脫氧核糖核酸甲基化與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的關系*

李俊骍、廉姜芳綜述，周建慶審校

脫氧核糖核酸甲基化與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的關系*

李俊骍、廉姜芳綜述，周建慶審校

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病是全世界范圍內人類致死率和發病率居首位的疾病，由于其致病因素的多樣性以及發病機制的復雜性，現有的研究尚不足以完全解釋其病因和發病機制。脫氧核糖核酸（DNA）甲基化修飾是表觀遺傳現象中的一種，它是在不改變DNA序列的情況下而影響基因表達的表觀遺傳調控過程。DNA甲基化會抑制基因表達，去甲基化則會促進基因表達。目前有研究提示DNA甲基化修飾可能與冠心病的發生發展存在著關系，現就DNA的甲基化和調控，冠心病相關基因的甲基化進行綜述。

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病；表觀遺傳學；DNA甲基化

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病，也被稱作為缺血性心臟病，簡稱冠心病，是一種由于冠狀動脈粥樣硬化導致血管狹窄或者阻塞，從而使得心肌缺血缺氧而引起一系列臨床表現的疾病。在全世界范圍內，冠心病的發病率以及致死率都居于首位的，且上升趨勢不斷增加。每年因為冠心病而死亡的人數大約有700萬[1]。據估計，在美國每25秒就有一個人會發生冠心病事件，幾乎每分鐘都會有一人因冠心病而去世[2]。

冠心病是一種由許多不同的環境以及遺傳因素為誘因而引發的一種復雜性疾病[3]。流行病學研究顯示，引發冠心病的主要危險因素有年齡、性別、血脂異常[4]，高血壓，吸煙，糖尿病，肥胖等等[5]。不過引起冠心病最主要的危險因素是動脈粥樣硬化。目前研究已表明，冠心病的發生是多種危險因素間及其各個環節間交互作用下發生的復雜性慢性炎癥過程。人們對冠心病發生發展的機制尚不完全了解，現有的研究尚不足以完全闡明冠心病的病理機制。脫氧核糖核酸（DNA）甲基化修飾指的是在CpG雙核苷酸序列的5’端的胞嘧啶環在復制完成后添加一個甲基，從而抑制基因的轉錄的表觀遺傳調控過程[6]。大量研究證明，DNA甲基化模式的改變可以直接或者間接的影響許多疾病的發生和發展。目前已有研究表明DNA甲基化程度的改變與冠心病發生存在關系。因此，本文就冠心病與DNA甲基化修飾的相關內容做一綜述。

1 甲基化

DNA甲基化是指以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體，在DNA甲基化轉移酶（DNA methylatransferase, DNMT）的催化作用下，在CpG雙核苷酸序列的5’端的胞嘧啶環復制完成后添加一個甲基，使得胞嘧啶轉化為5-甲基胞嘧啶，同時S-腺苷甲硫氨酸轉變為S-腺苷同型半胱氨酸的過程，但其并沒有改變DNA鏈的結構。DNA的甲基化修飾使得DNA結合蛋白的部位—DNA雙螺旋凹槽的外形發生改變，從而導致其與DNA結合蛋白的結合能力降低[7]。DNA甲基化主要發生在富含CpG核苷酸對的DNA序列上，這些富含CpG核苷酸對的序列被稱為CpG島。CpG島通常位于管家基因的啟動子區域，因此DNA發生甲基化修飾抑制基因轉錄，而低甲基化則激活基因轉錄。事實上，人類基因組中絕大多數的CpG雙核苷酸序列都是甲基化的。

在表觀遺傳學領域中，DNA甲基化是一種已被廣泛研究的表觀遺傳調控機制[8]，其包括從頭甲基化和維持甲基化兩種類型。催化和維持甲基化的酶被稱為甲基化轉移酶（methyltransferase,DNMT），主要包括DNMT1，DNMT2，DNMT3三種。DNMT1的作用主要是在DNA復制時維持甲基化[9]。DNMT3可以分為DNMT3A，DNMT3B和DNMT3L三種，DNMT3A和DNMT3B的作用主要是介導DNA的從頭甲基化[10]，DNMT3L沒有單獨的催化活性，它是從頭甲基化的調節因子，主要通過與DNMT3A和DNMT3B的C端結合，作為它們的輔助因子，協助DNA的從頭甲基化[11]。

