DNA甲基化

DNA甲基化与心血管疾病的研究进展姓名：叶鹏学号：20151694学院：第三临床医学院摘要：心血管疾病作为临床上一种常见疾病，发病机制尚不明确，但很多研究表明该疾病与动脉粥样硬化、家族遗传有密切关联。DNA甲基化属于表观遗传学的一部分，可直接或间接影响基因转录及表达，引发动脉粥样硬化。本研究DNA甲基化内涵的基础上重点探讨DNA甲基化与动脉粥样硬化的关系。关键词：DNA甲基化；心血管疾病；表观遗传学；近年来，心血管疾病被认为是受表观遗传学规律控制的人类重要疾病，该类疾病包含以下几大重要特征：(1)即使在相同家族或遗传背景下，其发病也是不可预测，不完全遵循孟德尔遗传规律。其患者群存在性别及遗传可能性的差异。(2)出生前的影响，包括母系食谱、胎儿的营养不良及营养过剩，以及其他出生前环境的改变，均成为子代成年后疾病发生的重要诱因。(3)随年龄增加而使疾病发生风险上升[1]。可见，表观遗传学在阐明基因和环境相互作用、并改变疾病进程方面发挥了重要作用。对心血管疾病的表观遗传学机制深入研究，有利于制定可逆性，为采用控制饮食及其他环境手段干预心血管疾病的进程提供了新的方法。DNA甲基化作为表观遗传学不可或缺的一部分，其模式的改变会影响到基因转录及基因表达。相关研究表明DNA甲基化与心血管疾病之间有一定的关联，前者可能参与后者的发生发展。本文就此对DNA甲基化与心血管疾病的关系展开详细的论述。1.DNA甲基化与动脉粥样硬化的关系目前很多文献表明，基因表观遗传学中的重要组成部分——DNA甲基化改变可能引发动脉粥样硬化，两者之间有着某种特定联系。外国学者对小鼠进行实验,将载脂蛋白E（ApoE）基因给去掉，结果发现小鼠内动脉粥样硬化斑块部位及增殖血管平滑肌细胞中的5-甲基胞嘧啶相应的有所减少，其认为这可能与DNA甲基化异常有关[2]。1.1同型半胱氨酸与动脉粥样硬化的关系同型半胱氨酸（homocysteine,Hcy）是一种含硫氨基酸，是蛋氨酸代谢过程中的重要中间产物。实验表明，在ApoE、CBS双基因敲除的小鼠模型上证实血浆同型半胱氨酸水平升高能改变肝脏的脂肪代谢，增加巨噬细胞对修饰LDL的摄取，从而导致胆固醇脂和甘油三脂在血管壁的堆积，促进主动脉粥样斑块的形成[3]。Hcy是由S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)在SAH水解酶(SAHH)作用下脱去腺苷生成，而SAH是SAM在甲基转移酶作用下，将甲基转移至另一物质(DNA，RNA及蛋白质等生物大分子)使其甲基化而生成的，SAM作为甲基供体。高浓度Hcy与S-腺苷蛋氨酸竞争DNA甲基化酶上的结合位点，并可能导致DNA复制中的甲基化被动流失，最终DNA表现低甲基化状态[4]。因此DNA低甲基化可能是与循环Hcy水平上升有关的血管并发症的部分原因。研究还发现Hcy通过位于核心启动子（即细胞周期依赖性单位）的一个特殊CpG位点的去甲基化引发细胞周期蛋白Ａ的转录抑制。另一些研究发现，当人类单核细胞用更高水平的Hcy处理时，一些关键的启动子区，例如PPARα与PPARγ，接受胞嘧啶甲基化。PPARα与PPARγ是动脉粥样硬化的保护性转录因子，它们可以改善动脉内皮功能并降低血管病变风险[5]。若其功能受到抑制，则会增加动脉粥样硬化发病风险。因此DNA低甲基化可能是与循环Hcy水平上升有关的血管并发症的部分原因。1.2动脉硬化相关基因的甲基化有研究报道，在动脉粥样硬化的发病过程中，雌激素受体（ER）α启动子在平滑肌细胞中超甲基化，而在内皮细胞中未超甲基化[5]。另有研究得出，在动脉粥样硬化患者中存在ER-α的高甲基化状态，并且与Hcy的水平和动脉粥样硬化的损伤程度呈正相关。细胞外超氧化物岐化酶(EC-SOD)基因研究表明，体内70％SOD的活性都由EC-SOD执行，其重要的功能是保护血管内皮免受氧自由基的损伤，防止AS的形成。另有研究提示EC-SOD基因低甲基化影响其转录表达，与动脉粥样硬化发生有关。利用静脉移植的血管硬化鼠模型实验，提示P53基因沉默导致SMC增殖及抗凋亡从而加速新内膜形成，p53基因发生高基化可能与As形成密切有关。