表觀遺傳學在中醫藥研究中的應用

成細華，饒春梅，喻嶸，任婷

湖南中醫藥大學，湖南 長沙 410208

表觀遺傳學在中醫藥研究中的應用

成細華，饒春梅，喻嶸，任婷

湖南中醫藥大學，湖南 長沙 410208

表觀遺傳學的改變已被認為是最有前途的疾病防治新戰略。中醫藥通過表觀遺傳學調控基因表達，可參與細胞凋亡、增殖、分化及細胞周期調控、免疫、炎癥、代謝等病理生理過程。本文對目前表觀遺傳學研究較為熱門的DNA甲基化、組蛋白修飾和miRNA調控在中醫藥研究中的應用進行了概述。

表觀遺傳學；中醫藥；DNA甲基化；組蛋白修飾；miRNA調控；綜述

表觀遺傳學由Waddington CH[1]于1942年作為后生論和遺傳學的合詞而提出。1975年，Holliday R對表觀遺傳學進行了較為準確地描述，認為表觀遺傳學不僅在發育過程中，還在成體階段研究可遺傳的基因表達改變，這些信息可經有絲分裂、減數分裂在細胞和個體間世代傳遞[2]。2008年的冷泉港會議達成了關于表觀遺傳學的共識，即“染色體的改變所引起的穩定的可遺傳的表現型，而非DNA序列改變”[2]。表觀遺傳學研究內容主要包括兩類：一類為基因選擇性轉錄表達的調控，有DNA甲基化、基因印記、組蛋白共價修飾和染色質重塑；另一類為基因轉錄后的調控，包括基因組中非編碼RNA、miRNA、反義RNA、內含子及核糖開關等。表觀遺傳學應用于中醫藥研究，則集中于DNA甲基化、組蛋白共價修飾和miRNA領域。茲將近年來的相關研究總結如下。

1 表觀遺傳學與中醫證候

表觀遺傳學是中醫證候多樣性的部分物質基礎。牟氏等[3]對糖尿病腎病人群不同體質類型、不同證候及其與轉化生長因子（TGF）-β1基因T869C多態性的內在關聯及其交互作用進行分析，發現糖尿病腎病的部分體質和TGF-β1基因T869C多態性有相關性。對糖尿病腎病患者的證候與TGF-β1基因T869C多態性進行二分類logistic回歸分析發現，無相關證候進入回歸模型。說明與證候的動態性和受后天環境因素影響較大有關，因此認為表觀遺傳學在探究中醫證候實質中應具有重要地位[4]。劉氏等[5]研究了急性髓系白血病各證型患者ID4基因啟動子區甲基化陽性率，由低到高依次為氣陰兩虛證、瘀血痰結證和毒熱熾盛證，表明證型與表觀遺傳學變化存在一定聯系。曾氏等[6]發現，腎陽虛組血漿中免疫相關基因FHIT、MAP2K6基因CpG島甲基化水平高于健康組，WNT5B、FRAT2、CSNK1D基因CpG島甲基化水平低于健康組，說明以上基因啟動子區甲基化狀態與腎陽虛證相關。顏氏等[7]報道，hsa-miR-18a上調和hsa-miR-99b下調可能與陰虛火旺型口腔扁平苔蘚發生相關。

2 DNA甲基化

DNA的甲基化是基因組DNA的一種主要表觀遺傳修飾形式。在脊椎動物中，DNA啟動子區CpG島成簇狀存在，是DNA發生甲基化的主要位點，所以，研究DNA甲基化常與CpG島相關聯，目前對DNA啟動子區CpG島異常甲基化的研究是表觀遺傳學的一個熱點。血府逐瘀膠囊、四季三黃膠囊及其聯合應用均具有降低血清三酰甘油水平、穩定動脈粥樣硬化斑塊的作用，其機制可能與提高血清中DNA甲基化水平和DNA甲基化轉移酶（DNMTs）水平有關[8]。納米脂質體槲皮素下調DNMTs1和組蛋白脫乙酰化酶1表達，降低p16INK4α甲基化水平，通過表觀遺傳核因子κB（NF-κB）信號途徑而下調角質形成細胞增殖的NF-κB和白細胞介素（IL）-6炎癥因子的表達[9]。黃氏等[10]用不同濃度白藜蘆醇孵育體外培養的人胃癌SGC-7901細胞，結果白藜蘆醇能以劑量依賴性方式抑制SGC-7901細胞增殖，隨著濃度的增加，RASSF1A甲基化的水平逐漸減弱，非甲基化水平逐漸增多；同時，RASSF1A的mRNA和蛋白表達水平明顯上調。提示白藜蘆醇對甲基化水平的調節可能是其抗癌的重要因素。郭氏[11]研究表明，消痰散結方能有效抑制胃癌細胞系及裸鼠原位移植瘤生長，其機制與逆轉抑癌基因p16甲基化水平、增加p16 mRNA表達水平有關。林氏等[12]采用8.4%的益腎方劑和15.2%的健脾方劑處理生理性腎虛小鼠，顯示益腎健脾方劑能明顯提高生理性腎虛小鼠肝細胞DNA甲基化酶的活力，具有延緩衰老的作用，為從分子生物的角度探討中醫益腎健脾延緩衰老的機理提供了客觀依據。多數研究表明，中藥調節DNA甲基化，治法多屬于補腎填精、益氣健脾活血、化痰散結等方面[12]。

