DNA甲基化與高血壓的相關性研究進展

侯葉葉，周宏宇，李子孝，3，4

高血壓是缺血性卒中發生和復發的重要的危險因素，環境、遺傳及其相互作用共同參與高血壓的發生與發展[1]。既往的全基因組關聯研究和薈萃分析已經確定了120個與血壓調節相關的基因座，但只能解釋大約3.5%的性狀變異[2]。表觀遺傳修飾是一種不影響DNA序列而影響基因表達的調控機制，這種對細胞和生理表型性狀的影響可能是外部或環境因素造成的，也可能是人體正常發育的一部分，可能在細胞的整個生命周期內通過細胞分裂持續，也可能持續多代。表觀遺傳修飾可由不同的因素啟動，包括胎兒發育期間的環境影響、飲食習慣、日常生活方式、衰老等。

DNA甲基化是一種常見的表觀遺傳機制，通過招募參與基因抑制的蛋白質或通過抑制轉錄因子與DNA的結合來調節基因表達[3]。越來越多的證據表明，DNA甲基化與高血壓的發生和發展有關，在調控血壓調節機制的多種基因表達方面發揮作用。DNA甲基化的研究促進了對高血壓的理解，但能否將其用作高血壓有效的治療靶點仍是未知。本文主要闡述DNA甲基化在高血壓的病理生理機制、危險因素等方面的作用，探討控制高血壓及預防缺血性卒中的新靶點和新思路。

1 DNA甲基化與高血壓的病理生理機制

正常情況下，腎素-血管緊張素-醛固酮系統（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）、神經系統、免疫與炎癥機制等共同參與人體血壓的調節，將血壓維持在生理范圍內。當上述調節機制發生紊亂時，會導致高血壓的發生[4]。DNA甲基化對高血壓的發生有重要作用。

1.1 RAAS系統 血管緊張素原（angiotensinogen，AGT）是目前唯一已知的腎素底物，是RAAS的限速酶[4]。α-內收蛋白（α-adducin，ADD）通過調節Na+-K+-ATP酶活性導致鈉離子重吸收和高血壓發生[5]。AGT基因和ADD1基因的啟動子甲基化降低與原發性高血壓風險增加有關。其中，女性比男性具有更高的ADD1基因DNA甲基化，但絕經后女性的ADD1基因DNA甲基化程度明顯下降，提示雌激素信號傳導也可能影響ADD1基因的表觀遺傳調控[5-6]。

血管緊張素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）作用于血管緊張素1型受體（angiotensin type 1 receptor，AT1R）和2型受體（AT2R）[7]。AT1R由亞單位AT1α和AT1β組成，分別由Atgr1α和Atgr1β基因編碼。自發性高血壓大鼠與野生型Wistar-Kyoto大鼠（Wistar-Kyoto rat，WKY）相比，Atgr1α啟動子區域DNA甲基化水平降低，主動脈和腸系膜動脈中AT1αR蛋白表達增加，這可能是自發性高血壓大鼠血壓升高的原因[8-9]。

醛固酮是RAAS 的終末激素，在腎上腺皮質的球狀帶中產生，由醛固酮合酶（aldosterone synthase，CYP11B2）催化。低鹽攝入和AngⅡ升高會導致腎上腺CYP11B2基因低甲基化，增加CYP11B2基因的表達和醛固酮合成。既往研究顯示，原發性醛固酮增多癥患者卒中的發生率高于原發性高血壓患者，提示CYP11B2可能是探究DNA甲基化與卒中的重要靶點[10]。

2 型11β-羥基類固醇脫氫酶（11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2，11βHSD2）基因編碼的11β-HSD2可將皮質醇降解為生物學惰性的可的松，確保醛固酮與鹽皮質激素受體結合，該酶的失活會導致以皮質醇為基礎的鹽皮質激素受體的激活，從而造成鈉滯留和血壓升高。11βHSD2啟動子高甲基化與糖皮質激素誘導的高血壓有關。原發性高血壓患者顯示出更高的11βHSD2啟動子甲基化水平，提示11βHSD2啟動子甲基化是高血壓的潛在分子生物標志物[11]。

