表觀遺傳學與非酒精性脂肪肝病的研究進展

劉麗雅(綜述)，洪振豐(審校)

(福建中醫藥大學中西醫結合研究院，福州 350122)

非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指無大量飲酒而出現肝實質細胞脂肪變性和脂肪貯積為特征的肝病綜合征，包括單純性脂肪肝、脂肪性肝炎、脂肪性肝纖維化和肝硬化。近年來隨著人們生活水平提高，生活習慣和飲食結構的改變，NAFLD的發病率呈逐年上升趨勢。流行病學研究顯示，NAFLD已成為全球常見的慢性肝臟疾病之一，影響全球20%～40%的人類健康[1]。我國患病人數較10年前增長近一倍，尤其在我國發達城市(如北京、上海、廣州等)，發病率高達10%～25%，接近于一些發達國家[2-3]。研究指出20%的NAFLD可進展為肝硬化，其中30%～40%患者死于肝相關性疾病，部分患者發生亞急性肝衰竭和肝癌[4]。近年來，隨著NAFLD發病機制研究的不斷深入，表觀遺傳學與NAFLD之間的關系日益受到人們的關注。研究表明，與NAFLD發病機制相關的脂肪細胞合成與分化、脂肪代謝與轉運、胰島素抵抗、炎性因子等多方面均受表觀遺傳學廣泛調控。其調控的關鍵分子機制主要有DNA甲基化、組蛋白修飾和微RNA(microRNA，miRNA)等。

1 DNA甲基化與NAFLD

DNA甲基化是目前表觀遺傳學中研究較為深入的一種調控機制。在DNA甲基化過程中，胞嘧啶突出于DNA雙螺旋并進入與胞嘧啶甲基轉移酶結合部位的裂隙中，該酶將S-腺苷甲硫氨酸的甲基轉移到胞嘧啶的5′末端，形成5-甲基胞嘧啶[7-9]。DNA甲基化是一種不改變DNA序列的可遺傳的基因修飾作用。高等生物的DNA甲基化一般發生在鳥嘌呤二核苷酸上(CpG島)，CpG島的甲基化可直接導致相關基因的沉默。DNA甲基化在NAFLD發病機制中起一定作用。

過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptor alpha，PPARα)在肝臟中起脂質感受器的作用，可調節肝臟的脂肪酸氧化過程，該受體的另一個亞型PPARγ，與脂肪細胞的分化、胰島素抵抗和血糖調節關系密切。Yideng等[10]研究表明，同型半胱氨酸能誘導PPARα、PPARγ DNA甲基化，從而抑制PPARα、PPARγ的表達。同時，Fujiki等[11]在觀察高脂飲食引起的肥胖大鼠中，發現去甲基化后的PPARγ基因可引起脂肪細胞的分化增強及肥胖的發生，表明DNA甲基化使脂肪細胞特異性基因的表達發生改變。NAFLD作為代謝綜合征的一種特定的表現形式，在發育過程中受到DNA甲基化的調控。van Straten等[12]觀察小鼠后代中低甲基化的肝臟X受體可引起膽固醇和脂肪酸代謝中蛋白質合成抑制，以調節肝臟脂質平衡。

最新研究表明，線粒體功能障礙參與了NAFLD發病機制的進展[13-15]。Pirola等[16]通過研究肝臟線粒體DNA胞嘧啶的指定區域的線粒體基因組，如位移環(D環)、線粒體編碼的NADH6脫氫酶和細胞色素C氧化酶I的DNA甲基化水平，證明NADH6脫氫酶在NAFLD水平較單純性脂肪肝水平呈現明顯高甲基化，細胞色素C氧化酶Ⅰ、D環與疾病的程度無明顯關聯，因此NADH6脫氫酶的甲基化水平與NAFLD的病理嚴重程度呈正相關。 此外，DNA甲基化在調節葡萄糖的重要基因動態平衡中起到關鍵作用。胰島素基因啟動子的去甲基化可增加胰島素的產生。同時，甲基化的胰島素2啟動子與甲基CpG結合蛋白2結合，引起胰島素基因的沉默，從而抑制胰島素的產生[17-18]。在特定CpG島的葡萄糖轉運蛋白4的高度甲基化也可導致脂肪細胞的分化增強[19]。因此，DNA甲基化的改變可引起脂質代謝通路相關基因的表達，在高脂飲食等因素誘導肝臟脂肪沉積中起一定作用。

2 組蛋白修飾

組蛋白修飾是指組蛋白的N末端通過共價修飾作用發生乙酰化、甲基化、泛素化以及磷酸化等翻譯后的修飾[20-21]。這些修飾的信息構成了豐富的組蛋白密碼，其中以乙酰化研究最多。

組蛋白乙酰化是通過組蛋白乙酰基轉移酶修飾N末端保守的賴氨酸殘基上，使局部DNA與組蛋白八聚體的緊密纏繞被解開，各種轉錄因子與DNA特異調控元件相結合，促使基因發生轉錄；組蛋白去乙酰基酶則降低了組蛋白的乙酰化水平，使染色質緊縮，DNA與組蛋白八聚體的纏繞更加緊密，限制了轉錄因子與調控元件的結合，抑制轉錄的發生。因此，組蛋白乙酰化促進轉錄，增強轉錄因子的活性，去乙酰化抑制轉錄，減弱了轉錄因子的活性[22-24]。

