表觀遺傳修飾在剝脫綜合征發(fā)病及治療中的作用研究進(jìn)展

李金霖，王群，黨光福

1 山東中醫(yī)藥大學(xué)眼科與視光醫(yī)學(xué)院，濟(jì)南250011；2 濟(jì)南市第四人民醫(yī)院眼科；3 山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科

剝脫綜合征（XFS）是一種以眼部表現(xiàn)為臨床特征的全身性細(xì)胞外基質(zhì)疾病，主要表現(xiàn)為纖維性物質(zhì)在多個(gè)器官沉積。除眼睛外，皮膚、血管、膽囊、肺、腎臟、心臟和腦膜亦發(fā)現(xiàn)剝脫物質(zhì)（XFM）的存在［1］。XFS 會(huì)引起多種眼內(nèi)并發(fā)癥，如剝脫性青光眼（XFG）、白內(nèi)障、色素播散性青光眼、晶狀體半脫位、虹膜后粘連，血—房水屏障功能障礙和角膜內(nèi)皮失代償?shù)龋?］。XFS 患者初期常無明顯癥狀，多因XFG 發(fā)作或白內(nèi)障就診而被發(fā)現(xiàn)［3］，從而造成不可逆的視功能損失，因此XFS 的早期診斷及篩查有重要意義。由于XFS 的發(fā)病機(jī)制不明確，其診斷和治療也面臨極大挑戰(zhàn)。目前大量研究表明，XFS 受遺傳因素影響，多個(gè)基因（LOXLI、CNTNAP2、CLU、ApoE等）與其發(fā)病有關(guān)，但上述基因在不同國家、人種人群中存在較高的差異性［4］。有研究證明，表觀遺傳修飾變異與白內(nèi)障、青光眼和眼表疾病有關(guān)［5］，同樣參與了XFS 的發(fā)病［6］。現(xiàn)就表觀遺傳修飾在XFS 發(fā)病及治療中的作用相關(guān)研究綜述如下，為疾病早期干預(yù)及早期治療提供更全面的理論依據(jù)。

1 DNA甲基化

DNA 甲基化是重要的表觀遺傳修飾方式，通過DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTS）的催化將甲基從S-腺苷甲硫氨酸轉(zhuǎn)移到DNA 分子上，從而抑制轉(zhuǎn)錄；同時(shí)甲基化的DNA 通過吸引DNA 甲基化結(jié)合蛋白，抑制基因表達(dá)［7］。

1.1 DNA 甲基化在XFS 發(fā)病中的作用 哺乳動(dòng)物染色體內(nèi)胞嘧啶（C）和鳥嘧啶（G）相連的CpG 二核苷酸是最常見的甲基化位點(diǎn)，呈簇排列的CpG 二核苷酸形成CpG 島，常位于基因啟動(dòng)子的核心序列及轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，人類基因組中約60%的啟動(dòng)子區(qū)含有 CpG 島［8］。正常情況下人體內(nèi) CpG 島始終處于未甲基化狀態(tài)，維持轉(zhuǎn)錄活性結(jié)構(gòu)及基因正常表達(dá)。CpG 島異常高甲基化將會(huì)使基因沉默，導(dǎo)致疾病的發(fā)生［9］。多種族全基因組關(guān)聯(lián)性分析證實(shí)，CpG 島甲基化水平與青光眼發(fā)病相關(guān)［10］。DNA 甲基化研究結(jié)果顯示，LOXL1 是與XFS 發(fā)病關(guān)系最密切的基因之一。LOXL1 內(nèi)含子內(nèi)鑒定出SNPrs11638944，并觀察到攜帶該風(fēng)險(xiǎn)基因位點(diǎn)序列的細(xì)胞中LOXL1 mRNA 表達(dá)呈總體下降趨勢，提示轉(zhuǎn)錄活性降低，這種改變可能與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合力的下調(diào)、LOXL1 pre-mRNA 的差異剪接的增多及無義介導(dǎo)的mRNA 衰變有關(guān)。學(xué)者們進(jìn)一步研究證實(shí)，變異的無義介導(dǎo)的mRNA 的衰變參與LOXL1 的表達(dá)調(diào)控［11］，并可能與XFS 的發(fā)病相關(guān)。我國學(xué)者收集了維吾爾族XFS患者及單純年齡相關(guān)白內(nèi)障患者白內(nèi)障手術(shù)中獲取的新鮮晶狀體前囊膜樣本，發(fā)現(xiàn)XFS患者晶狀體前囊上皮細(xì)胞中的LOXL1 基因啟動(dòng)子區(qū)域內(nèi) CpG 島呈高度甲基化狀態(tài)［6］，由此推測LOXL1 mRNA 和蛋白低表達(dá)表明DNA 甲基化可能在沉默LOXL1 基因中發(fā)揮作用，并可能參與XFS 的發(fā)病。已有多個(gè)研究證實(shí)，DNA 甲基化水平改變參與調(diào)節(jié)腎、肝、肺組織異常纖維化的病理過程［12-13］。而XFM 作為眼部的異常纖維化沉積物，DNA 甲基化也可能參與其形成，從而在XFS 發(fā)病中發(fā)揮重要作用。

