Hcy與DNA甲基化修飾在腦梗死中的作用進展*

楊志甫　綜述，王麗珍審校（.包頭醫學院第一附屬醫院神經內科，內蒙古包頭0400；2.包頭醫學院病理學教研室，內蒙古包頭04060；3.包頭醫學院第一附屬醫院病理科，內蒙古包頭0400）

Hcy與DNA甲基化修飾在腦梗死中的作用進展*

楊志甫1綜述，王麗珍2，3審校（1.包頭醫學院第一附屬醫院神經內科，內蒙古包頭014010；2.包頭醫學院病理學教研室，內蒙古包頭014060；3.包頭醫學院第一附屬醫院病理科，內蒙古包頭014010）

腦梗死；后成說，遺傳；DNA甲基化；高半胱氨酸/血液；綜述

腦梗死是腦血管病中最常見者，嚴重威脅著人類的身體健康。2008年中國居民第3次死因調查結果顯示，腦血管病已成為國民第1位的死因，全國每年新發腦卒中患者約250萬例，幸存750萬例，其中2/3的患者致殘［1］。據估計，隨著人口增多、老齡化及越來越多的高血壓和吸煙人群，腦梗死的發病率還會急速上升。腦梗死具有多種獨立危險因素，發病機制復雜，包括一系列不同疾病過程及環境、血管、遺傳和中樞神經系統因子之間的相互作用。本文就DNA甲基化修飾、同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）與腦梗死發病關系作一綜述。

1　DNA甲基化修飾在腦梗死中的作用

雖然遺傳因素和多種重要基因的突變參與了腦梗死的發生、發展，目前人們對腦梗死的發病機制尚不完全了解。大量證據表明基因和環境相互作用（即表觀遺傳調控）在腦梗死中發揮著重要作用［2］。其中DNA甲基化修飾是最常見的表觀遺傳調控機制，DNA甲基化模式改變會直接或間接地抑制基因轉錄，影響基因表達。這一病理生理過程雖然已經發現有數十年，但大多數研究重點是DNA甲基化與腫瘤的關系，近年來才引起心腦血管病研究者的關注。DNA甲基化的狀態受到高血壓、環境、飲食、衰老、吸煙等多種因素的影響，并發現與腦梗死的發病密切相關［3］。

1.1DNA甲基化與基因調控DNA甲基化是一種關鍵的表觀遺傳信號工具，通過改變DNA分子的空間構型，進而影響DNA與蛋白的結合，在基因DNA序列沒有發生改變的情況下，基因功能發生了可遺傳變化，并最終導致了表型變化。DNA甲基化作為一種基因天然修飾方式廣泛存在于植物和哺乳動物中，參與機體的許多生物學過程，如基因轉錄抑制、基因組印跡、X染色體失活、染色質完整性的維持、細胞分化和發育的調控［4］。因此，正確建立和維護DNA甲基化模式對于正常的腦部發育，機體的正常運作至關重要。

DNA甲基化調控基因表達的作用機制是抑制基因轉錄，產生這一作用的機制可能與阻礙AP2、NF-κB、c-Myc 和E2F等轉錄因子與啟動子的結合、特異性結合轉錄抑制因子（如甲基化結合蛋白）和改變染色質的結構有關［4-5］。DNA甲基化過程受到多種DNA甲基化轉移酶（DNMT）的調控，主要包括DNMT1、DNMT3a和DNMT3b，其中DNMT1是維持甲基化的轉移酶，其保證了在細胞分裂過程中甲基化譜從親代到子代細胞中的延續性；DNMT3a/3b負責非甲基化雙鏈DNA從頭甲基化，是建立胚胎發育過程中的DNA甲基化模式。

一般認為，DNA甲基化使基因靜默（silence），而去甲基化使基因活化。成年后基因組甲基化狀態的改變通常被認為具有致病性［6］。有證據表明，包括腫瘤和心腦血管疾病在內的人類多種疾病，大多與某些主要基因的異常甲基化有關。

1.2DNA甲基化在腦梗死動物模型中的研究DNA甲基化在腦梗死中的作用是多方位的，影響包括全基因組和與中樞神經系統損傷相關的特異性基因。在大腦中動脈阻塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）小鼠的缺血性腦組織中，DNA甲基化水平明顯增加，這種變化可能促進細胞死亡。而且采用DNA甲基化抑制劑治療MCAO小鼠可以減少缺血性腦損傷的程度。此外，降低轉基因小鼠的神經元DNMT1水平可顯著縮小MCAO后梗死區，與之相反的是，沒有神經元DNMT1的小鼠也不能保護腦組織免受缺血性損傷。這些研究表明動態調控DNMT表達和DNA甲基化狀態是預防腦缺血細胞死亡的重要機制［7］。

