白藜蘆醇表觀遺傳學(xué)調(diào)控的研究進(jìn)展

劉遠(yuǎn)錦，林親錄，羅非君

（中南林業(yè)科技大學(xué)，食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410000）

白藜蘆醇（resveratol，Res）是一種廣泛存在于葡萄科、蓼科等植物中的多酚化合物，是植物抵抗外界不利刺激如真菌、病毒感染、紫外線、機(jī)械損傷等而產(chǎn)生的一種植物抗毒素。已有研究表明，白藜蘆醇具有抗心血管疾病、抗癌、抗動脈粥樣硬化、延緩衰老、抗氧化、抗突變等多種作用[1]。白藜蘆醇通過干預(yù)細(xì)胞MAPK、m TOR、JAK/STAT、PKA、PKC和細(xì)胞凋亡等相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控細(xì)胞分裂、細(xì)胞生長、細(xì)胞凋亡、血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移等，參與抗癌、抗心血管疾病、調(diào)節(jié)免疫和炎癥等作用[2-5]。新近研究表明白藜蘆醇還能通過表觀遺傳學(xué)修飾調(diào)控基因的表達(dá)，在疾病的預(yù)防與治療中起重要作用[6-7]。本文總結(jié)了白藜蘆醇參與基因甲基化、蛋白乙酰化、m iRNA異常表達(dá)等方面的研究新進(jìn)展，從表觀遺傳學(xué)修飾的角度，綜述了白藜蘆醇發(fā)揮作用的新途徑。

1 表觀遺傳學(xué)修飾方式

表觀遺傳學(xué)是研究基因的核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)了可遺傳的變化的一門遺傳學(xué)分支學(xué)科。表觀遺傳的現(xiàn)象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation）、基因組印記（genom ic imprinting）、母體效應(yīng)（maternal effects）、基因沉默（gene silencing）、RNA編輯（RNA editing）等。

DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，在基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶5’碳位共價鍵結(jié)合一個甲基基團(tuán)，特別是基因啟動子CpG島甲基化將抑制基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，DNA甲基化受DNA甲基轉(zhuǎn)移酶催化，人類基因組包含四個轉(zhuǎn)移酶基因：DNMT1、DNMT2、DNMT3A和DNMT3B[8]。DNMT表達(dá)和活性異常與多種疾病如腫瘤、心血管疾病、肥胖、2型糖尿病等密切相關(guān)。

組蛋白的去乙酰化和基因的失活相關(guān)，乙酰化轉(zhuǎn)移酶（HATs）主要是在組蛋白H3、H4的N端尾上的賴氨酸加上乙酰基，去乙酰化酶（HDACs）則相反，不同位置的修飾均需要特定的酶來完成。乙酰化酶家族可作為輔激活因子調(diào)控轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，參與DNA損傷修復(fù)，還可作為DNA結(jié)合蛋白。去乙酰化酶家族則和染色體易位、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、基因沉默、細(xì)胞周期、細(xì)胞分化和增殖以及細(xì)胞凋亡相關(guān)[9-10]。

功能性非編碼RNA在基因表達(dá)中發(fā)揮重要的作用，按照它們的大小可分為長鏈非編碼RNA和短鏈非編碼RNA。常見的短鏈RNA為小干涉RNA（short interfering RNA，siRNA）和微小RNA（m icroRNA，miRNA），前者是RNA干擾的主要執(zhí)行者，后者也參與RNA干擾但有自己獨(dú)立的作用機(jī)制[11]。

2 白藜蘆醇與乙酰化調(diào)控

哺乳動物Sirtuin蛋白家族包含7個成員（Sirtuin1～7），它們均含有一個由約275個氨基酸組成的保守的核心催化結(jié)構(gòu)域，依賴NAD+作為輔酶，發(fā)揮去乙酰化酶或ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶的活性，參與許多重要生命過程的調(diào)控。SIRT1可以與染色質(zhì)、轉(zhuǎn)錄因子及轉(zhuǎn)錄共調(diào)控因子相互作用，通過去乙酰化作用調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、染色體穩(wěn)定性和靶蛋白活性，進(jìn)而參與代謝、衰老、腫瘤發(fā)生發(fā)展等一系列病理生理過程[12]。