1.2 DNA 甲基化在XFS 治療中的應(yīng)用 DNA 甲基化水平改變導(dǎo)致眼組織異常纖維化主要與轉(zhuǎn)化生長因子 β（TGF-β）信號(hào)通路異常相關(guān)。TGF-β1參與XFS 中發(fā)現(xiàn)的剝脫物質(zhì)中蛋白質(zhì)的形成，其表達(dá)升高可能會(huì)擾亂基質(zhì)金屬蛋白酶及其組織抑制劑之間的平衡，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)原纖維堆積，參與XFM 形成，并影響房水外流，同時(shí)也可導(dǎo)致篩板區(qū)域僵硬，使得視神經(jīng)更容易在高眼壓的作用下受到損傷［14-15］。有學(xué)者將低氧環(huán)境處理體外培養(yǎng)的小梁網(wǎng)與青光眼患者小梁網(wǎng)、健康人群的小梁網(wǎng)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前兩者全基因組DNA 甲基化、TGF-β1表達(dá)水平增高，抗纖維化相關(guān)因子表達(dá)下降，青光眼患者小梁網(wǎng)樣本中的TGF-β及血小板反應(yīng)蛋白也存在異常甲基化修飾，經(jīng)DNMTS抑制劑處理后TGF-β信號(hào)通路的活性呈現(xiàn)激活狀態(tài)［16］。以上均提示DNA 甲基化可能通過多種方式參與XFS 的病理過程。而DNA 甲基化是可逆的過程，已有研究正式，利用DNA 甲基化修飾的可逆性，可治療腎臟及肺的異常纖維化疾病［17］，并有望為XFS的治療方案提供新的思路。

2 非編碼RNA

2.1 長鏈非編碼RNA（lncRNA） 表觀遺傳中l(wèi)ncRNA 是人類基因組的重要表觀遺傳調(diào)控因子，其轉(zhuǎn)錄物具有極少的蛋白質(zhì)編碼能力或沒有蛋白質(zhì)編碼能力［18］。

2.1.1 lncRNA 在 XFS 發(fā)病中的作用 lncRNA 的失調(diào)已證實(shí)與阿爾茨海默病、帕金森病、惡性腫瘤和青光眼相關(guān)，因此，針對(duì)同屬于年齡相關(guān)疾病的XFS，lncRNA 檢測可能有助于了解其病理機(jī)制［19-20］。為了明確參與調(diào)控LOXL1 表達(dá)lncRNA 的失調(diào)在XFS 發(fā)病中的作用，WU 等［21］對(duì)不同國家人群（南非、美國、德國及日本）XFS 患者的整個(gè)LOXL1 基因座進(jìn)行深度測序，發(fā)現(xiàn)與XFS 關(guān)聯(lián)的峰值基因組區(qū)域與 LOXL1 反義 RNA 1（LOXL1-AS1）的上游緊鄰，與剝脫物質(zhì)形成相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)等位基因參與調(diào)控該區(qū)域的啟動(dòng)子；在XFS患者的離體晶狀體上皮細(xì)胞中，此lncRNA的表達(dá)對(duì)氧化應(yīng)激的反應(yīng)降低，但在離體Schlemm 管細(xì)胞中，其對(duì)循環(huán)機(jī)械力的反應(yīng)升高，支持LOXL1-AS1 lncRNA 可能參與細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)和XFS發(fā)病的結(jié)論。

