趙 娜（綜述），趙翠萍（審校）

（哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心血管內(nèi)科，哈爾濱 150001）

表觀遺傳學(xué)指不改變DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)而改變表型的一種基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、染色體重構(gòu)、RNA干擾等［1］。DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的表觀遺傳學(xué)之一，1988年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了DNA甲基化相關(guān)的酶及基因，人們開始認(rèn)識(shí)到，基因修飾（DNA甲基化）可能對基因表達(dá)產(chǎn)生影響［2］。從此，DNA甲基化相關(guān)課題的研究逐漸被開展起來。目前大量研究已經(jīng)證實(shí)，DNA甲基化與多種癌癥的發(fā)生和進(jìn)展密切相關(guān)?，F(xiàn)就DNA甲基化的相關(guān)研究進(jìn)展予以綜述。

1 DNA甲基化

DNA甲基化指由S-腺苷甲硫氨酸提供甲基，在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，將CpG二核苷酸的胞嘧啶（C）甲基化為5-甲基胞嘧啶的過程，其不改變DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)而是調(diào)控組織特異性基因表達(dá)的可逆過程［3］。在真核生物，DNA甲基化與基因表達(dá)調(diào)控、發(fā)育調(diào)節(jié)、基因組印跡、X染色體滅活、衰老等方面有密切聯(lián)系［3-7］。DNA甲基化主要發(fā)生在 CpG島，CpG島指基因組中富含GC的DNA序列，常成簇存在，多位于基因的啟動(dòng)子區(qū)和第1外顯子區(qū)，長約1 kb［8-9］。

2 DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶

DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases，DNMT）有3個(gè)家族，即 Dnmt1、Dnmt2、Dnmt3，其中 Dnmt3 又包括Dnmt3a、Dnmt3b和Dnmt3L，哺乳動(dòng)物體內(nèi)有 Dnmt1、Dnmt3a和Dnmt3b［10］。

2.1 Dnmt1 Dnmt1包含1573個(gè)氨基酸，相對分子質(zhì)量為183 000，其C端為保守的催化甲基化反應(yīng)結(jié)構(gòu)域;Dnmt1主要是維持DNA的持續(xù)甲基化狀態(tài)，使DNA分子中未甲基化的那一條子鏈甲基化，從而保持子鏈與親鏈有完全相同的甲基化形式，因此Dnmt1是一種維持甲基轉(zhuǎn)移酶［3］。

2.2 Dnmt3 Dnmt3a和Dnmt3b屬于重新甲基化酶，參與DNA甲基化的從頭合成，即對沒有甲基化的DNA鏈進(jìn)行甲基化;Dnmt3L是一種相關(guān)蛋白調(diào)節(jié)因子，本身不具有DNA甲基化功能，但可調(diào)節(jié) Dnmt3a和Dnmt3b的活性，其氨基酸序列與Dnmt3a和Dnmt3b極其相似，但在C端區(qū)域缺少DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶活性所必需的相關(guān)物質(zhì)［10］。

3 DNA甲基化的生物學(xué)意義

生理狀態(tài)的DNA甲基化在細(xì)胞分化、基因表達(dá)、胚胎發(fā)育、生長、遺傳以及機(jī)體免疫調(diào)節(jié)等過程中起重要作用，而異常的DNA甲基化與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)（如腫瘤、自身免疫性疾病、糖尿病、心血管系統(tǒng)疾病等）［11］。目前研究較多的有DNA甲基化與腫瘤、DNA甲基化與心血管疾病等。