白藜蘆醇及其衍生物能直接激活去乙酰化酶SIRT1，促使轉(zhuǎn)錄因子FOXO3a與PGC-1α活化[13]，如下圖1。在小鼠動物模型中，白藜蘆醇誘導(dǎo)SIRT1活化，激活PGC-1α與蛋白激酶AMPK，減少IGF-1表達(dá)與提高機(jī)體對胰島素的敏感性，通過增強(qiáng)線粒體氧化磷酸化和有氧代謝能力，增加機(jī)體的能量消耗，延長小鼠壽命，提示白藜蘆醇起著類似減少熱量飲食或節(jié)食的功效[14]。

圖1 SRTI1調(diào)控FOXO3a轉(zhuǎn)錄因子Fig.1 SRTI1 regulating transcription factor of FOXO3a

白藜蘆醇導(dǎo)致的SIRT1活化，介導(dǎo)組蛋白H 3K9的去乙酰化，抑制抗凋亡蛋白Survivin的表達(dá)[15]。在前列腺癌中轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白1（MTA1）過表達(dá)與腫瘤的侵襲性和轉(zhuǎn)移相關(guān)，MTA1是核小體重塑去乙酰化（NuRD）復(fù)合物輔阻抑制子，白藜蘆醇能下調(diào)MTA1蛋白表達(dá)，影響MTA1/NuRD的穩(wěn)定性，乙酰化p53蛋白激活p53信號通路，上調(diào)表達(dá)促凋亡蛋白p21和Bax[16]。白藜蘆醇還能通過SIRT1活化，促使形成SIRT1/p300復(fù)合物，使乙酰化酶p300失活，在乳腺癌MCF-7細(xì)胞中，白藜蘆醇導(dǎo)致的p300失活介導(dǎo)HA/ CD44誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子NFкB、TCF/LEF活化及Caspase-3活化[17]。以上證據(jù)表明，白藜蘆醇主要通過Sirturins影響基因的表達(dá)，以表觀遺傳學(xué)修飾干預(yù)細(xì)胞信號通路，與腫瘤、衰老、肥胖等防治密切相關(guān)。

3 白藜蘆醇與甲基化調(diào)控

相對于其他營養(yǎng)活性成分如兒茶素，白藜蘆醇顯示較低的DNMT抑制活性[18]。在乳腺癌MCF-7細(xì)胞中，白藜蘆醇能抑制芳香烴受體（AhR）活化，阻止AhR與抑瘤基因BRCA1啟動子的結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)17β-雌二醇誘導(dǎo)的BRCA1基因轉(zhuǎn)錄與蛋白表達(dá)，同時發(fā)現(xiàn)組蛋白H 3K9存在甲基化與組蛋白的乙酰化，白藜蘆醇處理MCF-7細(xì)胞，能部分恢復(fù)其組蛋白甲基化與組蛋白的乙酰化[19]。白藜蘆醇不能抑制食道癌細(xì)胞中維甲酸受體β2（RAR beta 2）和MGMT基因啟動子的甲基化，并不影響RAR beta 2的表達(dá)[20-21]。白藜蘆醇能抑制轉(zhuǎn)錄因子STAT3的乙酰化，影響DNMT1-STAT3復(fù)合物，參與雌激素受體α啟動子甲基化[22]。迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇能直接影響DNMTs活性，其甲基化作用主要是以間接方式進(jìn)行調(diào)控。