2.1.2 lncRNA 在XFS 治療中的應(yīng)用 國外有研究對(duì)惡性腫瘤患者細(xì)胞lncRNA 表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)lnRNA 可能具有細(xì)胞類型或組織類型的特異性表達(dá)［22］，并在惡性腫瘤治療研究中成為新興熱點(diǎn)。因惡性腫瘤與XFS均屬于細(xì)胞外基質(zhì)異常的年齡相關(guān)性疾病，特異性lnRNA 可能也將為XFS 治療提供新靶點(diǎn)，并可能作為早期篩查XFS的有效有段，但目前針對(duì)XFS的lncRNA檢測研究尚處于空白。

2.2 微小RNA（miRNA） miRNA 是另一組表觀遺傳調(diào)控因子，是一類長度為22個(gè)核苷酸的小型非編碼RNA，翻譯后的miRNA 可參與調(diào)節(jié)與生長發(fā)育、細(xì)胞分化及疾病發(fā)生、發(fā)展有關(guān)基因的表達(dá)。

2.2.1 miRNA 在XFS 發(fā)病中的作用 單個(gè)miRNA可同時(shí)參與多個(gè)基因的調(diào)控，多個(gè)miRNA 亦可以調(diào)控一個(gè)基因。GONZALEZ 等［23］研究顯示，小梁網(wǎng)中的miRNA 參與細(xì)胞收縮和細(xì)胞外基質(zhì)的代謝及累積，推斷 miRNA 與 XFM 的形成相關(guān)，并參與 XFS 的發(fā)病。有學(xué)者在前房水中觀察到異常表達(dá)的miRNA，推斷其表達(dá)水平可能與房水循環(huán)異常疾病相關(guān)，進(jìn)一步分析POAG 和XFG 患者房水中的miRNA，發(fā)現(xiàn)其存在普遍的表達(dá)差異現(xiàn)象，XFG、POAG 與正常對(duì)照組之間分別存在5 個(gè)及3 個(gè)差異表達(dá) miRNA，POAG 與 XFG 之間僅存在 1 個(gè)差異表達(dá)miRNA，推測這些miRNA 可能參與XFG 等青光眼發(fā)病過程［24］。LUNA 等［25］研究顯示，XFS 房水中TGF-β 與miR-29 之間相互作用，參與小梁網(wǎng)狀細(xì)胞中細(xì)胞外基質(zhì)合成，miR-29 家族中的miR-29b 可負(fù)調(diào)控小梁網(wǎng)狀細(xì)胞中細(xì)胞外基質(zhì)蛋白表達(dá)，尤其在慢性氧化應(yīng)激環(huán)境下，miR-29b 表達(dá)下調(diào)可能會(huì)導(dǎo)致這些基因的過度表達(dá)，提示其可能與XFS 的發(fā)病相關(guān)。進(jìn)一步體外培養(yǎng)并觀察人眼小梁網(wǎng)狀細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其TGF-β1與miR-29的表達(dá)沒有明顯相關(guān)性，但TGF-β2可使 miR-29a、miR-29b 和 miR-29c 的表達(dá)下調(diào)，這種變化可能也有助于誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的形成與沉積，進(jìn)一步證實(shí)miRNA 與XFS 的發(fā)病有關(guān)；同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，miR-29b 可顯著下調(diào) TGF-β1表達(dá)［26］，說明 miR-29 家族在控制受 TGF-β 表達(dá)調(diào)節(jié)的房水循環(huán)代謝中起到一定作用。

2.2.2 miRNA 在XFS 治療中的應(yīng)用 一項(xiàng)針對(duì)XFS、XFG、POAG的研究發(fā)現(xiàn)，rs1057035 SNP與XFS風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)，rs55671916 SNP 與XFG 風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，對(duì)miRNA 靶基因的進(jìn)一步研究可能會(huì)闡明有關(guān)XFS 和 XFG 遺傳方面的更多信息［27］。HINDLE 等［28］對(duì)黃種人和白種人青光眼、XFS 患者的血漿和房水miRNA 水平進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)與正常對(duì)照組相比，XFS 及 POAG 病例中存在高達(dá) 20 種的 iRNA 的高表達(dá)，其中miR-637、miR-1306-5p、miR-3159 表達(dá)差異明顯，可能有望作為早期診斷XFS 和XFG 的標(biāo)志物，并可能通過干預(yù)其表達(dá)治療XFS及XFG。