3.1 DNA甲基化與腫瘤 基因組甲基化異常與腫瘤發(fā)生、發(fā)展一直是醫(yī)學(xué)界研究熱點(diǎn)。1986年，Baglin首次報(bào)道人類腫瘤中出現(xiàn)CpG島甲基化水平異常升高［12］，人們開始致力于研究與腫瘤相關(guān)的多個(gè)敏感基因的甲基化狀態(tài)。人們發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞DNA總體甲基化水平低于正常細(xì)胞，但某些特定基因CpG島卻處于高甲基化狀態(tài)［13］。DNA低甲基化使原癌基因激活，癌細(xì)胞異常增殖;而啟動(dòng)子區(qū)CpG島高甲基化則引起基因表達(dá)抑制，使抑癌基因失活，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，因此甲基化被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生的另外一個(gè)機(jī)制［14］。DNA甲基化不僅參與細(xì)胞周期、增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移的調(diào)控，也參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的耐藥性及胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路［15］。近年來，人們發(fā)現(xiàn)多個(gè)腫瘤的相關(guān)基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化異常，例如，在人類肝癌中，甲基化Delta-like 3基因通過Notch信號(hào)通路抑制肝癌細(xì)胞的生長［16］，進(jìn)一步證實(shí)DNA甲基化與肝癌有關(guān)系;雌果蠅基因蛋白產(chǎn)物相互作用蛋白1作為生長因子在抑制腫瘤的發(fā)生中發(fā)揮重要作用，而在肝癌細(xì)胞株中雌果蠅基因蛋白產(chǎn)物相互作用蛋白1啟動(dòng)子發(fā)生了甲基化［17］。這些結(jié)果提示，DNA甲基化機(jī)制參與調(diào)控肝癌的發(fā)生、發(fā)展。Ellinger等［18］對32例乳頭狀腎細(xì)胞癌組織和15例乳頭狀腎細(xì)胞癌組織相鄰的正常組織進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)約94.4%的組織中均存在Ras相關(guān)區(qū)域家族1A抗體高甲基化，而Ras相關(guān)區(qū)域家族1A抗體高度甲基化不僅存在于乳頭狀腎細(xì)胞癌，而且在其各個(gè)組織學(xué)亞型中也普遍存在，且腫瘤中抑癌基因高甲基化亦參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的調(diào)節(jié)。另外，人類腫瘤中也存在低甲基化現(xiàn)象，包括整體低甲基化水平和個(gè)別基因低甲基化;整體低甲基化水平主要發(fā)生在DNA重復(fù)序列中（微衛(wèi)星DNA、長散布元件等）［13］。mucin 3A基因在正常組織細(xì)胞不表達(dá)，而在腫瘤中，mucin 3A啟動(dòng)子區(qū)低甲基化和表達(dá)上調(diào)，即mucin 3A基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化與其表達(dá)呈負(fù)相關(guān)［19］。在甲狀腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，半乳糖凝集素3基因處于低甲基化狀態(tài)，且在甲狀腺癌中高度表達(dá)，但在正常的甲狀腺組織及良性甲狀腺病變中不表達(dá)或低表達(dá)［20］。DNA甲基化是一個(gè)可逆的過程，因此利用藥物來改變細(xì)胞的甲基化水平可能是治療癌癥的一個(gè)新方向。進(jìn)一步闡明腫瘤細(xì)胞特異性DNA甲基化的機(jī)制及與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，將為攻克腫瘤提供新的思路。

3.2 DNA甲基化與心血管疾病 心血管疾病包括冠狀動(dòng)脈疾病、原發(fā)性高血壓、心力衰竭、卒中等。這些疾病的復(fù)雜發(fā)病機(jī)制源于基因及環(huán)境的多樣性，表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象越來越成為研究的主要因素，可能成為疾病的獨(dú)特生物標(biāo)志物。表觀遺傳學(xué)機(jī)制的一個(gè)重要方面是其有潛在可逆性，受營養(yǎng)-環(huán)境因素的影響，通過基因-環(huán)境的相互作用，共同影響心血管疾?。?1-22］。DNA甲基化等表觀遺傳學(xué)機(jī)制調(diào)節(jié)基因表達(dá)已被大家熟知，但表觀遺傳學(xué)在心血管疾病的作用目前還未被深入研究［23］?，F(xiàn)在已有學(xué)者開始在這一領(lǐng)域研究其對心血管疾病發(fā)生、發(fā)展的作用及影響［24］。