由上皮細胞鈉通道α亞基（sodium channel 1 subunit α，SCNN1A）基因編碼的上皮鈉通道（epithelial sodium channel，ENaC）的α亞基是通道活動必不可少的，SCNN1A基因高甲基化與高血壓發生有關[12]。編碼ENaCβ亞基的SCNN1B基因啟動子甲基化也與高血壓相關，胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤（cy tosinephosphate-guanine，CpG）的高甲基化和CpG2的低甲基化可能通過上調SCNN1B蛋白表達而升高血壓。SCNN1B中CpG1和CpG2的DNA甲基化水平在女性中高于男性，且CpG1甲基化與年齡呈正相關，這為高血壓的發生機制研究提供了更多的表觀遺傳線索[13]。

血管作為RAAS的終末效應靶點，在血壓控制中起重要作用。由SLC12A2基因編碼的Na+-K+-2Cl-協同轉運蛋白1（Na+-K+-2Clcotransporter 1，NKCC1）參與血壓的調節。與WKY相比，自發性高血壓大鼠主動脈和心臟中的SLC12A2基因啟動子甲基化水平較低，NKCC1水平上調，且與血壓升高相關[14]。血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）可以通過調節血管張力，改變血管的外周阻力，從而導致血壓變化。甲基胞嘧啶雙加氧酶（ten-eleven translocation-2，TET2）是DNA去甲基化途徑中的關鍵酶，在VSMCs中高度表達，TET2甲基化可影響心肌蛋白、血清反應因子（serum response factor，SRF）和肌球蛋白重鏈11（myosin heavy chin gene，MYH11）等收縮性標志物的表達，抑制增殖標志物如kruppel樣因子4和MYH10的表達[15]。此外，絲裂原蛋白2（mitofusin-2，Mfn2）是一種負調節VSMCs增殖的基因，高血壓患者Mfn2基因甲基化水平也明顯低于正常血壓患者，且可能是高血壓的獨立危險因素[16]。雌激素具有誘導血管舒張并抑制血管對損傷反應的作用。有動物研究發現，缺氧時雌激素受體α（estrogen receptor-α，ERα）基因啟動子的高甲基化可導致綿羊先兆子癇的發生[17]。分布于血管內皮細胞中的內皮素轉化酶-1（endothelin conversion enzyme-1，ECE-1）是內皮素生物合成的關鍵酶，ECE-1啟動子低甲基化可通過調節血管收縮促進高血壓的發生[18]。

1.2 交感神經系統 心輸出量和全身血管阻力是神經血壓調節的主要效應成分，交感神經系統通過神經遞質（包括腎上腺素和去甲腎上腺素）調節血管舒縮。慢性精神應激在原發性高血壓的發病機制中具有重要作用。去甲腎上腺素轉運蛋白（norepinephrine transporter，NET）基因的主要作用是將去甲腎上腺素和多巴胺從突觸間隙轉運回突觸前神經元。有研究顯示，原發性高血壓患者神經元去甲腎上腺素重攝取減少是由于NET基因的沉默，與甲基化相關抑制轉錄因子（methyl-CpG-binding protein，MECP2）與NET基因啟動子DNA的結合相關[19-20]。有多個甲基化位點的β1腎上腺素受體（adrenoceptor β1，ADRB1）基因是高血壓易感性候選基因之一。根據動物模型實驗，對美托洛爾有較好降壓反應的自發性高血壓大鼠的心肌組織中ADRB1甲基化水平較低[21]。