1.3整個基因組甲基化狀態與腦梗死Lund等［8］的研究表明，在apoE基因缺陷小鼠尚未出現任何組織學上可以檢測的血管病變前，在外周血單核細胞中已經出現異常甲基化，這表明甲基化的異常改變很可能是動脈粥樣硬化（AS）的早期標志。也有研究發現基因組DNA甲基化與衰老及多種病理過程相關，提示隨著時間的推移，基因組甲基化狀態會發生改變［9-11］。對AS及衰老等腦梗死危險因素的相關研究還發現，AS、衰老個體基因組呈低甲基化水平［11-12］。Baccarelli等［13］通過對腦梗死患者血DNA檢測證實，腦梗死患者與健康對照者相比，整個基因組DNA甲基化（global DNA methylation，GDM）水平明顯降低。Carolina等［14］的結果進一步發現，這種異常GDM在腦梗死各亞型中無明顯差異。由此可見，無論是在人或動物體內均已證實基因組低甲基化與腦梗死有關，基因組DNA的廣泛低甲基化可能通過影響某些基因表達來引起血管損傷、神經細胞凋亡等，在腦梗死發生中發揮重要的調控作用。

1.4相關基因甲基化修飾與腦梗死目前，女性卒中危險性低于男性，但在絕經后幾年這種差異會消失。動物實驗證明，雌性動物缺血后腦損傷較雄性動物輕，這種現象隨雌性動物衰老和內源性卵巢激素的去除而消失。這些研究均提示雌激素有腦保護作用。而雌激素的腦血管保護作用是通過雌激素進入細胞后與受體結合，形成激素-受體復合物，再進入細胞核，誘導功能不同蛋白質的合成來發揮的。雌激素的血管保護作用主要是通過與雌激素受體-α（ER-α）結合介導的，ER-α表達減少將降低雌激素的腦保護作用。楊志甫等［15］報道，腦梗死患者ER-α基因啟動子區甲基化率明顯高于對照組，可能參與腦梗死的發生、發展，而Lin等［16］研究表明，缺血性腦卒中的女性患者在ER-α基因啟動子區域的14個CpG位點有較低的甲基化水平，這一差異僅發生于大動脈粥樣硬化性腦卒中和心源性腦卒中女性患者，男性患者不存在。這項研究雖具有局限性，但仍提示女性腦卒中患者的ER-α去甲基化所致表達上調可作為天然的保護機制，預防神經元的進一步損傷。

腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic pactor，BDNF）是神經營養因子家族中的重要成員，主要分布在中樞神經系統中。BDNF可增加自由基清道夫的活性，減少氧自由基誘導的神經元凋亡；促進神經干細胞的分化和神經細胞生長，故BDNF能改善運動功能，有利于感覺器官的恢復。目前認為，腦梗死后認知功能障礙的發生是由于缺血損傷通過多種途徑引起神經元壞死、凋亡而導致的。Miyake等［17］研究發現，腦缺血后大腦皮質及海馬BDNF mRNA及蛋白表達水平升高，并認為BDNF在腦缺血后起到了保護作用。BNDF表達也受DNA甲基化的調控，已發現基因啟動子區域CpG甲基化水平升高與BDNF合成減少相關，并使患急躁抑郁癥的風險增加［18-19］。Kim等［20］通過檢測腦梗死后1年的患者BDNF基因啟動子甲基化狀態發現，預后差者其BDNF基因啟動子區呈現高甲基化狀態，至于如何影響分泌有待進一步研究。基于這些研究結果，可以推測BDNF啟動子甲基化狀態與腦梗死的發生、預后密切相關。

2　高Hcy血癥在腦梗死中的作用

同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）是一種含巰基的氨基酸，是人體必需氨基酸——甲硫氨酸的中間代謝產物。正常空腹狀態下血漿總Hcy濃度為5～15 μmol/L，在人體中濃度升高具有細胞毒性。各種遺傳或獲得性因素導致的空腹血漿總Hcy水平升高稱為高同型半胱氨酸血癥（hyperhomocysteinemia，HHcy）。自1969年McCully發現Hcy水平升高與動脈粥樣硬化性血管病相關以來，國內外眾多學者圍繞這一課題展開了大量研究，經過幾十年的臨床研究和流行病學調查顯示HHcy已成為腦梗死發生的一個重要危險因素［21］。