3.2.1 DNA甲基化與動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性疾病，由多因素引起，以血管內(nèi)皮功能紊亂、內(nèi)膜下脂質(zhì)沉積、平滑肌細(xì)胞遷移和增殖，以及泡沫細(xì)胞形成為主要特征，累及全身重要器官的動(dòng)脈血管［25］。以動(dòng)脈粥樣硬化為病理基礎(chǔ)的多種疾病，如冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟?。ü谛牟。?、缺血性腦病、腎動(dòng)脈狹窄等，嚴(yán)重威脅人類健康，尤其是心腦血管疾病，已成為全球重要的疾病負(fù)擔(dān)［26］，但其發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚。目前很多研究發(fā)現(xiàn)，基因DNA甲基化的改變與動(dòng)脈粥樣硬化有密切關(guān)系;Baccarelli等［27］進(jìn)行了一個(gè)人口調(diào)查研究，對長點(diǎn)綴核苷酸序列進(jìn)行焦磷酸序列分析顯示，心血管疾病患者的DNA處于低甲基化狀態(tài);進(jìn)一步研究顯示，長點(diǎn)綴核苷酸序列處于低甲基化的個(gè)體存在缺血性心臟病和卒中的高風(fēng)險(xiǎn);而Hiltunen等［28］報(bào)道，在人類、老鼠及兔子的粥樣硬化病變中，全基因組發(fā)生了低甲基化，但全基因組的低甲基化在動(dòng)脈粥樣硬化的形成中是否起作用，目前尚不確定;在小鼠模型中，通過比較粥樣硬化組及對照組小鼠的載脂蛋白E對早期動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)行了評估，結(jié)果表明，在大動(dòng)脈樣本中發(fā)生了適度但有意義的全基因組低甲基化狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)領(lǐng)先于動(dòng)脈粥樣硬化其他任一組織學(xué)的證據(jù)，由此推測，不僅在癌癥中，而且在動(dòng)脈粥樣硬化中，DNA甲基化的變化可能成為疾病的主要表現(xiàn)。Kim等［29］的一項(xiàng)研究中，對286例新加坡華裔受試者的外周血白細(xì)胞基因組甲基化水平進(jìn)行檢測并進(jìn)行隨訪5.8年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基因組甲基化水平和冠心病及冠心病風(fēng)險(xiǎn)因素呈正相關(guān)。另有學(xué)者研究了心血管動(dòng)脈粥樣硬化組織的雌激素受體β基因啟動(dòng)子的DNA甲基化改變，相對于正常組，冠狀動(dòng)脈粥樣硬化組表現(xiàn)出高甲基化［30］。另有相關(guān)實(shí)驗(yàn)對患有動(dòng)脈粥樣硬化癥的絕經(jīng)前女性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雌激素受體表達(dá)降低，且雌激素受體表達(dá)沉默與動(dòng)脈粥樣硬化形成有顯著的相關(guān)性;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，凝血因子7啟動(dòng)子區(qū)的低甲基化與活化型凝血因子7的高血漿濃度及心血管疾病的高風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)系［31］。綜上所述，動(dòng)脈粥樣硬化與基因組DNA甲基化及相關(guān)基因的甲基化模式異常密切相關(guān)。但人們對DNA甲基化和動(dòng)脈粥樣硬化關(guān)系的研究還處于起步階段，尚需對遺傳修飾和基因表型的關(guān)系展開大規(guī)模研究，以期揭示DNA甲基化在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用機(jī)制。