对雄激素受体(AR)基因研究发现，在男性患者与女性患者相比较，男性患者AR基因CpG岛甲基化程度较低表明AR基因CpG岛存在的低甲基化模式对AS诊断有一定临床价值[4]。临床试验表明，血浆中基质金属蛋白酶组织抑制剂1(TIMP-1)表达降低与AS的发生发展密切相关，其机制可能与TIMP-1基因启动子区高甲基化有关。内皮型一氧化氮合酶（eNOS）在内皮细胞中低甲基化，而在平滑肌细胞中甲基化程度较高；诱导型一氧化氮合酶（iNOS）在动脉粥样硬化斑块新内膜表达，但是在其它大多数组织中甲基化被抑制[5]。综上所述，多种基因的高甲基化或低甲基化，和动脉粥样硬化的形成关系密切。2.DAN甲基化与高血压的关系大量研究表明，β1-AR基因多态性与原发性高血压发病及其治疗有相关性。研究肾上腺素能受体基因甲基化修饰对美托洛尔降压疗效的影响，结果发现，无论是在高血压患者还是正常人群中，其外周血β1-AR基因均显示被甲基化修饰，进一步对β1-AR基因阅读框及其上游的5’端区域进行的分析表明，β1-AR基因的启动子区含有CpG岛易发生甲基化，由此可以看出β1-AR基因的甲基化异常可能与高血压的发生发展有密切关联[6]。大量研究表明，Hcy水平高可以促进高血压的发生。其途径如下：血清Hcy损害血管基质，改变动脉弹性；促进血管平滑肌增殖，顺应性下降；Hcy通过产生一系列活性氧中间产物从而加速动脉粥样硬化致使血管阻力升高；Hcy可促进血管平滑肌细胞内钙离子聚集，造成血管收缩[7]。Hcy与DNA甲基化关系如前文所述。3.DAN甲基化与血管炎症的关系实验用TNF-α(10ng/m1)刺激细胞12小时，提取总RNA用荧光实时定量PCR的方法检测SM22α的表达，结果显示TNF-α可显著抑制SM22α基因的转录。进一步研究发现TNF-α可诱导SM22α基因启动子区H3K27的甲基化。因此在炎症刺激下，H3K27三甲基化修饰导致SM22α基因的沉默，有研究显示，SM22α缺失可增加血管平滑肌细胞ROS生成促进NF－κＢ活化，加剧血管炎症反应[8]。另有研究表明，在不稳定性心绞痛（ＵＡ）患者中，血浆miR-29b－3p水平明显下降。在HepG2细胞系miR-29b－3p上调ABCAl基因表达，其作用方式与靶向抑制Dnmt3a相关，提示miR-29b－3p介导的ABCAl上调作用与DAN从头甲基化酶3a（Dnmt3a）的甲基化作用密切[9]。结束语表观遗传被认为是新世纪的生命科学焦点，表观遗传学补充了“中心法则”忽略的两个问题，即哪些因素决定了基因的正常转录和翻译以及核酸并不是存储遗传信息的唯一载体。所以结合表观遗传学理论，进一步研究外环境改变所致心血管疾病DNA甲基化，将有助我们了解基因－环境相作用的心血管疾病发生机理，进而指导心血管疾病的预防、治疗、诊断和新药的研发[1]郑咏秋,李欣志.心血管疾病表观遗传机制研究.国际心血管病杂志.2008,35(2):108-110[2]于海娇，李荣辉，李彦伟.DNA甲基化与动脉粥样硬化.中国药物经济学.2014(8):245-246[3]YANGFan，TANHong-Mei，WANGHong.Hyperhomocysteinemiaandatherosclerosis.ActaPhysiologicaSinica，April25，2005，57(2):103—114[4]程昭栋，胡世莲.动脉粥样硬化相关基因甲基化研究进展.中国临床保健杂志.20l0,13(5):554-556[5]王楠，冯娟，王宪.甲基化调控在高同型半胱氨酸血症致动脉粥样硬化中的作用.生理科学进展.2012,43(4):267-269[6]张梅珍，邢晓为.β1肾上腺素能受体与心血管疾病关系的研究进展.心血管病学进展.2010,31（5）:711-714[7]陈茜,聂祥碧,彭佑玲,魏华萍,马劲芬.同型半胱氨酸在6O例高血压病患者中的观察及意义.贵州医药.2013,37(7):595-596[8]舒亚南.SM22α与血管炎症应答相互作用的机制[学位论文]博士2014[9]刘颖.miR-29b-3p在不稳定型心绞痛患者血浆的表达及其功能研究[学位论文]硕士2014