2 冠心病相關基因異常甲基化

DNA甲基化修飾自從被人們發現到至今已經有許多年的歷史了。目前，已經有許多研究證明DNA的異常甲基化與多種惡性腫瘤的病理變化存在著關系。但是針對甲基化與冠心病的研究尚處于起步階段，現有的研究僅發現了少量與冠心病有關的DNA甲基化改變。

2.1FOXP3基因

FOXP3基因位于人類X染色體Xp11.23，包含11個外顯子以及一個上游非編碼內含子。FOXP3基因是FOX轉錄調節因子家族的一個成員，它的主要功能是在調節性T細胞（regulatory T cells, Tregs）內表達核酸蛋白質。Treg細胞在免疫應答過程中選擇性抑制免疫系統對抗原產生過高的免疫應答，維持機體免疫系統的穩態，其細胞功能正常的發揮需要FOXP3基因持續和高水平的表達[12，13]。Fontenot等[14]研究發現，FOXP3基因缺失的雄性小鼠體內盡管存在著CD4+ CD25+Treg細胞，但卻無法發揮Treg細胞的免疫抑制作用。由此可見，FOXP3基因在Treg細胞免疫抑制功能的調控以及它們的發育過程中起到了十分重要的作用[15]。

Jia等[16]在比較急性冠狀動脈綜合癥（Acute Coronary Syndrome, ACS）患者和冠狀動脈正常樣本外周血中Treg細胞數量后發現，ACS患者外周血中Treg細胞數量明顯少于對照組，并且發現Treg細胞FOXP3基因特異性去甲基化區的DNA去甲基化修飾與ACS的嚴重程度有關。通過檢測外周血單核細胞（Peripheral Blood Mononuclear Cell, PBMC）中DNMTs的mRNA水平后，Jia等同時發現ACS患者PBMCs中的DNMT3b表達量較對照組有明顯升高。

動脈粥樣硬化是造成冠心病的最主要因素。大量研究表明，炎癥在動脈粥樣硬化的發生發展過程中起到了不可或缺的作用[17]，然而免疫應答在這過程中起到了何種作用尚不十分清楚。有研究表明Treg細胞對于動脈粥樣硬化具有很強的抑制作用[18]，在動脈粥樣硬化動物模型中Treg細胞的數量較非動脈粥樣硬化動物模型是下降的。FOXP3基因調節性T細胞特異性去甲基化區的DNA去甲基化修飾已被證明對外周血中Treg細胞具有抑制作用[19，20]。因此，FOXP3基因調節性T細胞特異性去甲基化區的DNA去甲基化改變通過減少外周血中Treg細胞數量而參與了動脈粥樣硬化的發生發展。

2.2PLA2G7基因

PLA2G7基因位于人類6p21-p12染色體區域，其編碼產物脂蛋白相關磷脂酶A2（lipoprotein-associated phospholipase A2, Lp-PLA2）是近幾年受關注度較高的一個炎癥因子。Lp-PLA2是一種在粥樣斑塊中由炎癥細胞所分泌的一種酶[21]，它在血液循環中大部分與低密度脂蛋白（low-density lipoprotein, LDL）結合[22]，其他少部分則與高密度脂蛋白和極低密度脂蛋白結合。Lp-PLA2能水解LDL上的氧化卵磷脂，在動脈粥樣硬化部位生成大量氧化型游離脂肪酸和溶血卵磷脂，兩者是很強的炎性介質，可以通過損傷血管內皮細胞、誘導單核細胞浸潤等方式引起炎癥的發生。因此可以推測，血液循環中的Lp-PLA2與冠心病的發生發展可能是存在相關性。