3.2.2 DNA甲基化與心力衰竭 心力衰竭是各種心血管疾病終末階段的臨床綜合征，嚴(yán)重危害人類健康。心力衰竭的發(fā)病機(jī)制仍不明確，研究發(fā)現(xiàn)心力衰竭與表觀遺傳學(xué)機(jī)制尤其是DNA甲基化有一定的關(guān)系［32］。肌質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶2a在心肌中的表達(dá)量與心功能的改變呈正相關(guān);肌質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶2a的表達(dá)下降已經(jīng)在心力衰竭患者的心肌組織及心力衰竭動(dòng)物模型中記錄到［33］。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤壞死因子α通過升高DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的水平進(jìn)而提高肌漿網(wǎng)鈣ATP酶2a啟動(dòng)子區(qū)的甲基化水平，從而導(dǎo)致肌質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶2a水平的降低;這一發(fā)現(xiàn)提示，抑制甲基化可能成為治療心功能障礙新的治療策略［32］。擴(kuò)張型心肌病是頻發(fā)性心肌疾病，其流行病學(xué)發(fā)病率約為1∶2500，以充血性心力衰竭和心肌基因表達(dá)改變?yōu)橹饕攸c(diǎn)［34］。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其表觀遺傳學(xué)機(jī)制，尤其是DNA甲基化與擴(kuò)張型心肌病的發(fā)生、發(fā)展有聯(lián)系，但并沒有被廣泛的研究。Koczor等［35］利用相關(guān)技術(shù)檢測出4個(gè)與擴(kuò)張型心肌病相關(guān)的基因，即細(xì)胞質(zhì)胸苷激酶1、人封閉蛋白5、人極光激酶B和嗜乳脂蛋白9，這4個(gè)基因在擴(kuò)張型心肌病患者的啟動(dòng)子區(qū)發(fā)生高甲基化，然而表達(dá)降低。Haas等［34］利用光學(xué)分析法和亞硫酸氫鹽序列分析法等在擴(kuò)張型心肌病患者中得出，人淋巴細(xì)胞抗原75和腺苷受體A2a甲基化水平發(fā)生了具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的改變;而兩者的信使RNA表達(dá)水平也相應(yīng)地發(fā)生了改變;在擴(kuò)張型心肌病患者中，人淋巴細(xì)胞抗原75基因甲基化與表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān);腺苷受體A2a基因甲基化水平與表達(dá)水平呈正相關(guān);同時(shí)該實(shí)驗(yàn)在活體斑馬魚擴(kuò)張型心肌病模型中發(fā)現(xiàn)，人淋巴細(xì)胞抗原75和腺苷受體A2a 2個(gè)基因在心力衰竭中起一定的作用，證實(shí)人淋巴細(xì)胞抗原75和腺苷受體A2a在心肌細(xì)胞的表達(dá)下降導(dǎo)致心力衰竭。Movassagh等［21］最近研究示，心肌病患者心肌組織和正常對照組心肌組織中存在甲基水平化的不同。以上研究均提示DNA甲基化與擴(kuò)張型心肌病心力衰竭有一定的關(guān)系。此外，有學(xué)者利用高通量技術(shù)方法比較心力衰竭患者和對照組左心室組織的基因組甲基化情況，研究顯示，心力衰竭組血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1和Angiomotin-like2的基因表達(dá)均下降，伴隨血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1啟動(dòng)子區(qū)高甲基化和Angiomotin-like2啟動(dòng)子區(qū)低甲基化，小鳥苷酸三磷酸酶激活蛋白24抗體啟動(dòng)子區(qū)高甲基化和基因表達(dá)水平也升高;這些結(jié)果顯示，心力衰竭患者中可能存在甲基化相關(guān)調(diào)控基因表達(dá)的表觀遺傳學(xué)機(jī)制［21］。以上研究均提示，DNA甲基化與心力衰竭可能存在相關(guān)性。

3.2.3 DNA甲基化與其他 在高血壓、先天性心臟病等疾病中也存在DNA甲基化現(xiàn)象（如高血壓患者中11-a羥基類固醇脫氫酶2基因的啟動(dòng)子區(qū)為高甲基化狀態(tài)）。Lee等［36］發(fā)現(xiàn)，鈉-鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（NKCC1）在原發(fā)性高血壓疾病的老鼠及對照組Wistar東京大鼠的主動(dòng)脈及心臟中處于低甲基化狀態(tài)，其基因表達(dá)水平也升高，這一發(fā)現(xiàn)提示，在高血壓疾病中，基因甲基化可調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄水平;同時(shí)還研究了繼發(fā)性高血壓NKCC1的表觀遺傳學(xué)調(diào)控，證實(shí)在原發(fā)性高血壓病鼠類模型中NKCC1通過其啟動(dòng)子區(qū)表達(dá)低甲基化而使其上調(diào)。另有學(xué)者在最近研究的低蛋白飲食相關(guān)的DNA甲基化中發(fā)現(xiàn)，甲基化的X-受體基因與膽固醇及脂肪酸的新陳代謝控制有關(guān)系，這一基因可以列為心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)［37］。此外，先天性心臟病中同樣存在DNA甲基化現(xiàn)象［38］。

4 小結(jié)

近年來，隨著DNA甲基化檢測技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，人們逐步認(rèn)識(shí)到差異性DNA甲基化在基因調(diào)控、蛋白質(zhì)表達(dá)、胚胎發(fā)育、個(gè)體生長中起重要作用，并且在腫瘤疾病中的研究已得到肯定。目前人們正致力于研究DNA甲基化與其他常見疾?。ㄈ缧难芗膊?、糖尿病等）的聯(lián)系，并取得很大進(jìn)展。這些進(jìn)展為臨床更好地認(rèn)識(shí)疾病的發(fā)生、發(fā)展，解決治療上遇到的問題開辟了一條新的道路。

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