遲發性運動障礙與DNA甲基化之間關系的研究進展

韓佳睿 張蘋 張媛

摘 要：DNA甲基化是最常見的表觀遺傳學修飾之一，異常的甲基化影響基因的轉錄和表達。有研究表明DNA甲基化可能在精神疾病的發生機制中發揮著很大的作用。本文通過綜述遲發性運動障礙的研究進展及DNA甲基化可能發揮的作用，為預測TD的發生發展及臨床治療和預防提供理論依據。

關鍵詞：DNA甲基化；精神分裂癥；遲發性運動障礙

中圖分類號：R741.02 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.20.010

文章編號：1006-1959（2018）20-0032-04

Abstract：DNA methylation is one of the most common epigenetic modifications，and abnormal methylation affects gene transcription and expression.Studies have shown that DNA methylation may play a large role in the mechanism of mental illness.This article provides a theoretical basis for predicting the occurrence and development of TD and clinical treatment and prevention by reviewing the research progress of tardive dyskinesia and the possible role of DNA methylation.

Key words：DNA methylation；Schizophrenia；Tardive dyskinesia

遲發性運動障礙（tardive dyskinesia，TD）主要是由于長期大量服用抗精神病藥后引起的一種特殊并持久的異常不自主運動綜合征，最為突出的是口、唇、舌及面部不自主運動，稱為“口-舌-頰三聯征”，表現為吸允、舐舌、鼓腮，有時伴有軀干及四肢舞蹈樣動作或手部指劃樣動作[1， 2]。TD一旦發生，很難逆轉，并且具有致殘率高，預后較差等特點，但目前臨床尚無特異性的治療方法。所以對TD的發生機制的研究就變得尤為重要。

1 TD的發生機制

1.1機制假說 ①多巴胺受體（dopamine receptor，DR）超敏學說[3，4]：是目前最被認可與流行的假說，長期服用大劑量的抗精神病藥物可阻滯突觸后DR，使突出前多巴胺（DA）合成及釋放反饋性增加，而突觸后DR對DA敏感性增強，產生DR超敏反應，處于“去神經增敏狀態”，對DA變得更為敏感。此觀點可以解釋增加抗精神病藥物劑量會暫時抑制TD的癥狀，而突然撤退或使用DR激動劑會惡化甚至引發TD，但是不能解釋在開始使用抗精神病藥物幾周就出現DR超敏，在藥物使用一段時間后才出現TD[5，6]。但近來該理論受到質疑，在應用DA受體激動劑時，TD的原有癥狀并沒有加重，也不能解釋TD出現緩慢、停藥后不能自行緩解的現象[7]。②神經元變性假說：患者長期應用抗精神病藥物能增加體內的兒茶酚胺濃度，兒茶酚胺代謝產物自由基能破壞細胞蛋白，細胞膜及 DNA。基底節神經變性是TD發生的病理基礎。自由基參與TD病理生理多個環節。包括神經細胞胞膜的破壞，特別是基底神經元的病理改變、抗氧化酶系統的失衡以及血漿脂質過氧化物誘導物濃度的增加等。大腦中兒茶酚胺神經遞質的代謝為自由基的主要來源。對于精神疾患，由于鎮靜劑的運用阻斷了兒茶酚胺神經遞質受體，增加了DA 神經遞質在突觸間濃度以及代謝產物。而基底節兒茶酚胺以及離子濃度的升高，使基底節的神經變性最為嚴重，TD的產生可能和此處神經元持久改變密切相關[8]。③GABA功能低下學說：有學者報道在TD患者中存在部分紋狀體GABA能中間神經元受損或功能障礙[9]。該理論在遲發性運動障礙的發病機理中也起到了一定的支持作用，主要認為在神經解剖環路控制運動的過程當中GABA不足，影響TD的發生。然而在臨床治療實驗中，通過提升GABA的濃度卻無法獲得讓人滿意的療效。目前尚不能確定具有GABA作用的藥物在治療TD方面的效能。人們對GABA在TD的發病機制中所起的作用尚有疑問[10]。④氧化應激假說：自由基具有神經毒性，損害神經元，最終導致不同神經遞質系統的退行性變。此觀點認為長期服用抗精神病藥物可以增加自由基的生成[11]。此假說可以解釋停用藥物后TD癥狀的不可逆。

1.2分子遺傳學研究 家系和動物實驗的研究提示，遺傳因素在TD的發生中起一定作用[12]。在臨床實踐中，不同個體對TD的易感性存在差異。同一種抗精神病藥物，部分年輕患者可能服用數月后即可產生TD，而有些老年患者可能服用數十年也不出現TD，不同個體對同一種抗精神病藥物的反應不同可能與其獨特的基因圖譜有關[13]。近年來，諸多學者為解釋TD發生的遺傳學機制對TD候選基因進行了基因多態性的研究，其中包括抗精神病藥物代謝酶細胞色素P450基因多態性，如CYP2D6[14]、CYP3A4[15]；神經遞質相關的基因，如兒茶酚胺氧甲基轉移酶（catechol-o-methyltransferase，COMT）基因的Vall58Met[16]；5-羥色胺受體（5-hydroxy tryptamine receptor，5-HTR）基因多態性，如前額葉皮質5-HT7受體的表達水平降低[17]；γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受體基因多態性如GABRA3，GABRA4，GABRB2[18]和自由基清除酶如錳超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）基因多態性等。

