

綜上所述，DNA甲基化與多個卒中危險因素都有密切聯(lián)系，對缺血性卒中發(fā)生有重要影響，逆轉(zhuǎn)某些基因的甲基化狀態(tài)可能會降低缺血性卒中的發(fā)生風(fēng)險。然而，目前DNA甲基化方面的研究多集中于腫瘤性疾病，在卒中領(lǐng)域的相關(guān)研究還處于起步階段，尚未發(fā)現(xiàn)成熟的生物標(biāo)志物或靶向治療藥物應(yīng)用于臨床。在未來的卒中研究中，應(yīng)更加重視DNA甲基化對高血壓、血脂異常及卒中發(fā)生的影響機制，找到更有針對性的藥物靶點及治療策略，為卒中的防治提供新思路。