4 白藜蘆醇與m iRNA調(diào)控

m iRNA是一類非編碼RNA，負(fù)調(diào)控基因的表達(dá)。白藜蘆醇具有抗癌活性，基因芯片分析前列腺癌細(xì)胞白藜蘆醇處理后m iRNA表達(dá)譜的變化，發(fā)現(xiàn)51個miRNA表達(dá)異常，下調(diào)表達(dá)的miR-17-92、miR-106a、m iR-106b等均為致癌m iRNAs，且發(fā)現(xiàn)m iR-106簇靶向PTEN，促使抑癌基因PTEN高表達(dá)[23]。基因芯片分析非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）A549細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇處理71個m iRNAs表達(dá)異常，其潛在靶基因分別參與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期、細(xì)胞增殖和分化的調(diào)控[24]。

Sheth S等[25]發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇能下調(diào)前列腺癌細(xì)胞m iRNA-21表達(dá)，促使其抑瘤基因PDCD4表達(dá)，在裸鼠移植瘤模型中，能抑制前列腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。在人支氣管上皮細(xì)胞16HBE-T中，白藜蘆醇處理導(dǎo)致miR-622表達(dá)上調(diào)，瞬時轉(zhuǎn)染miR-622能抑制支氣管上皮細(xì)胞和肺癌H 460細(xì)胞增殖，細(xì)胞周期阻滯于G（0）期及抑制裸鼠移植瘤的生長等，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)miR-622靶向K-ras，抑制其蛋白表達(dá)，從而起抗癌作用[26]。Tili E等發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇能增加m iR-663在結(jié)直腸癌SW 480細(xì)胞中的表達(dá)，通過靶向抑瘤基因PDCD4或PTEN，抑制TGFβ信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活化，參與其抗癌作用[27]。白藜蘆醇也能上調(diào)免疫細(xì)胞如THP-1單核細(xì)胞miR-663的表達(dá)，直接靶向JunB、JunD基因的mRNA轉(zhuǎn)錄本，抑制其表達(dá)，而JunB、JunD為轉(zhuǎn)錄因子AP-1的重要組成成分，AP-1在LPS誘導(dǎo)的單核細(xì)胞炎癥中起關(guān)鍵作用，白藜蘆醇能過m iRNA起抗炎作用[28]。在乳腺癌細(xì)胞中，白藜蘆醇通過抑制pAKT和C/ EBP-β的磷酸化，下調(diào)抑瘤基因m iR-145的表達(dá)，從而促使m iR-145靶基因如c-Myc等表達(dá)增加[29]。白藜蘆醇可能調(diào)控多達(dá)百種以上m iRNAs，而每一種miRNA又可能存在多個靶基因，將形成白藜蘆醇調(diào)控基因表達(dá)的信號網(wǎng)絡(luò)。

5 展望

表觀遺傳學(xué)的改變已被認(rèn)為是最有前途的疾病防治新戰(zhàn)略。營養(yǎng)表觀遺傳學(xué)（nutriepigenetics）已成為一個令人興奮的新領(lǐng)域，膳食中的活性成分通過表觀遺傳學(xué)調(diào)控基因表達(dá)，參與細(xì)胞凋亡、增殖、分化、細(xì)胞周期調(diào)控、炎癥等病理生理過程。食品中活性成分的研究到目前為止，仍然主要集中于體外研究。在動物模型或人類干預(yù)方面的研究結(jié)果是有限的，但展示的表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制，將成為促進(jìn)健康或預(yù)防疾病功效的天然產(chǎn)品開發(fā)和臨床藥物開發(fā)提供理論依據(jù)。

令人感興趣的是，表觀遺傳學(xué)調(diào)控還能通過遺傳的方式，以表觀基因組（epigenom ics）影響下一代。研究人員分別給兩組雄性小鼠喂食不同的食物，而雌性的小鼠食物相同，之后讓他們交配，結(jié)果發(fā)現(xiàn)吃入低蛋白類食物的雄性小鼠的后代，脂肪和膽固醇基因表達(dá)較多，這會增加心臟病的發(fā)病幾率，表觀遺傳學(xué)分析表明，子代約20%胞嘧啶的甲基化取決于父代的飲食，其甲基化可能與關(guān)鍵的脂代謝調(diào)節(jié)子Ppara有關(guān)[30]。這說明飲食因素導(dǎo)致的表遺傳學(xué)改變在某些情況下可能無法逆轉(zhuǎn)，為分子營養(yǎng)學(xué)研究提出了新挑戰(zhàn)。在膳食中增加食用水果、蔬菜和其他有益的營養(yǎng)成分，激發(fā)“好”的表觀遺傳修飾，將有利于疾病的防治。

