HDAC9與大動脈粥樣硬化型腦梗死關系的研究進展

靳 洲，李其富，馬 琳，王淑榮，陳志斌，廖小平

HDAC9與大動脈粥樣硬化型腦梗死關系的研究進展

靳 洲，李其富，馬 琳，王淑榮，陳志斌，廖小平

HDAC9；組蛋白脫乙酰基酶類；動脈粥樣硬化；腦梗死；綜述

基于雙胞胎、家族及分子流行病學的研究發現，腦梗死的平均遺傳度約為37.9%，其中大動脈粥樣硬化型腦梗死(large artery atherosclerosis stroke， LAA-S)的遺傳度約為40.0%，心源性栓塞型遺傳度約為32.6%，小動脈閉塞型遺傳度約為16.1%，提示腦梗死存在遺傳異質性，且遺傳因素對LAA-S的影響更大[1-2]。最近的全基因組關聯及meta分析發現，某些基因與不同類型腦梗死存在相關性[3-8]，如PITX2和ZFHX3基因與心源性栓塞型相關聯[3-4,6-7]，而組蛋白去乙酰化酶9(histone Deacetylase 9，HDAC9)主要與LAA-S相關聯[6-10]，提示這些基因與不同類型腦梗死的發生、發展密切相關，為進一步研究這些基因在腦梗死發生、發展中的作用提供了重要依據。

1 LAA-S與遺傳因素的關系

腦卒中是嚴重威脅人類生命健康的一類疾病，具有高發病率、高病死率、高致殘率和高復發率的特點[11]。2008年中國居民死因調查顯示，腦卒中居首位[12]。80%左右的腦卒中為缺血性腦卒中。腦卒中根據其病因和病理學特點不同，可分為大動脈粥樣硬化型、心源性栓塞型、小動脈閉塞型、少見病因型和原因不明型5種類型[13]。LAA-S主要由于頸動脈、椎-基底動脈、大腦前動脈、大腦中動脈、大腦后動脈粥樣硬化所致。既往研究表明，腦梗死的發生與環境、遺傳及生活方式等因素相關，其中遺傳因素在腦梗死的發生中起著重要作用。Tarnoki等[14]基于雙胞胎的研究發現，頸動脈斑塊的特性為有很高的遺傳度，提示遺傳因素是影響頸動脈斑塊特性的重要因素。

2 組蛋白去乙酰化酶(histone Deacetylase, HDAC)家族與HDAC9

2.1 HDAC家族 HDAC和組蛋白乙酰基轉移酶(histone acetylase, HAT)一起調節組蛋白和非組蛋白的乙酰化，使細胞內組蛋白乙酰化和去乙酰化過程處于動態平衡，調節細胞的基因表達。在染色質修飾方面，HDAC的主要作用是通過去乙酰化作用去除組蛋白特定Lys殘基上的乙酰基，使染色質結構變得更緊密，阻礙轉錄因子及其輔助因子與轉錄調控元件結合，調節基因的轉錄表達。除了使組蛋白去乙酰化外，HDAC還可以使非組蛋白去乙酰化，調節非組蛋白的生物學功能。