近年來，大多數學者認為遺傳易感性、環境及基因與環境的相互作用在精神疾病中發揮很大的作用。精神分裂癥的發病機理主要是腦內遞質出現異常，導致腦內存在病變，而遺傳因素和環境因素在精神分裂癥的發病過程中均起到重要作用，可能是兩者相互作用共同導致精神分裂癥的發作。基因與環境交互作用的中介是表觀遺傳[19]。TD是由于長期服用抗精神病藥物所引起的一種異常不自主綜合征，因其發病機制不清楚，從而給患者的治療帶來很大的困難。因為既往的假說均不能很好的解釋TD的發生與發展，所以以表觀遺傳角度為切入點進行研究或許會有所發現。

2 藥物與表觀遺傳學研究

2.1表觀遺傳與DNA甲基化 Csoka AB等提出藥物表觀遺傳的假說：認為表觀遺傳是基因與環境相關作用的產物，是基因受環境刺激的影響而引起的持久變化，環境中的化學物質包括化學藥物使這一變化更加顯著。臨床使用的諸多藥物也可引起持久的表觀遺傳變化。藥物可能通過直接和間接的機制導致表觀遺傳變化。直接機制可能包括由藥物引起的DNA甲基化、染色質重塑等，由此改變基因表達；間接機制可能是藥物通過改變受體、信號分子以及必須蛋白的表達，進而影響遺傳調控通路。由于長期服用藥物，機體可能發生一系列的變化適應，如DNA甲基化、染色質重塑、RNA沉默等，形成永久的表觀遺傳網絡[20]。DNA甲基化是一種常見的遺傳學修飾。DNA甲基化是指甲基化合物（S-Adenosyl-L-methionine，SAM）在甲基轉移酶（DNA methytransferase，DNMTs）的激活下，將甲基基團轉移到DNA分子中特定堿基上的過程，最普遍的是在胞嘧啶上形成5甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5-mC）。DNA甲基化是一種進化上保守且具有重要生物學功能的表觀遺傳機制，它可以在不改變DNA一級結構的情況下調控基因表達。目前認為，DNA甲基化參與基因表達的調控，基因調控元件（如啟動子）的CpG島甲基化修飾會阻礙轉錄因子復合物與DNA的結合。更重要的是，甲基化的DNA結合CpG結構域蛋白（methyl-CpG-binding domain proteins，MBDs）。隨后MBDs招募染色質重塑蛋白到結合位點，導致染色質發生異染色質化，從而抑制基因轉錄。甲基化狀態的改變與基因位點突變、基因缺失及基因表達異常的發生密切相關[21，22]。因此DNA低甲基化可能會通過導致基因缺失、異位等，從而使某些相關基因的轉錄、翻譯、蛋白質等發生異常。高甲基化可使基因轉錄發生沉默，導致蛋白質的表達異常，從而影響蛋白質相對應的生物學功能。該理論假說也很好地解釋了TD在患者服藥一段時間后出現，撤藥后仍不能自然緩解或消失的這一臨床現象。

近年來，隨著DNA甲基化研究的不斷深入，DNA甲基化檢測技術也變的越來越多，如芯片技術和高通量測序技術，使不同類型的甲基化的研究變為可能。用于甲基化研究的主要技術包括第三代高通量測序技術（三代測序）[23]，此技術通過分子量區分不同的堿基，因此甲基化修飾的堿基也可以通過分子量差異被檢測出。避免了重亞硫酸鹽處理，同時讀長優勢降低了重復序列的比對和拼接難度。第二代高通量測序 （二代測序）技術[24]，此技術使得成本大幅降低、測序時間縮短和準確度提升，從而深度測序得以實現，這對于一些低拷貝變異的檢測是至關重要的。該技術的缺點是 DNA 進行重亞硫酸鹽處理后海量測序數據比對、拼接難度高。基因芯片檢測技術（microarray）[25]具有檢測速度快，數據平行性、準確性、穩定性高，價格低的優勢。基因芯片采用全基因組范圍內設計探針，但并非全基因組的 CG 位點都作為探針被檢測，因此不能獲得基因組上全部的甲基化數據。

2.2精神分裂癥與DNA 甲基化 有研究證據提示，DNA甲基化在精神障礙患者的GABA能神經元失衡中起重要作用。在精神分裂癥患者中，reelin基因的表達與其啟動子的甲基化狀態相關，高度甲基化可降低reelin基因的表達水平[26， 27]。精神分裂癥小鼠模型試驗表明，L-甲硫氨酸通過調節RELN基因啟動子的甲基化而降低RELN基因的mRNA表達水平，從而加重精神分裂癥的癥狀，如小鼠自發活動增加、刻板行為等。一項全基因組的表觀遺傳研究顯示，在精神分裂癥中谷氨酸受體基因、谷氨酸轉運體基因和一種調節GABA受體產生的蛋白基因（MARLIN-1）的CpG島都存在DNA甲基化異常[28]。 Petronis A等發現精神分裂癥發病差異的同卵雙生子的DRD2啟動子區甲基化存在差異[29]。近年來，表觀全基因組關聯研究結果進一步證實了GABA能相關基因的表達在精神分裂癥中發揮一定的作用，在精神分裂癥患者的腦中存在谷氨酸脫羧酶1調控網絡中基因[30，31]的甲基化異常。

3 總結

不斷研究的證據顯示表觀遺傳學因素可能在精神分裂癥發病機制中起到一定作用。DNA甲基化作為一種表觀遺傳學機制，可能與神經精神疾病和抗精神病藥物作用相關的異常表達調控相關。而TD是由于長期服用抗精神病藥物引起的，由此推測，TD也可能與表觀遺傳中的DNA甲基化相關。由于有關精神疾病的表觀遺傳學研究剛剛起步，通過系統文獻檢索，關于TD與DNA甲基化關聯的報道研究還很少。通過研究DNA甲基化在TD中所產生的作用，為預測TD的發生及臨床治療和預防提供理論依據。

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收稿日期：2018-8-8；修回日期：2018-9-4

編輯/成森