高脂飲食引起NAFLD的發生，其分子機制與關鍵基因的組蛋白修飾密切相關。Aagaard-Tillery等[25]在對靈長類動物進行的一項產前高脂飲食的研究中發現，胎兒肝臟中組蛋白H3的賴氨酸 lysine 14乙酰化水平升高以及組蛋白去乙酰基酶1基因和蛋白表達活性均降低，其可能是引起NAFLD發病率升高的原因之一。Knutson等[26]發現特異性剔除新生小鼠肝臟內組蛋白去乙酰化酶3影響糖脂代謝等相關基因的表達，如增加PPARγ2的表達及調節脂質、膽固醇合成基因(如肝X受體、視黃醇類X受體及乙酰輔酶A羧化酶等)的表達，從而破壞肝臟代謝的動態平衡。若給予小鼠PPARγ拮抗劑干預能部分逆轉肝臟脂質的沉積。

此外，組蛋白的其他修飾方式也同樣受到關注。Jun等[27]通過DNA芯片技術分析得出高脂飲食喂養的載脂蛋白E2小鼠約70%總基因水平發生顯著改變，通過相應通路的分析，得出肝內脂質蓄積導致組蛋白H3的賴氨酸 lysine 9和 lysine 4的甲基化水平發生異常，引起PPAR α及肝臟脂質代謝網絡相關基因的信使RNA(mRNA)表達降低。

3 miRNAs與NAFLD

miRNAs是表觀遺傳學領域研究的熱點和難點。miRNAs指一大類廣泛存在于真核生物中的19～22個核苷酸所組成的小分子非編碼RNA。其作用通過與靶mRNA的3′端非翻譯區結合抑制或降解其表達從而發揮其生物學功能。在核內miRNA基因經RNA聚合酶Ⅱ轉錄，產生初級miRNA，由一個5′端帽、至少一個約70個核苷酸的發夾結構和一個3′poly(A)尾組成。轉錄后，RNaseⅡ drosha及其輔助因子DGCR8(DiGeorge syndrome critical region gene 8)將初級miRNA加工成前體miRNA，并剔除5′端帽、3′poly(A)尾和側翼發夾結構的序列。前體miRNA在轉運蛋白5的作用下由核內轉到胞質中。在細胞質，前體miRNA由另一種RNase Ⅲ Dicer進一步加工處理，產生短雙鏈RNA片段(即成熟的miRNA鏈和其互補的miRNA鏈)。由于非對稱熱穩定性,成熟的miRNA鏈優先與其他蛋白質一起組成RNA誘導沉默復合,靶向作用內源性mRNA使其沉默。miRNA與靶mRNA在種子區域(2～8個核苷酸位置)之間的完全和部分互補性結合,引起靶mRNA的降解或者翻譯抑制[28-30]。

據推測，人體中有多達1000個不同的miRNAs，調控至少30%的基因表達[31]。通常一個靶基因可以被多個miRNAs協同調控調節，同時一個miRNA也可以調控多個靶基因[32]。作為基因調控網絡中的核心成分，miRNAs廣泛調節脂肪細胞分化、脂肪代謝、胰島素抵抗等復雜過程[33-35]。其相關的miRNAs主要有miR-122、miR-103/107、miR-34a、miR-21等，其中以miR-122研究最為廣泛。

miR-122為肝臟中特定的miRNA，在受精后12.5 d即可檢測到其表達；表達水平在出生后以一種相當緩慢的方式升高至肝臟總miRNA的70%，提示miR-122是調節肝臟的最重要miRNA[36-37]。大量研究顯示，miR-122在正常肝臟中高表達，在NAFLD中低表達。Jin等[38]采用miRNA的表達芯片及莖環反轉錄聚酶鏈反應技術分析高脂飲食誘導大鼠NAFLD模型上檢測肝臟miRNA表達情況，發現37個相關miRNA表達上調，28個相關miRNA表達下調，miR-29c和miR-122在整個NAFLD進展中下調較為明顯，主要參與胰島素抵抗和脂質代謝相關基因的調節，并在脂肪肝的整個疾病進展中起著重要作用。Esau等[39]通過對正常小鼠采用反義寡核苷酸技術體內抑制miR-122的方法，檢測發現肝臟功能受損，膽固醇合成降低，證明miR-122在調節脂質代謝、維持肝臟正常功能上起著重要作用；在高脂飲食的小鼠模型中運用上述方法抑制miR-122的表達，發現肝臟脂肪變性顯著改善，血膽固醇水平下降，參與脂肪酸合成和氧化應激相關基因(脂肪酸合成酶、乙酰輔酶A羧化酶、硬脂酰輔酶A去飽和酶等)的表達均有所下降，提示miR-122可能是一個成人肝臟的膽固醇和脂肪酸代謝的關鍵調節因子。綜上所述，miRNA在NAFLD發病進程中發揮著重要的調節作用。

4 展 望

NAFLD作為一類遺傳-環境-代謝應激相關性復雜性疾病，其發病受到遺傳、環境、免疫、營養等多因素的影響，相關機制的明確及闡釋仍處于研究階段。表觀遺傳學的出現為研究者開辟了新的研究方向，最大意義在于它具有可逆性。從表觀遺傳學DNA甲基化、組蛋白修飾、miRNAs的水平上來闡釋與NAFLD發病相關的脂肪細胞分化、脂肪代謝、胰島素抵抗等基因表達的調控，可能成為早期診斷及靶向治療的前提條件，為新藥創制及二次開發提供理論基礎，為NAFLD在臨床上治療提供有力佐證。

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