迄今為止，人體內共發現18種HDAC亞型[15]。根據HDAC序列的相似性，將HDAC分為四大類：①第I類包括HDAC1、2、3、8四個亞型，主要位于細胞核內；②第Ⅱ類包括HDAC4、5、6、7、9、10六個亞型，其中HDAC4、5、7、9屬于Ⅱa亞型，HDAC6、10屬于Ⅱb亞型，分布于細胞質和細胞核，可在細胞質和細胞核間穿梭；③第Ⅲ類包括HDAC Sirt1-7共七個亞型；④第Ⅳ類只有HDAC11一個亞型，與第I類、Ⅱ類具有一定的同源性。各種類型HDAC具有不同的生物學功能[16]。HDAC是調節血管內皮細胞增殖、遷徙和凋亡的關鍵因子，并通過一些信號轉導途徑調節細胞的增殖和凋亡。已有證據表明，一些HDAC亞型參與調節血管內皮細胞增殖、遷徙和凋亡過程，并可能參與動脈粥樣硬化的發生、發展[17]。近年來發現，HDAC3、5、7、9等亞型與心血管系統疾病的發生、發展密切相關。HDAC5對血管內皮細胞的增殖、遷徙和血管的生成具有重要影響，其過度表達可以抑制血管內皮細胞的增殖和遷徙，siRNA介導的HDAC5沉默可以促進內皮細胞的遷徙，并拮抗血管生成作用，提示HDAC5是血管生成的負性調節因子[18]。HDAC7的表達上調可以促進血管內皮細胞的增殖和遷徙，HDAC7的表達下調可以導致血管內皮細胞肥大，破壞HDAC7基因結構，引起內皮細胞黏附障礙，使血管容易破裂，導致胚胎死亡，表明HDAC7是促進血管生成的正性調節因子[18-22]。但是有些研究發現，HDAC7并不影響血管內皮細胞的增殖，而是通過調控PDGF-B/PDGFR-β基因的表達調節血管內皮細胞的遷徙，認為HDAC7是促進血管內皮細胞遷徙及新血管生成的重要調節因子[23]。HDAC3具有抑制血管內皮細胞增殖的作用，是血管生成的負性調節因子，可抑制HDAC3活性及促進血管內皮細胞的增殖，參與動脈粥樣硬化的發生過程[24-25]。HDAC9具有促進血管內皮細胞增殖作用，是促進血管生成的正性調節因子[18,26]。因此，上述研究結果表明，HDAC家族在血管內皮細胞的增殖、遷徙、凋亡、血管生成等過程中具有重要作用。

2.2 HDAC9 HDAC9屬于第Ⅱ類HDAC，人類HDAC9基因位于7p21位點，由26個外顯子組成，其由1069個氨基酸構成。此外，還存在多種HDAC9異構體，在腦、骨骼肌、心肌、胎盤、腎臟等組織中均有表達[27-28]。HDAC9的主要作用是通過使組蛋白3和組蛋白4脫乙酰基來調節基因的表達。目前發現，HDAC9具有調節心肌細胞生長、T-調節細胞功能、肌肉細胞分化、血管生成等作用。在血管生成方面，HDAC9具有促進血管內皮細胞增殖及血管生成的作用[18]。最近研究發現，HDAC9通過miR-17-92調控血管內皮細胞的增殖和血管生成[26]。在脂類代謝方面，HDAC9參與脂肪細胞生成和分化的調控，高脂膳食誘發的脂肪組織分化異常與HDAC9的表達增加相關；HDAC9敲除小鼠可以防止脂肪組織分化異常和整體代謝率，降低體重，改善糖耐量和對胰島素的敏感性，減少肝臟脂類的合成[29]。

3 HDAC9與LAA-S的關系

3.1 HDAC9與表觀遺傳學 表觀遺傳學研究在DNA序列不發生改變的情況下，基因表達水平與功能發生改變，并產生可遺傳的表型。它并不改變DNA遺傳信息，但是提供了何時、何地、以何種方式去應用DNA遺傳信息的指令。表觀遺傳學研究涉及DNA甲基化、染色質重塑、基因組印記等內容，其中組蛋白修飾為重要組成部分。在組蛋白修飾中，乙酰化是最早發現的一種修飾，主要發生在賴氨酸殘基的側鏈上，由乙酰化酶和去乙酰化酶行使乙酰化和去乙酰化功能，將其添加或去除一個乙酰基團。蛋白質的乙酰化修飾是一種普遍存在的翻譯后修飾，這種修飾作用不僅中和了賴氨酸殘基側鏈上的正電荷，增加了側鏈的疏水性和體積，而且破壞了氫鍵形成能力。發生乙酰化修飾的蛋白質會改變其生化特性或構象，因此當蛋白質受到可逆的乙酰化修飾時，其功能也可能會發生改變。蛋白質的乙酰化是種多功能信號調節方式，其不僅可調控基因轉錄和染色體結構，而且還與機體發育、衰老等生理、病理過程密切相關。

