表觀遺傳學在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病中的研究進展

申有承 綜述 谷寧，趙永超，石蓓 審校

遵義醫科大學附屬醫院心血管內科，貴州 遵義563000

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(簡稱“冠心病”)是由于冠狀動脈粥樣硬化的基礎上出現血管狹窄或閉塞，造成心肌供血、供氧不足導致心肌細胞壞死的一類心臟病。據《中國心血管健康與疾病報告2019概要》結果顯示，我國每140個人中就有1例冠心病患者[1]。冠心病給個人、家庭帶來了巨大的健康及經濟負擔，是我國需要面臨的重大公共衛生問題。因此對于進一步深入研究冠心病的發病機制，為冠心病的治療提供新的方向顯得至關重要。

表觀遺傳學是指機體的基因序列在不發生改變的情況下，基因功能發生可逆的、可遺傳改變的一門生物學學科。主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA。表觀遺傳學與眾多疾病如惡性腫瘤、神經系統疾病、代謝性疾病的發生-發展密切相關[2-4]，近年來越來越多的研究表明表觀遺傳學在冠心病領域亦發揮著重要作用。本文就DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA在冠心病中的研究進展做一綜述。

1 DNA甲基化與冠心病

DNA甲基化是指DNA序列上特定的堿基在DNA甲基轉移酶(DNMT)的催化作用下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作為甲基供體，通過共價鍵結合的方式將胞嘧啶(C)轉化為5-甲基胞嘧啶(5-mC)的過程，該過程由DNMT催化。在哺乳動物細胞中，胞嘧啶特異性甲基轉移酶使CpG二核苷酸序列發生甲基化，從而調節基因表達和細胞分化[5]。DNA甲基化對于正常發育至關重要，并且與許多關鍵過程相關，包括基因組印記[6]、X染色體失活[7]、轉座因子抑制[8]和致癌[9]作用。DNA羥甲基化是在TET酶存在的條件下，由5-mC氧化為5-羥甲基胞嘧啶的過程(5hmC)[10]。

JIANG等[11]研究發現，在44例冠心病患者與42例年齡、性別匹配的對照組患者外周血單核細胞中，冠心病組中的5-mC和5hmC顯著高于對照組。進一步行Spearman回歸分析后發現5-mC和5hmC與Gensini評分呈正相關。5-mC和5-hmcC可作為調整后冠心病的危險因素。AGHA等[12]對起初未患冠心病的11 461人(平均年齡64歲，67%女性，35%非洲裔美國人)進行長達11年的隨訪，研究發現52個CpG島位點甲基化水平與冠心病或心肌梗死的發生密切相關(P＜0.05)。進一步研究發現這些CpGs與鈣調控的關鍵基因(ATP2B2、CASR、guuca1b、HPCAL1)，以及基因組和表觀基因組范圍的血清鈣(CASR)、血清鈣相關冠心病風險(CASR)、冠狀動脈鈣化斑塊(PTPRN2)和腎功能(CDH23、HPCAL1)研究中鑒定的基因有關。此外PARK等[13]通過檢測50例穩定型冠心病(SCAD)與50例急性冠脈綜合征(ACS)患者外周血白細胞的線粒體DNA拷貝數。結果發現相比較于穩定型冠心病患者，急性冠脈綜合征患者外周血白細胞的線粒體DNA D-loop區甲基化明顯更高，同時ACS組患者的線粒體拷貝數也明顯降低。