但是，表觀遺傳學(xué)的研究尚處于其初期和不完善階段。表觀遺傳學(xué)與干細(xì)胞分化、組織再生、DNA的損傷與修復(fù)、衰老、腫瘤發(fā)生的關(guān)系，表觀遺傳信號的建立、維持、傳遞，表觀遺傳信號與細(xì)胞信號的互相影響，表觀遺傳與生長發(fā)育與生活環(huán)境的關(guān)系還未明確。如，DNA甲基化和癌變的聯(lián)系，表觀遺傳學(xué)是怎樣調(diào)控胚胎干細(xì)胞的定向分化，啟動子是如何參與調(diào)控mRNA的延長等。總之，對于表觀遺傳學(xué)的認(rèn)識和研究還存在很多空白，需要更多更深入的研究。

[1]陳衛(wèi)瓊，楊慧齡.白藜蘆醇抗腫瘤作用機(jī)制的研究進(jìn)展[J].國際病理科學(xué)與臨床雜志，2008，28（5）：403-407.

[2]Nakata R，Takahashi S，Inoue H.Recent advances in the study on resveratrol[J].Biol Pharm Bull，2012；35（3）：273-279.

[3]Li H，Xia N，F(xiàn)?rstermann U.Cardiovascular effects and molecular targets of resveratrol[J].Nitric Oxide，2012；26（2）：102-110.

[4]Juan ME，Alfaras I，Planas JM.Colorectal cancer chemoprevention by trans-resveratrol[J].Pharmacol Res，2012，65（6）：584-591.

[5]Sarkar FH，LiY，Wang Z，etal.Cellular signaling perturbation by natural products[J].Cell Signal，2009，21（11）：1541-1547.

[6]Farghali H，KutinováCanováN.Resveratrol and related compounds as antioxidants with an allosteric mechanism of action in epigenetic drug targets[J].Physiol Res，2013，62（1）：1-13.

[7]Papoutsis AJ，Borg JL，Selmin OI，et al.BRCA-1 promoter hypermethylation and silencing induced by the aromatic hydrocarbon receptor-ligand TCDD are prevented by resveratrol in MCF-7 cells[J].JNutr Biochem，2012，23（10）：1324-1332.

[8]Stresemann C，Brueckner B，Musch T，et al.Functional diversity of DNA methyltransferase inhibitors in human cancer cell lines[J].Cancer Res，2006，66（5）：2794-2800.

[9]Pham TX，Lee J.Dietary regulation of histone acetylases and deacetylases for the prevention of metabolic diseases[J].Nutrients，2012，4（12）：1868-1886.

[10]Tang J，Yan H，Zhuang S.Histone deacetylases as targets for treatment ofmultiple diseases[J].Clin Sci（Lond），2013，124（11）：651-662.

[11]Kala R，Peek GW，Hardy TM，etal.MicroRNAs：an emerging science in cancer epigenetics[J].JClin Bioinforma，2013，3（1）：6-11.

[12]Sebastián C，Satterstrom FK，Haigis MC，et al.From sirtuin biology to human diseases：an update[J].JBio Chem，2012，287（51）：42444-42452.

[13]Hubbard BP，Gomes AP，Dai H，et al.Evidence for a common mechanism of SIRT1 regulation by allosteric activators [J].Science，2013，6124（339）：1216-1219.

[14]Baur JA，Pearson KJ，Price NL，et al.Resveratrol improves health and survival ofmice on a high-calorie diet[J].Nature，2006；7117（444）：337-342.