3.2 HDAC9與LAA-S的發生 HDAC9主要位于細胞質，但能夠穿梭于細胞核和細胞質之間，調控組蛋白及非組蛋白的乙酰化修飾[30]。作為組蛋白乙酰化修飾及調控基因轉錄的重要調節因子，使基因啟動子不易接近轉錄調控元件，從而抑制轉錄。非組蛋白乙酰化和去乙酰化平衡的改變會影響細胞多方面功能。近1/4的腦卒中患者屬于由動脈粥樣硬化導致的大血管卒中。大血管卒中與冠狀動脈疾病間有一些共同的風險因素，并且二者均具有很強的遺傳成分。至今為止，染色體7p21.1處HDAC9基因區域是發現與大血管卒中關系最密切的風險位點[8]。外周血單核細胞基因表達的重復驗證研究顯示，動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中rs2107595風險等位基因(與頸動脈斑塊的存在相關)攜帶者中，HDAC9 mRNA水平增加，但相鄰基因(TWIST1/FERD3L)卻沒有改變。與HDAC9+/+、Apo E-/-小鼠相比，HDAC9-/-、Apo E-/-小鼠主動脈粥樣硬化病變體積顯著縮小；此外，HDAC9-/-、Apo E-/-小鼠動脈斑塊內，Mac-3陽性巨噬細胞的比例升高，這可能歸因于晚期病變比例的降低[31]。

3.3 HDAC9與LAA-S的橫斷面研究 最近的全基因組關聯分析和病例對照研究的結果顯示，HDAC9的一些單核苷酸多態性(single nucleotidepolymorphisms, SNPs)與LAA-S相關聯[6-9,32]，HDAC9在頸動脈、主動脈及股動脈等大動脈粥樣硬化斑塊中的表達明顯高于正常對照組[8]，提示HDAC9可能通過促進動脈粥樣硬化增加腦梗死的發生風險。Markus等[8]研究發現，HDAC9基因位點rs11984041、rs2107595多態性與頸動脈內膜中層厚度相關，同時rs2107595多態性也與頸動脈斑塊相關，與其他部位動脈相比，頸動脈斑塊平滑肌細胞mRNA表達及HDAC9蛋白表達水平均明顯增加，故認為HDAC9基因高表達增加了LAA-S的易感性。Azghandi等[31]也發現，HDAC9基因rs2107595位點與動脈粥樣硬化發生有關。另外，對HDAC9基因敲除小鼠研究顯示，巨噬細胞中膽固醇外流相關基因啟動子區組蛋白3、組蛋白4乙酞化程度增加，基因表達上調，使巨噬細胞內血脂達到穩態，同時炎性反應抑制基因啟動子區組蛋白3、組蛋白4乙酞化程度增加，驅動促炎性M1巨噬細胞向抗炎性M2巨噬細胞分化，表明HDAC9基因通過以上兩種機制最終導致動脈粥樣硬化的發生[32]。

Liu等[33]在維吾爾族腦卒中組、對照組及漢族人的對照組中，各發現1例rs11984041位點CT基因型，余均為CC基因型。2013年對漢族人群缺血性腦卒中患者的GWAS分析發現，HDAC9基因rs2389995位點(OR=1.33，95% CI 1.01，1.75)和rs2240419位點(OR=1.29，95% CI 1.02，1.63)與大動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中密切相關[34]。2015年Su等[35]通過1632病例對照檢測HDAC9基因rs2107595位點發現，該等位基因與中國南方漢族人群缺血性腦卒中發病無相關性。

綜上，基于雙胞胎、家族及分子流行病學的研究發現，腦梗死存在遺傳異質性，且遺傳因素對LAA-S的影響更大。作為一種調控基因表達酶，HDAC9與LAA-S具有相關性，并具有促進大動脈粥樣硬化的作用，但HDAC9基因的SNPs對漢族人群大動脈粥樣硬化性缺血性腦卒中的遺傳易感性，仍有待進一步研究證實。

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2014年國家科學自然基金(81460184)

571199 海口，海南醫學院在讀研究生(靳洲)；570102 海口，海南醫學院第一附屬醫院神經內科(李其富、馬琳、王淑榮、陳志斌、廖小平)

李其富，E-mail：lee-chief@163.com

R345.61；R743.33

A

1002-3429(2017)01-0112-04

10.3969/j.issn.1002-3429.2017.01.037

2016-08-23 修回時間：2016-10-30)