3 組蛋白修飾

組蛋白的去乙酰化與基因的失活相關，乙酰化轉移酶主要是在組蛋白H3、H4的N端尾上的賴氨酸加上乙酰基，去乙酰化酶則相反，不同位置的修飾均需要特定的酶來完成。乙酰化酶家族可作為輔激活因子調控轉錄，調節細胞周期，參與DNA損傷修復，還可作為DNA結合蛋白。去乙酰化酶家族則和染色體易位、轉錄調控、基因沉默、細胞周期、細胞分化和增殖及細胞凋亡相關[13]。白藜蘆醇及其衍生物能直接激活去乙酰化酶SIRT1，促使轉錄因子FOXO3a與過氧化物酶體增殖活化受體γ共激活因子-1α（PGC-1α）活化[14]。在小鼠動物模型中，白藜蘆醇誘導SIRT1活化，激活PGC-1α與蛋白激酶AMPK，減少類胰島素1增長因子表達與提高機體對胰島素的敏感性，通過增強線粒體氧化磷酸化和有氧代謝能力，增加機體的能量消耗，延長小鼠壽命。提示白藜蘆醇起著類似減少熱量飲食或節食的功效[15]。姜黃素處理新牛鼠心肌細胞后，姜黃素抑制GATA4、肌細胞增強因子2C和Nkx2.5表達，可能機制是這些基因啟動子區域組蛋白乙酰化修飾狀態降低導致染色質構型緊密，不利于轉錄因子及其他相關元件與啟動子的結合，從而抑制了基因的表達[16]。有研究者用文獻信息學方法，發現在眾多方藥中，補藥主要針對組蛋白修飾發揮功效[17]。

4 miRNA調控

miRNAs（MicroRNAs）是在真核生物中發現的一類內源性的具有調控功能的非編碼RNA，其大小長約20～25個核苷酸[18]。Ma YN等[19]對益髓生血顆粒一些純化的組分進行分析，發現大黃素能促進K562細胞內CD235a和CD71及α-、ε-和γ-珠蛋白的表達，并能通過下調miR-221和miR-222的表達水平調控紅細胞分化。說明地中海貧血相關miRNA的研究能從一個側面揭示中醫藥治療相關疾病的分子機制。白藜蘆醇具有抗癌活性，基因芯片分析非小細胞肺癌A549細胞，發現白藜蘆醇處理后71個miRNAs表達異常，其潛在靶基因分別參與細胞凋亡、細胞周期、細胞增殖和分化的調控[20]。白藜蘆醇也能上調免疫細胞如THP-1單核細胞miR-663的表達，通過miRNA起著抗炎的作用[21]。迄今為止，中醫藥調控miRNA及其相關基因多局限于姜黃素、白藜蘆醇、大豆異黃酮、丹參酮ⅡA、人參皂苷、延胡索總生物堿等中藥活性成分，而復方研究尚少。鑒于miRNA在中醫藥研究中的重要地位，其為中醫藥理論的發展提供了新的切入點[22]。

5 其他

盧氏等[23]認為，開展DNA甲基化、組蛋白修飾等表觀遺傳學調控及其相應調控蛋白酶研究，對于深入闡述針灸“理、法、方、穴、術”的物質基礎具有積極意義。miRNA與靶基因之間的動態平衡關系與中醫的陰陽平衡思想不謀而合。以miRNA及其調控網絡為切入點，結合病證結合、方證對應的臨床研究模式，獲取相關證候及方劑起效前后的miRNA表達譜，進而尋找相關靶基因及其細胞分子網絡，將為闡明中醫治病求本的機制提供新的視角，對中醫理論的發展具有重要意義[24]。

6 展望

表觀遺傳學的改變已被認為是最有前途的疾病防治新戰略。中醫藥通過表觀遺傳學調控基因表達，參與細胞凋亡、增殖、分化、細胞周期調控、免疫、炎癥及代謝等病理生理過程。但中醫藥調控表觀遺傳學的研究尚處于初期和不完善階段。目前研究主要集中在腫瘤領域，且多為甲基/去甲基化酶、乙酰/去乙酰化酶表達差異，基因的啟動子甲基化、乙酰化調控，miRNA表達差異等方面，研究深度和系統性待提高。

表觀遺傳學DNA序列不變而功能可變與中醫“同病異治”“異病同治”有很強的結合點。同一疾病的發生可能與不同甲基化或乙酰化調控相關，而不同疾病的發生可能受同一甲基化或乙酰化調控。另外，中醫整體觀念強調自然環境對機體的不可分割性與表觀遺傳受環境影響、陰陽相互轉化與表觀遺傳抗逆性均有高度一致性。

表觀遺傳學具有可遺傳、可逆性的特點，可通過相互作用，多途徑、多層次影響和調控遺傳基因的功能和特性。該特點與中醫藥治療疾病的整體性、綜合性、多靶點性等具有很大相似性。表觀遺傳學方法的出現，將為中藥有效性的研究提供新方法，進一步豐富中醫藥理論，促進中西醫結合理論的發展。

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Application of Epigenetics in TCM Research

CHENG Xi-hua, RAO Chun-mei, YU Rong, REN Ting

(Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410208, China)

Epigenetics change has been considered to be the most promising new strategy for disease control and prevention. TCM regulates gene expression through epigenetics, participating in pathological and physiological process including cell apoptosis, proliferation, differentiation, cell cycle regulation, immunity, inflammation, and metabolism. This article reviewed the application of DNA methylation, histone modification and the miRNA regulation in TCM research.

epigenetics; TCM; DNA methylation; histone modification; miRNA regulation; review

10.3969/j.issn.1005-5304.2016.01.035

R2-05

A

1005-5304(2016)01-0134-03

2014-10-08）

（

2015-05-28；編輯：梅智勝）

國家自然科學基金（81102593、81273753、81373576、81503565）；湖南省重點學科-中西醫結合基礎（2012年）

饒春梅，E-mail：1357655170@qq.com