1.3 炎癥 炎癥和內皮功能障礙在血壓升高中起重要作用。Toll樣受體2（Toll-like receptors 2，TLR2）基因編碼TLR，該基因啟動子低甲基化可導致基因產物上調，從而造成體內異常的炎癥反應和動脈粥樣硬化的發生。TLR2啟動子，尤其是CpG6的低甲基化與高血壓發生相關[22]。IL-6是與高血壓相關的最重要的促炎細胞因子之一，由單核細胞、內皮細胞和血管平滑肌細胞等分泌，可損害血管內皮功能和血管舒張功能，導致動脈僵硬和外周阻力增加，從而導致血壓升高。針對中國漢族高血壓患者的一項研究顯示，IL-6基因啟動子低甲基化可通過增加IL-6的分泌在高血壓的發生、發展中發揮作用，其中CpG2和CPG3可能對高血壓有診斷價值[23-24]。干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）通過調節細胞因子介導的全身炎癥反應在高血壓的發病中發揮重要作用。有研究發現在高血壓患者中，IFN-γ基因的CpG5、CpG1和CpG3甲基化水平較高，CpG2甲基化水平明顯降低[25]。

1.4 其他機制 一項全基因組甲基化分析比較了高血壓患者和正常血壓對照人群的DNA甲基化差異，證明DNA甲基化水平變化在高血壓的發病機制中具有重要作用[26]。Kato等[27]通過對320 251例東亞、歐洲和南亞等多種族人群的跨血統全基因組關聯和血壓表型復制研究確定了與血壓相關的12個遺傳變異新位點，觀察到的單核苷酸多態性對血壓的影響與DNA甲基化密切相關，如胰島素樣生長因子結合蛋白基因3（insulin like growth factor binding protein 3，IGFBP3）、TWIK相關酸敏感鉀通道1（TWIK-related acid-sensitive potassium channel 1，KCNK3）基因、磷酸二酯酶3（phosphodiesterase 3A，PDE3A）基因和PR/SET域蛋白質6（PR/SET domain 6，PRDM6）基因甲基化與血管平滑肌功能有關，Rho蛋白質家族GTPase活化蛋白24（Rho-GTPase activating protein 24，ARHGAP24）基因、奇數跳躍相關1（odd skipped-related 1，OSR1）基因、有機陰離子轉運體2（organic anion transporter 2，SLC22A7）基因和T-Box轉錄因子2（T-Box transcription factor 2，TBX2）基因甲基化與腎臟功能相關。該研究為DNA甲基化在血壓調節中的作用提供了新的證據。

DNA甲基化指在DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化作用下，在基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶5’碳位共價鍵結合一個甲基基團，使胞嘧啶被修飾為5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5-mC）的過程。在高血壓患者中，以5-mC水平為指標的DNA甲基化水平顯著低于對照組[28]。最近的研究發現了新的DNA甲基化修飾，即N6-甲基腺嘌呤（6-methyladenine，6mA）。研究顯示高血壓患者白細胞中的6mA甲基化水平降低，在血壓控制后恢復正常，其水平與高血壓進展相關。通過體外和體內研究發現，高血壓模型VSMCs中6mA去甲基酶AlkB同源物1（AlkB homolog 1，AKLBH1）水平升高與6mA DNA水平降低有關，ALKBH1水平升高可負調控缺氧誘導因子1α（hypoxia inducible factor 1 α，HIF1α）響應Ang2誘導的血管重塑。基于ALKBH1在6mA DNA水平和H1F1α活性之間的調節作用，研究發現6mA可以作為診斷高血壓的敏感標志物，ALKBH1是通過表觀遺傳重編程預防高血壓新的有希望的治療靶點[11，29]。

關于高血壓發病機制的大量臨床前研究以及全基因組分析數據顯示，DNA甲基化對高血壓的發生、發展具有關鍵影響，該機制涉及到多個關鍵環節。該領域的研究為高血壓發生機制提供了更多的表觀遺傳線索，同時提供了一系列的可能調控靶點。不過目前研究的針對性尚不明確，DNA甲基化影響基因表達的具體機制及靶點選擇仍需要更多的證據支持。