從2000年至今，已有研究證明了血液循環中Lp-PLA2的水平與心血管疾病存在著關系。Garza等[23]對Lp-PLA2和心血管疾病之間的關系做了一個薈萃分析，結果顯示Lp-PLA2和心血管疾病之間存在著非常強的關聯性，并且指出Lp-PLA2在未來可能作為一個降低心血管疾病風險的治療靶點。Goncalves等[24]的研究證提出，血液循環中的Lp-PLA2水平可能在冠心病的發展過程中起到了十分重要的作用。Jiang等[25]就PLA2G7基因啟動子區DNA甲基化的改變和冠心病之間是否存在關聯做了一個病例組和對照組的研究，結果顯示在女性冠心病患者中，PLA2G7基因甲基化與冠心病風險之間存在顯著的相關性，并且這種相關性不受年齡、吸煙、糖尿病和高血壓這些因素影響。Jiang等[25]的進一步研究發現PLA2G7基因甲基化與女性冠心病患者血漿中總膽固醇、甘油三酯和載脂蛋白B水平的升高有關，并指出在女性冠心病患者中，PLA2G7啟動區甲基化的改變可能是通過改變血漿中總膽固醇、甘油三酯和載脂蛋白B的水平對冠心病的風險造成影響的，而非通過改變Lp-PLA2水平而對冠心病造成影響。因此，PLA2G7基因的甲基化改變究竟是通過何種途徑影響冠心病的發生發展，還有待進一步研究。

2.3ABCA1基因

血漿高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoprotein cholesterol, HDL-C）的濃度被認為是心血管疾病，尤其是冠心病風險的重要預測因素。血漿HDL-C的濃度與冠心病的發病率呈負相關。在所有影響血漿HDL-C濃度的因素中，遺傳因素的影響被認為占到了60%。目前，一定數量的基因已被證明與血漿HDL-C的濃度有關，這期中就包括ABCA1基因[26]。ABCA1基因位于人類染色體9p31區，其編碼蛋白為三磷酸腺苷結合盒轉運子A1（ATP binding cassette transporter 1, ABCA1）。ABCA1是細胞膜上的一種整合膜蛋白，它能以ATP為能源，介導細胞內游離的膽固醇和磷脂游出，是膽固醇逆向轉運和高密度脂蛋白（high density lipoprotein, HDL）生成起始環節中重要的物質。因此，ABCA1基因表達水平的高低與血漿中膽固醇、HDL的水平以及冠心病的發病風險有著密切的關系[27]。

Guay等[28]在研究發現，存在冠心病病史的家族性高膽固醇血癥（familial hypercholesterolemia, FH）患者白細胞中ABCA1基因甲基化水平高于無冠心病病史的FH患者，同時他們也發現ABCA1基因上游第一個外顯子區的低甲基化與血液循環中的高HDL-C水平存在著關系，并且這兩者之間也是存在關聯的。由此可以推測，ABCA1基因的高甲基化導致血漿中HDL-C的濃度下降，進而增加了冠心病的風險。

2.4F7基因

凝血因子Ⅶ是一種由肝臟合成并分泌的維生素K依賴性蛋白酶，當血管受損后，FⅦ與組織因子形成復合物，在一系列反應后轉化為活化的凝血因子Ⅶ（FⅦa）,大大增強了促凝活性。由于FⅦ在凝血過程中的重要作用，它被認為與動脈粥樣硬化的發生存在著一定的關系。已有研究發現，血漿中FⅦa的濃度升高是冠心病的一個重要風險因素[29]。

FⅦ基因位于人類13號染色體長臂，含有8個內含子和9個外顯子。Friso等[30]研究發現，冠心病A1A1基因型組PBMCs中FⅦ基因啟動子區甲基化程度低于對照組，這導致冠心病組有更高的FⅦa濃度。他們的研究提示了FⅦ基因啟動子區的甲基化水平增高可以減少血漿中FⅦ濃度，從而減少冠心病的發病風險。

2.5F2RL3基因

F2RL3基因也稱作PAR4基因，位于人類染色體19p12區，是蛋白酶活化受體家族的一個成員，其編碼產物為蛋白酶活化受體-4（protease-activated receptor-4, PAR4）。PAR4屬于G蛋白偶聯受體家族，它能獨立介導血小板活化，并且維持晚期血小板的聚集過程。Kasuda等[31]研究發現，乙醇可以通過抑制PAR4信號和減少Ca2+內流從而抑制血小板聚集，這可能有助于減少冠心病的發病率。

吸煙是影響冠心病死亡率和發病率的重要因素，Breitling等[32]研究發現F2RL3基因甲基化與吸煙存在著顯著的關系，由于環境因素是引發DNA異常甲基化的一個因素，提示吸煙可能誘發了F2RL3基因的異常甲基化。Breitling等[33]在進一步的研究中發現F2RL3基因的低甲基化與冠心病的發病率存在的關系。這可能是由于低甲基化使得F2RL3高表達，增加了PAR4的信號傳導作用導致血小板凝集增強，從而增加的冠心病的發病率。