[15]Wang RH，Zheng Y，Kim HS，etal.Interplay among BRCA1，SIRT1，and Survivin during BRCA1-associated tumorigenesis[J].Mol Cell，2008，32（1）：11-20.

[16]Kai L，Samuel SK，Levenson AS.Resveratrol enhances p53 acetylation and apoptosis in prostate cancer by inhibiting MTA1/ NuRD complex[J].Int JCancer，2010，126（7）：1538-1548.

[17]Bourguignon LY，Xia W，Wong G.Hyaluronan-mediated CD44 interaction with p300 and SIRT1 regulates beta-catenin signaling and NFkappaB-specific transcription activity leading to MDR1 and Bcl-xL gene expression and chemoresistance in breast tumor cells[J].JBio Chem，2009，284（5）：2657-2671.

[18]Hardy TM，Tollefsbol TO.Epigenetic diet：impact on the epigenome and cancer[J].Epigenomics，2011，3（4）：503-518.

[19]Stefanska B，Rudnicka K，Bednarek A，etal.Hypomethylation and induction of retinoic acid receptor beta 2 by concurrent action of adenosine analogues and natural compounds in breast cancer cells[J].Eur JPharmacol，2010，638（1-3）：47-53.

[20]Stefanska B，Rudnicka K，Bednarek A，etal.Hypomethylation and induction of retinoic acid receptorβ2 by concurrent action of adenosine analogues and natural compounds in breast cancer cells[J].Eur JPharmacol，2010，638（1-3）：47-53.

[21]Paluszczak J，Krajka-Kuzniak V，Malecka Z，et al.Frequent gene hypermethylation in laryngeal cancer cell lines and the resistance to demethylation induction by plant polyphenols[J].Toxicol In Vitro，2011，25（1）：213-221.

[22]Lee H，Zhang P，Herrmann A，et al.Acetylated STAT3 is crucial formethylation of tumor-suppressor gene promoters and inhibition by resveratrol results in demethylation[J].Proc Natl Acad Sci，2012，109（20）：7765-7769.

[23]Dhar S，Hicks C，Levenson AS.Resveratrol and prostate cancer：promising role for microRNAs[J].Mol Nutr Food Res，2011，55（8）：1219-1229.

[24]Bae S，Lee EM，Cha HJ，et al.Resveratrol altersmicroRNA expression profiles in A549 human non-small cell lung cancer cells[J].Mol Cells，2011，32（3）：243-249.

[25]Sheth S，Jajoo S，Kaur T，et al.Resveratrol reduces prostate cancer growth and metastasis by inhibiting the Akt/MicroRNA-21 pathway[J].PLoSOne，2012，7（12）：e51655-51663.

[26]Han Z，Yang Q，Liu B，et al.MicroRNA-622 functions as a tumor suppressor by targeting K-Ras and enhancing the anticarcinogenic effect of resveratrol[J].Carcinogenesis，2012，33（1）：131-139.

[27]Tili E，Michaille JJ，Alder H，et al.Resveratrol modulates the levels of microRNAs targeting genes encoding tumorsuppressors and effectors of TGFβsignaling pathway in SW480 cells[J].Biochem Pharmacol，2010，80（12）：2057-2065.

[28]Tili E，Michaille JJ，Adair B，et al.Resveratrol decreases the levels of miR-155 by upregulating miR-663，a microRNA targeting JunB and JunD[J].Carcinogenesis，2010，31（9）：1561-1566.

[29]Sachdeva M，Liu Q，Cao J，et al.Negative regulation ofmiR-145 by C/EBP-βthrough the Akt pathway in cancer cells [J].Nucleic Acids Res，2012，40（14）：6683-6692.

[30]Carone BR，F(xiàn)auquier L，Habib N，et al.Paternally induced transgenerational environmental reprogramming of metabolic gene expression inmammals[J].Cell，2010，143（7）：1084-1096.