2 組蛋白修飾與冠心病

組蛋白可分為5個家族：H1/H5、H2A、H2B、H3和H4[14]，組蛋白修飾即組蛋白結構的改變。在哺乳動物基因組中，組蛋白則可以有很多修飾形式，包括組蛋白末端的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等，這些修飾主要通過改變組蛋白的靜電電荷及其與DNA的相互作用來調節轉錄。目前研究最為深入的是組蛋白乙酰化修飾。它在不改變DNA序列的情況下，改變染色質(主要由細胞核內的DNA和組蛋白組成)的凝聚，被認為是某些疾病潛在的治療靶點。組蛋白乙酰化主要由組蛋白乙酰轉移酶(HATs)和組蛋白去乙酰化酶共同調節(HDACs)[15]。人類基因組共編碼18種不同的組蛋白去酰化酶(HDACs)，可分為Ⅳ類、2大家族。一大家族是HDAC家族，包括Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅳ類，Ⅰ類HDAC包括了HDAC1/2/3/8；Ⅱ類HDAC包括了Ⅱa類和Ⅱb類，其中Ⅱa類包括了HDAC4/5/7/9，Ⅱb類包括了HDAC6/10；Ⅳ類HDAC僅含有HDAC11。另一大家族是Sirtuin家族，包括了Sirt1-7，與HDAC家族不同的是，Sirtuin家族的催化中心需要依賴NAD+的存在[16]。組蛋白乙酰化會導致組蛋白的正電荷中和，損害組蛋白與帶負電荷的DNA之間的親和力[17]。

許多關于HDACs缺失和過表達的研究表明，HDACs在信號通路修飾和基因轉錄調控中起著至關重要的作用。心肌過表達組蛋白乙酰轉移酶(HAT)可促進心肌梗死后的左室(LV)重構[18]。WRIGHT等[19]發現心肌梗死的小鼠腹腔注射HDACs抑制劑(SAHA)后，梗死邊界區Wisp1分泌明顯增加，腹腔注射SAHA后，小鼠心梗邊界區Wisp1表達上調，促進冠狀動脈內皮細胞增殖及減輕梗死區纖維化反應保護心功能。另一項研究通過C646抑制SIRT3敲除小鼠體內的組蛋白乙酰轉移酶p300可以明顯增加冠狀動脈的血流恢復，減輕心肌間質的纖維化水平，改善射血分數(EF)[20]。組蛋白乙酰化也廣泛參與血管內皮炎癥過程。YANG等[21]用血管緊張素Ⅱ處理大鼠主動脈內皮細胞后，發現HDAC4表達明顯上升，同時血管內皮細胞(VECs)的自噬通量和炎癥介質明顯增加，敲除HDAC4可顯著改善血管炎癥。進一步研究發現HDAC4可以通過促進轉錄因子forkhead box O3a(FoxO3a)去乙酰化來調控自噬，從而提高其轉錄活性。CHEN等[22]發現在TNF-α處理的臍靜脈內皮細胞中，Tubacin(一種選擇性HDAC6抑制劑)可以不通過抑制HDAC6活性，而是通過穩定eNOS mRNA來改善內皮炎癥反應。此外，血管平滑肌細胞遷移到內皮下層并由收縮型向分泌型的表型轉化在動脈粥樣硬化病理過程中同樣起著重要作用[23]。ZHENG等[24]在體外以血小板源性生長因子(PDGF-BB)培養血管平滑細胞(VSMCs)，促進其病理性增生。結果發現PDGF-BB處理組HDAC4及miR-125a-5p表達水平顯著上升，與此同時，IRF1及LncRNA MEG3表達明顯降低。siHDAC4沉默HDAC4后，LncRNA MEG3表達明顯上升，而miR-125a-5p表達受到抑制。血管平滑肌細胞增殖明顯受到抑制。表明抑制HDAC4可以通過調節MEG3/miR-125a-5p/IRF1軸抑制PDGF-BB誘導VSMCs增殖。眾多的研究已表明抑制組蛋白乙酰化可以保護內皮，抑制血管平滑肌細胞增殖，因此組蛋白去乙酰化酶抑制劑在冠心病中的臨床應用具有非常廣闊的前景。

3 非編碼RNA與冠心病

非編碼RNA(Non-coding RNA)是指不編碼蛋白質的RNA，根據RNA長度不同，可分為微小RNA(miRNA)和長鏈非編碼RNA(lncRNA)。微小RNA(miRNAs)是長度為20～22個堿基對的非編碼小核糖核酸分子，在轉錄后水平通過阻斷mRNA翻譯或誘導mRNA降解調控基因表達中發揮重要作用。在某些情況下，miRNAs可以增強基因的轉錄或mRNA的翻譯，從而增加蛋白質產物的水平[25]。近年來的研究發現miRNAs與血管炎癥、內質網應激及支架內再狹窄密切相關[26]。LncRNAs是長度超過200個堿基對的非編碼RNA，LncRNAs根據其定位及其與DNA、RNA和蛋白質的特定相互作用，可以調節染色質的功能，調節無膜核體的組裝和功能，改變細胞質mRNA的穩定性和翻譯，干擾信號通路。隨著研究的深入，已有數千個LncRNA被證實參與細胞生長、分化、增殖和凋亡等多種生物學過程。近年來越來越多的研究發現lncRNAs與冠心病之間的密切關系。