3 展望

隨著表觀遺傳學研究的興起， DNA甲基化在調控基因表達上的重要作用，已越來越受到人們的重視。目前DNA甲基化與相關疾病的研究大部分集中在腫瘤發生的研究上。冠心病作為人類致死的頭號疾病，與其相關的各種研究也從未停止過。然而，相對于腫瘤而言，DNA甲基化與冠心病的研究仍處于起步階段。DNA甲基化本身是可逆的，并且環境因素的改變也會對其造成影響，這就使得DNA甲基化的研究在疾病治療領域研究中占有了一定的地位。現有的研究已經表明DNA甲基化與冠心病的發生發展存在著重要的聯系，隨著研究的深入，環境因素與DNA甲基化和冠心病的關系；DNA甲基化影響冠心病的確切分子調控機制；冠心病危險因素與甲基化的關系這些問題有望得到進一步的解決。這將對DNA甲基化在冠心病診斷和治療方面做出巨大貢獻。

[1] Peng P, Lian J, Huang RS, et al. Meta-analyses of KIF6 Trp719Arg in coronary heart disease and statin therapeutic effect. PLoS One, 2012, 7: e50126.

[2] Lloyd-Jones D, Adams R, Carnethon M, et al. Heart disease and stroke statistics--2009 update: a report from the American Heart Association Statistics Committee and Stroke Statistics Subcommittee. Circulation, 2009, 119: e21-181.

[3] Zheng YY, Xie X, Ma YT, et al. A novel polymorphism (901G ＞ a) of C5L2 gene is associated with coronary artery disease in Chinese Han and Uyghur population. Lipids Health Dis, 2013, 12: 139.

[4] Li ZG, Li G, Zhou YL, et al. Lack of association between lipoprotein(a) genetic variants and subsequent cardiovascular events in Chinese Han patients with coronary artery disease after percutaneous coronary intervention. Lipids Health Dis, 2013, 12: 127.

[5] 趙玫, 白小涓. 冠心病危險因素的研究進展. 中國循環雜志, 2000, 15: 127-128.

[6] Kowluru RA, Santos JM, Mishra M. Epigenetic modifications and diabetic retinopathy. Biomed Res Int, 2013, 2013: 635284.

[7] Bird A. The essentials of DNA methylation. Cell, 1992, 70: 5-8.

[8] Roperch JP, Incitti R, Forbin S, et al. Aberrant methylation of NPY, PENK, and WIF1 as a promising marker for blood-based diagnosis of colorectal cancer. BMC Cancer, 2013, 13: 566.

[9] Svedruzic ZM. Dnmt1 structure and function. Prog Mol Biol Transl Sci, 2011, 101: 221-254.

[10] Chedin F. The DNMT3 family of mammalian de novo DNA methyltransferases. Prog Mol Biol Transl Sci, 2011, 101: 255-285.

[11] Suetake I, Shinozaki F, Miyagawa J, et al. DNMT3L stimulates the DNA methylation activity of Dnmt3a and Dnmt3b through a direct interaction. J Biol Chem, 2004, 279: 27816-27823.

[12] Wan YY, Flavell RA. Regulatory T-cell functions are subverted and converted owing to attenuated Foxp3 expression. Nature, 2007, 445: 766-770.

[13] Williams LM, Rudensky AY. Maintenance of the Foxp3-dependent developmental program in mature regulatory T cells requires continued expression of Foxp3. Nat Immunol, 2007, 8: 277-284.

[14] Fontenot JD, Gavin MA, Rudensky AY. Foxp3 programs the development and function of CD4+CD25+ regulatory T cells. Nat Immunol, 2003, 4: 330-336.

[15] Sakaguchi S, Ono M, Setoguchi R, et al. Foxp3+ CD25+ CD4+ natural regulatory T cells in dominant self-tolerance and autoimmune disease. Immunol Rev, 2006, 212: 8-27.

[16] Jia L, Zhu L, Wang JZ, et al. Methylation of FOXP3 in regulatory T cells is related to the severity of coronary artery disease. Atherosclerosis, 2013, 228: 346-352.