2011年美國心臟協會和腦卒中協會共同發布的腦卒中一級預防指南指出，血漿Hcy水平升高，患缺血性腦卒中的風險增加2～3倍［22］。Eikelboom等［23］對澳大利亞西部人群的病例對照研究顯示，血漿Hcy水平與大動脈粥樣硬化型腦梗死之間存在較強的等級關系，與心源性腦栓塞和其他原因所致的腦梗死無明顯相關性。因此，根據目前的對照試驗表明，逆轉高Hcy血癥治療可明顯降低心腦血管病發病率及死亡率。

2.1HHcy的影響因素血漿Hcy濃度受多種因素的影響，有些因素是不可控制的，如年齡、性別、遺傳等，有些是可控因素，如營養、藥物等。其中研究最多的是代謝相關酶的基因突變及營養問題。如Hcy代謝過程中的某些關鍵酶：甲硫氨酸合成酶、N5，N10-亞甲基四氫葉酸還原酶、胱硫醚合成酶基因缺陷或點突變導致酶活性降低，Hcy代謝障礙；或由于Hcy代謝過程中重要的輔助因子葉酸、維生素B12、維生素B6缺乏引起上述3種酶活性下降，從而產生HHcy。

2.2HHcy與DNA甲基化在腦梗死中的作用Hcy可通過氧化應激，誘導內皮細胞損傷，促進平滑肌細胞的增殖，改變血小板功能及抗凝狀態等多種途徑誘導腦梗死的發生。近年來，表觀遺傳學的飛速發展逐漸顯示DNA甲基化修飾在腦梗死發病中的重要性，而Hcy是甲硫氨酸循環的重要一環，其水平的異常升高則很可能影響DNA的甲基化過程，進而影響某些基因的表達來促進疾病的發生、發展。

甲硫氨酸經S-腺苷甲硫氨酸（SAM）遞出甲基后形成S-腺苷同型半胱氨酸（SAH），SAH脫腺苷生成Hcy。過多的Hcy可逆向生成SAH，血漿總Hcy增加常與SAH平行增加，SAH增加而DNA甲基化供體SAM減少，導致整個基因組DNA甲基化水平降低。陳大鵬等［24］對HHcy大鼠主動脈基因組總甲基化水平的研究顯示，HHcy組主動脈組織DNA甲基轉移酶活力和基因組總甲基化水平明顯低于對照組。SAH是所有以SAM作為甲基供體的甲基化反應的產物，且是大多數DNMT的抑制劑，SAH含量增加可抑制其活性，使機體表觀遺傳特性發生改變，導致基因異常表達或沉默。Jiang等［25］利用不同濃度Hcy培養人臍靜脈平滑肌細胞，同時檢測SAM 和SAH的濃度、SAH水解酶表達、DNMT活性變化及DNA甲基化水平的變化，結果顯示，隨著Hcy水平的升高，SAH水解酶水平下降，SAH增加，SAM減少，SAM/ SAH比率下降。因此，人們推測Hcy對血管內皮細胞毒性的直接原因可能是SAH的增加［26］。以上研究結果提示Hcy可能通過改變基因甲基化狀態損傷血管內皮細胞，誘導平滑肌細胞增殖，形成斑塊并參與腦梗死的發生、發展。

3　展　望

近年來，DNA甲基化調控AS、血管重塑，神經細胞分化及有關腦梗死后遺癥的報道較多，為闡明腦梗死這樣一種遺傳和環境因素相互作用所導致的復雜性疾病開拓了新的領域，并引起了極大關注。然而，表觀遺傳領域的最大難題是清理出致病路徑，如DNA甲基化修飾能引起疾病，而有些致病因素又能誘發DNA甲基化，這種變化到底是因還是果，仍未明確；DNA甲基化與基因突變、基因多態性之間是否相互影響，Hcy所致的DNA甲基化異常在腦梗死發病中是怎樣發揮作用的也有待于研究。

已知有些DNA甲基化修飾是遺傳的，有些是后天獲得的，也可能由于Hcy代謝異常所致，鑒于DNA甲基化在腦梗死發生中的作用、在某種程度上的可逆性，為腦梗死的防治提供了新的靶點，為個體化藥物治療提供依據。血漿總Hcy水平的測定將會與血脂、血糖一樣成為腦梗死患者臨床常規的檢測項目。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.11.020

A

1009-5519（2016）11-1658-04

內蒙古自治區自然科學基金資助項目（2013MS1110）；包頭市醫藥衛生科技計劃項目（Wsjj2013060）。

（2015-12-31）