SONG等[27]在心梗的小鼠心肌內原位注射富含miR-21的囊泡，分別在注射后1 h、2 h、4 h qPCR結果顯示，注射富含miR-21的囊泡后小鼠心肌內miR-21含量相比較于對照組明顯增加。4周后發現富含miR-21的小鼠缺血邊界區凋亡的心肌細胞及內皮細胞顯著少于對照組。研究發現miR-21可降低PDCD-4(一種促凋亡蛋白)的表達抑制心肌細胞及內皮細胞凋亡。進一步研究發現miR-21還可以使SPRY1的表達減少從而抑制ERK-MAP激酶激活抑制心肌纖維化反應。LI等[28]研究了69例冠心病患者(其中急性心肌梗死患者24例，不穩定心絞痛24例，穩定型心絞痛24例)與27例有胸痛癥狀但沒有冠狀動脈狹窄或痙攣患者外周血單核細胞(PBMCs)miR-21水平，發現冠心病組患者外周血單核細胞miRNA-21含量較對照組顯著上調。上調的miR-21降低了循環Treg細胞的頻率，降低了foxp3、TGF-β1和smad7的表達水平，降低了TGF-β1分泌到血漿的量。表明miR-21在PBMCs中通過TGF-β1/smad獨立信號通路負向調控循環Treg細胞的頻率。GAO等[29]對50例急性心肌梗死患者及50名健康對照組患者外周血進行分析，結果發現相比較于健康對照組患者，急性心肌梗死患者血中HOTAIR(一種LncRNA)表達明顯降低。在小鼠心梗模型中同樣發現心梗小鼠血中HOTAIR較對照組明顯降低，熒光素酶報告基因結果顯示HOTAIR與miRNA-1存在相互作用。進一步研究發現HOTAIR過表達可下調miR-1表達水平，而HOTAIR過表達可上調miR-1表達。此外過表達HOTAIR還通過下調Bax和c-Caspase-3蛋白表達，上調Bcl-2蛋白表達抑制心肌細胞凋亡。敲除LncRNA MALAT1通過miR-145調節TGF-β1活性，促抑制心肌梗死后心肌纖維化和心臟功能惡化。以上LncRNA均通過間接機制作用影響于miRNA影響心肌細胞凋亡及心肌纖維化。LncRNA還可以直接作用于下游靶基因發揮作用。HAO等[30]通過過表達及敲除H9C2心肌細胞LncRNA GAS5，結果發現過表達LncRNA GAS5可以顯著減少心肌細胞凋亡，而敲除LncRNA GAS5后心肌細胞凋亡明顯增加。與此同時，在過表達LncRNA GAS5的同時發現蛋白sema3a表達明顯下降，進一步行下拉實驗及免疫共沉淀發現LncRNA GAS5可與蛋白sema3a緊密結合。表明LncRNA GAS5可通過調節蛋白sema3a的表達影響心肌細胞凋亡。

4 結語

冠心病是由遺傳與環境因素共同作用所致的一種心臟病，其發生率逐年攀升。已成為我國國民致死的頭號殺手，嚴重加劇了國民的經濟負擔。近年的研究表明表觀遺傳參與了冠心病的發病過程，表觀遺傳學極大地改變了冠心病調控的認識。然而，必須認識到，由于所分析的組織和疾病過程的異質性、所研究患者的人口統計學及治療方法的差異，表觀遺傳學研究的結果迄今為止是不一致的。此外，表觀基因組中多種異常可能同時存在，并相互調節，這些相互作用尚未得到充分解釋。因此，未來亟需更加嚴謹充分的研究來統一表觀遺傳機制在冠心病中的作用，從而實現表觀遺傳學應用于冠心病的診斷、預后和潛在治療方法的突破。