2 DNA甲基化與高血壓的危險因素

流行病學研究表明，高鹽飲食是高血壓的重要影響因素。根據患者對鹽負荷的血壓反應不同，可將高血壓分為鹽敏感型和非鹽敏感型。高鹽飲食中，Dahl鹽敏感大鼠腎臟DNMT3a的表達水平高對照組，而低鹽飲食兩組大鼠之間DNMT3a的表達沒有差異。有研究發現，高鹽飲食可誘導腎臟髓質中1712個基因的差異表達，腎內注射抗DNMT藥物可阻止76%這些基因的差異表達并減輕高血壓[30]。自發性高血壓大鼠的高鹽飲食能促進AGT啟動子去甲基化，參與高血壓發生[4]。AT2R是胎兒的血管緊張素主要受體類型，AT2R基因低甲基化可負向調節高鹽飲食下的高血壓，通過激活AT2R，對鹽敏感性高血壓產生抑制作用，這可能成為高血壓新的治療靶點[7]。

吸煙和飲酒是高血壓的危險因素之一。TLR2基因的CpG6、CpG7、CpG8與吸煙和飲酒之間存在顯著的基因-環境交互作用[22]。吸煙和飲酒可能通過IL-6基因啟動子去甲基化介導高血壓的發生和發展[23]。飲酒與ADD1基因的CpG1甲基化之間具有顯著交互作用，同時具有這兩種因素個體的高血壓風險增加5.64倍[6]。習慣性飲酒與DNA甲基化的廣泛變化有關，戒酒后甲基化程度減弱[31]。DNA甲基化與危險因素之間的交互作用為高血壓的發病機制提供了新的理解。

高齡也是高血壓的重要危險因素。隨著年齡的增長，DNA甲基化水平會發生改變[32]。克老素（Klotho）是一種抗衰老蛋白，在抗氧化、抗炎等多種生理過程中都扮演重要角色，參與器官保護。衰老小鼠的DNA去甲基酶活性降低，導致Klotho基因的DNA甲基化增加，Klotho在腎臟中的表達減少，與衰老小鼠動脈粥樣硬化和高血壓相關[33]。編碼ENaC的SCNN1B基因甲基化與高血壓之間的相關性受年齡影響，衰老與SCNN1B甲基化水平呈正相關[13]。這些DNA甲基化位點的發現為解釋衰老與高血壓的關聯作出了更深刻的闡釋。與宮內環境、遺傳等因素相關，DNA甲基化在其中的作用需要未來的研究進行證實。

3 DNA甲基化與高血壓的環境因素

環境因素可能通過表觀遺傳機制改變基因在人類復雜疾病中的表達[34]。母體子宮內壓力可能會導致疾病的后期發展的現象被稱為胎兒編程化，有研究者認為DNA甲基化異常與產前編程性高血壓有關[35]。妊娠期接受低蛋白飲食或地塞米松的大鼠后代中，糖皮質激素誘導下丘腦室旁核DNMT3a表達和活性的降低，研究者認為，DNMT3a與Agtr1α基因結合減少導致DNA去甲基化，進而導致Agtr1αmRNA的上調，下丘腦中AT信號的增加，從而造成后代的鹽敏感型高血壓[36]。還有研究發現，妊娠期間大鼠母體低蛋白飲食可使后代腎上腺中Atgr1β啟動子低甲基化，導致AT1β表達增加，通過腎交感神經過度活動發展為產前程序性高血壓[37]。妊娠期間小鼠母體蛋白質缺乏會促進血管緊張素轉化酶1（angiotensin converting enzyme1，ACE-1）啟動子區域的低甲基化，增加ACE基因的表達，最終導致后代高血壓[38]。此外，妊娠期的母體低蛋白飲食會在小鼠后代中導致性別差異性高血壓，其中雌性高血壓程度更重[39]。

目前針對人體的DNA甲基化與高血壓環境因素的研究較少。有研究發現妊娠期高血壓母親的后代在成年后卒中的風險顯著增加，通過對血壓、血糖、血脂等血管危險因素的系統回顧發現，曾患妊娠期高血壓母親的后代在童年和成年時期血壓更高[40]。關于妊娠期高血壓母親后代具體的高血壓發生機制尚不明確，可能