3 組蛋白修飾

組蛋白存在于所有真核細(xì)胞核內(nèi)的染色質(zhì)中，是一種基本結(jié)構(gòu)蛋白。組蛋白修飾主要包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等，參與基因表達(dá)調(diào)控。其中，乙酰化參與調(diào)控DNA 結(jié)構(gòu)，是組蛋白最重要的修飾方式。組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶參與組蛋白的酰基化激活染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄，組蛋白去乙酰基化酶（HDAC）則參與組蛋白的去酰基化抑制染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄，兩者共同維持組蛋白乙酰化的動(dòng)態(tài)平衡。

3.1 組蛋白修飾在XFS 發(fā)病中的作用 與正常眼的小梁網(wǎng)對(duì)比，青光眼患者的組蛋白乙酰化水平呈增高狀態(tài)，體外培養(yǎng)的正常小梁網(wǎng)在使用HDAC 抑制劑處理后，亦觀察到TGF-β2啟動(dòng)子乙酰化水平增高，蛋白呈高表達(dá)；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究對(duì)牛眼進(jìn)行體外培養(yǎng)，同樣使用HDAC 抑制劑處理，出現(xiàn)了類似改變，并觀察到細(xì)胞外基質(zhì)異常積累及眼壓升高［29］。

3.2 組蛋白修飾在XFS 治療中的應(yīng)用 組蛋白乙酰化水平增高將上調(diào)TGF-β2的表達(dá)，可能與XFM 的形成及XFS的發(fā)病相關(guān)。改變組蛋白乙酰化水平可能將起到抑制XFS 發(fā)病及治療XFG 的作用。研究表明，下調(diào)組蛋白乙酰化水平可抑制視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡，用于治療如青光眼等神經(jīng)節(jié)細(xì)胞相關(guān)疾病［30］，同樣有望治療XFG。

4 表觀遺傳代謝組

4.1 表觀遺傳代謝組在XFS 發(fā)病中的作用 表觀遺傳相關(guān)代謝物水平改變參與疾病的發(fā)生進(jìn)展，因此，表觀遺傳代謝組與疾病的發(fā)生密切相關(guān)。目前在眼科領(lǐng)域，代謝組學(xué)已經(jīng)應(yīng)用到葡萄膜炎的特異性生物標(biāo)志物篩選［31］，以及視網(wǎng)膜脫離、糖尿病性視網(wǎng)膜病變等相關(guān)研究［32-34］，并可能將在未來用于XFS及XFG的早期診斷。

4.2 表觀遺傳代謝組在XFS 治療中的應(yīng)用 LE?RUEZ 等［35］對(duì) 16 例 XFS 與 18 例單純白內(nèi)障患者的血漿樣本進(jìn)行了針對(duì)性的代謝譜分析，以篩選XFS的特定代謝組學(xué)生物標(biāo)志物，發(fā)現(xiàn)XFS 患者血漿中神經(jīng)保護(hù)性精胺和亞精胺多胺水平均低于對(duì)照組，這可能是XFS 的代謝組學(xué)特征；神經(jīng)保護(hù)性精胺和亞精胺多胺檢查能否作為XFS 篩查的手段，及提高患者血漿中該物質(zhì)水平能否治療XFS，仍需要進(jìn)一步的研究。

表觀遺傳學(xué)有別于傳統(tǒng)基因?qū)W，其將環(huán)境因素與基因作用相聯(lián)系，可以更好地幫助研究者全面了解疾病發(fā)生發(fā)展的過程與機(jī)制。近年來，表觀遺傳修飾在惡性腫瘤、糖尿病等多種年齡相關(guān)疾病的病理機(jī)制及治療中取得突破性的研究進(jìn)展，生物標(biāo)志物及代謝組學(xué)在眼科疾病研究中亦逐漸受到重視。上述研究表明，表觀遺傳修飾參與XFS 及XFG 復(fù)雜的發(fā)病機(jī)制，DNA甲基化在XFM 的形成中發(fā)揮重要作用，DNA 去甲基化將有望治療XFS。新型生物學(xué)標(biāo)志物檢測及表觀遺傳代謝組學(xué)分析具有無創(chuàng)性、特異性優(yōu)點(diǎn)，為XFS、XFG 的早期診斷與篩查提供可能，也為藥物研發(fā)開拓了新思路，但相關(guān)研究類型單一、研究廣度與深度不足，對(duì)表觀遺傳修飾與XFS發(fā)病的相關(guān)認(rèn)識(shí)大多停留在理論水平，仍需更精確的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床試驗(yàn)研究來驗(yàn)證。