[17] Hansson GK. Inflammation, atherosclerosis, and coronary artery disease. N Engl J Med, 2005, 352: 1685-1695.

[18] Dietrich T, Hucko T, Schneemann C, et al. Local delivery of IL-2 reduces atherosclerosis via expansion of regulatory T cells. Atherosclerosis, 2012, 220: 329-336.

[19] Baron U, Floess S, Wieczorek G, et al. DNA demethylation in the human FOXP3 locus discriminates regulatory T cells from activated FOXP3(+) conventional T cells. Eur J Immunol, 2007, 37: 2378-2389.

[20] Floess S, Freyer J, Siewert C, et al. Epigenetic control of the foxp3 locus in regulatory T cells. PLoS Biol, 2007, 5: e38.

[21] Kolodgie FD, Burke AP, Skorija KS, et al. Lipoprotein-associated phospholipase A2 protein expression in the natural progression of human coronary atherosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2006, 26: 2523-2529.

[22] Stafforini DM, Tjoelker LW, McCormick SP, et al. Molecular basis of the interaction between plasma platelet-activating factor acetylhydrolase and low density lipoprotein. J Biol Chem, 1999, 274: 7018-7024.

[23] Garza CA, Montori VM, McConnell JP, et al. Association between lipoprotein-associated phospholipase A2 and cardiovascular disease: a systematic review. Mayo Clin Proc, 2007, 82: 159-165.

[24] Goncalves I, Edsfeldt A, Ko NY, et al. Evidence supporting a key role of Lp-PLA2-generated lysophosphatidylcholine in human atherosclerotic plaque inflammation. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2012, 32: 1505-1512.

[25] Jiang D, Zheng D, Wang L, et al. Elevated PLA2G7 gene promoter methylation as a gender-specific marker of aging increases the risk of coronary heart disease in females. PLoS One, 2013, 8: e59752.

[26] Ma XY, Liu JP, Song ZY. Associations of the ATP-binding cassette transporter A1 R219K polymorphism with HDL-C level and coronary artery disease risk: a meta-analysis. Atherosclerosis, 2011, 215: 428-434.

[27] 毛穎, 武貴臻, 陳玉嵐, 等. 三磷酸腺苷結合盒轉運子a1基因m883i多態性與冠心病的相關性研究. 中國循環雜志, 2011, 26: 23-26.

[28] Guay SP, Brisson D, Munger J, et al. ABCA1 gene promoter DNA methylation is associated with HDL particle profile and coronary artery disease in familial hypercholesterolemia. Epigenetics, 2012, 7: 464-472.

[29] Girelli D, Russo C, Ferraresi P, et al. Polymorphisms in the factor VII gene and the risk of myocardial infarction in patients with coronary artery disease. N Engl J Med, 2000, 343: 774-780.

[30] Friso S, Lotto V, Choi SW, et al. Promoter methylation in coagulation F7 gene influences plasma FVII concentrations and relates to coronary artery disease. J Med Genet, 2012, 49: 192-199.

[31] Kasuda S, Sakurai Y, Shima M, et al. Inhibition of PAR4 signaling mediates ethanol-induced attenuation of platelet function in vitro. Alcohol Clin Exp Res, 2006, 30: 1608-1614.

[32] Breitling LP, Yang R, Korn B, et al. Tobacco-smoking-related differential DNA methylation: 27K discovery and replication. Am J Hum Genet, 2011, 88: 450-457.

[33] Breitling LP, Salzmann K, Rothenbacher D, et al. Smoking,F2RL3 methylation,and prognosis in stable coronary heart disease. Eur Heart J, 2012, 33: 2841-2848.

2014-05-06)

（編輯：汪碧蓉）

浙江省自然基金項目（LY13H020008）；浙江省自然科學基金（LY13H020009）；國家自然科學基金（81370207）

315211 浙江省寧波市，寧波大學醫學院（李俊骍）；寧波大學附屬李惠利醫院 心血管內科（廉姜芳，周建慶）

李俊骍 碩士研究生 研究方向為冠心病發病相關分子機制 Email: 550509813@qq.com 通訊作者：周建慶 Email: hjmpin@163.com

R54

A

1000-3614( 2014 ) 12-1051-03

10.3969/ j. issn. 1000-3614. 2014.12.023