4 DNA甲基化與缺血性卒中

腦血管病是由遺傳因素和外界環境共同作用導致的一種綜合性疾病，其中缺血性卒中最常見[41-42]。高血壓是缺血性卒中的重要危險因素。探究DNA甲基化在缺血性卒中的作用及其與高血壓的關聯，對缺血性卒中的管理具有重要意義。高同型半胱氨酸血癥是多種心腦血管疾病的危險因素，高血壓并合并高同型半胱氨酸血癥的患者發生卒中的風險增加了12倍以上[43]。有研究發現，亞甲基四氫葉酸脫氫酶（methylenetetrahydrofolate dehydrogenase 1，MTHFD1）基因啟動子的甲基化水平在高血壓患者中較高[44]。一項中國原發性高血壓人群MTHFD1基因甲基化與卒中關聯的研究發現，在發生卒中的高血壓患者中，MTHFD1基因甲基化水平較低，且其可能是原發性高血壓患者發生卒中的潛在生物標志物[45]。Hcy代謝的關鍵酶——半胱氨酸β合成酶（cystathionine βsynthase，CBS）基因的高甲基化水平與高血壓和卒中的獨立相關[46]。還有研究發現，二氫葉酸還原酶基因啟動子低甲基化水平與卒中相關[47]。腺苷同型半胱氨酸水解酶（adenosylhomocysteine hydrolase，AHCY）的表達抑制可導致細胞中S-腺苷-L-Hcy的積累，進而抑制DNA甲基化，因此，AHCY基因啟動子的高甲基化可能與缺血性卒中的發生有關[48]。

ET-1是一種強血管收縮劑，其表達在中重度高血壓患者的小動脈內皮細胞中顯著增加[49]。ET-1還參與動脈粥樣硬化發生和發展的過程，動脈粥樣硬化斑塊中的內皮細胞、巨噬細胞和平滑肌細胞均表達ET-1。在易患卒中的自發性高血壓大鼠中，ET-1受體拮抗劑治療后，可逆轉血管損傷并改善血管內皮功能，對卒中發生具有保護作用[50]。通過DNA甲基化調節ET-1的表達，可能是預防高血壓和卒中的可能干預途徑。

與歐洲人群相比，南亞人群中卒中的風險更高[51]。全表觀基因組關聯研究和差異甲基化區域分析的結果顯示，與高血壓相關的DNA甲基化位點和區域在南亞和歐洲人群中具有顯著差異，可能是兩個種族之間卒中風險差異的潛在機制[52]。未來需要在更多人群中進行DNA甲基化的探索性分析，進一步明確DNA甲基化與卒中風險的關系及相關的基因位點。

5 結論和展望

高血壓是缺血性卒中的重要危險因素，其發生、發展與遺傳、環境等因素密切相關。DNA甲基化是一種相對穩定的表觀遺傳學機制，但也受到各種環境刺激的影響。DNA甲基化與多因素生活方式相關疾病，如卒中、心血管疾病、高血壓等具有關聯。探索遺傳-環境以及表觀遺傳-環境的相互作用能夠幫助理解高血壓的遺傳變異，與高血壓相關的DNA甲基化研究有助于高風險個體的識別及預防策略的制訂。

DNA甲基化參與高血壓的發生與發展的眾多基因的調控，其中部分基因位點與高血壓患者發生卒中相關，但是DNA甲基化在該過程中的具體作用機制仍需要未來的研究進行證實。目前研究的主要集中在基礎試驗及橫斷面研究方面，需要更多的前瞻性隊列中的DNA甲基化數據來探索更多的甲基化位點，需要進一步探索基因的mRNA表達來證明轉錄調控機制。針對特定基因的甲基化及關鍵酶干預可作為高血壓及缺血性卒中預防及治療的新途徑。

【點睛】DNA甲基化與RAAS系統、交感神經、炎癥等高血壓相關發病機制密切相關，另外，DNA甲基化還與高血壓相關危險因素、環境因素及高血壓患者罹患卒中有潛在關聯。對該領域的探索有助于尋找新的高血壓診療靶點。