腦源性神經營養因子和血清素再攝取轉運體編碼基因甲基化與卒中預后的關系

閆然，閔妍，全柯華，李子孝，3，4（

甲基化是最早發現且研究最多的表觀遺傳學修飾途徑，是通過將一個或多個甲基添加到胞嘧啶5號碳位上（5-mC）來改變局部染色質的結構，對基因組的功能調控和穩定性維持具有重要意義[1]。DNA甲基化在卒中發生后通過改變相關基因的表達水平，影響神經可塑性及腦缺血、缺氧后的損傷和修復過程。目前較多動物實驗和臨床研究證實DNA甲基化與卒中預后相關[2-3]。腦源性神經營養因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）及血清素再攝取轉運體編碼基因——溶質載體家族6成員4（solute carrier family 6，member 4，SLC6A4）基因表達均受甲基化調控，且可能與卒中功能康復及情緒障礙等多種因素相關[4-7]，與卒中臨床預后息息相關。本文通過探討BDNF及SLC6A4基因甲基化水平與卒中預后的相關性及可能的作用通路，為改善卒中臨床預后提供可能的干預靶點。

1 腦源性神經營養因子基因甲基化與卒中預后

隨著對卒中后大腦內源性修復機制的研究不斷深入，越來越多的證據表明神經可塑性是腦損傷后神經功能恢復的基礎[8]。BDNF是腦內含量最豐富的神經營養因子，BDNF及其受體在神經系統廣泛表達，在突觸可塑性及神經元生長等方面發揮重要作用。當神經元受損時，BDNF能發揮改善神經元的病理狀態、防止神經元死亡并促進其再生及分化等生物效應。DNA甲基化是BDNF基因轉錄的主要表觀遺傳調控機制[9]，高甲基化狀態與BDNF基因的低表達密切相關。

1.1 腦源性神經營養因子基因甲基化與卒中后功能康復的關系 研究表明，BDNF與卒中后運動、感覺、認知等功能恢復，尤其是運動功能的恢復密切相關[10]。BDNF基因的Val66Met單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphisms，SNP）是指6 6 密碼子（Val66Met）上發生氨基酸替換（纈氨酸-蛋氨酸），是目前BDNF基因多態性研究最為廣泛的位點。而Val66Met次要等位基因A攜帶者甲基化水平顯著增加，對BDNF相關病理生理的影響尤為重要[11-12]。Kim等[3]通過對286例卒中患者的研究發現BDNF啟動子區域的高甲基化水平與較差的遠期（1年）預后獨立相關，包括運動功能及認知功能，但與短期（2周）預后無關。可能的原因是BDNF基因啟動子區域的甲基化會導致BDNF的合成減少，從而抑制細胞黏附、細胞增殖、血管生成，進而促進神經元凋亡[13]。此外，BDNF基因甲基化對卒中后康復治療的影響在近年來也逐漸被認識。卒中后神經的可塑性為神經康復治療提供了理論基礎。運動康復訓練能夠通過突觸可塑性（包括增加樹突分枝并重建腦半球間的軸突連接，以及改善缺血性卒中后對側錐體束的再生等）促進運動功能的恢復[14]。研究表明BDNF基因與運動皮質可塑性相關[12]，這可能解釋其對卒中后康復治療的影響。Santoro等[12]的研究表明BDNF基因A等位基因攜帶者接受康復治療后啟動子區域甲基化增加，獲得良好預后的比例較低，這可能與運動皮質神經可塑性降低有關。在卒中發生后6個月接受經顱直流電刺激的患者中，BDNF基因Val66Met位點A等位基因攜帶者康復第9天時運動技能評分較差[4]。此外，卒中后Val66Met位點A等位基因攜帶者比非攜帶者需要更多的時間學習跑步機行走訓練，適應能力較差[15]。

1.2 腦源性神經營養因子基因甲基化與卒中后情緒障礙的關系BDNF基因甲基化水平降低也可能在未來作為卒中后抑郁（post stroke depression，PSD）及卒中后焦慮（post stroke anxiety，PSA）的早期預測指標[6]。Yang等[16]的研究結果提示，卒中第1天血清BDNF水平＜5.86 ng/mL與卒中急性期發生PSD獨立相關（OR28.992，95%CI8.014～104.891），提示BDNF可能用于識別卒中后PSD的風險。Kim等[17]發現BDNF基因啟動子區域的高甲基化水平與卒中2周后PSD的發生獨立相關，且與1年后抑郁癥狀的惡化顯著相關。Kang等[18]對BDNF基因甲基化和多態性與卒中后2周及1年PSA的發生進行了研究，發現無論基因多態性如何，BDNF平均甲基化水平較高的患者在1年后更有可能出現焦慮。這可能因為BDNF基因甲基化受環境應激因素的影響，平均甲基化水平較高導致BDNF表達下降，進而使卒中患者的杏仁核和海馬體對恐懼的反射增強，導致卒中患者更容易出現焦慮、抑郁癥狀。包括藥物治療和心理治療方法在內的干預有助于降低BDNF的高甲基化水平，且治療前甲基化水平越高，治療效果越好。

綜上所述，BDNF作為腦內含量最豐富的神經營養因子，在腦損傷后神經功能修復過程中發揮重要作用，因此BDNF一直是多種神經系統疾病治療的研究熱點[19]。目前BDNF基因甲基化已被證明與卒中后康復治療及情緒障礙相關，且其高甲基化水平與較差的臨床預后相關。受限于目前該領域臨床研究數量較少且樣本量小，BDNF基因甲基化水平是否可以作為卒中患者康復治療及情緒障礙的生物學標志尚無法定論。進一步的大樣本量臨床研究將有助于未來對卒中患者預后進行預測并提供針對性治療。

2 血清素再攝取轉運體編碼基因甲基化與卒中預后

血清素再攝取轉運體也被稱為5-羥色胺轉運體（5-hydroxytryptamine transporter，5-HTT），由SLC6A4基因編碼，通過將5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）從突觸間隙轉運到突觸前神經元而調節5-HT的含量，與包括抑郁、焦慮在內的多種神經精神疾病的病理生理機制相關[20]。研究表明SLC6A4基因啟動子區域甲基化水平升高會導致5-HTT mRNA水平降低，5-HTT表達及5-HT再攝取減少[21]，進而造成5-HT能系統功能失調。

2.1 血清素再攝取轉運體編碼基因甲基化與卒中后功能康復的關系 多項研究表明SLC6A4基因甲基化與卒中后的功能結局及康復治療相關。近期，Kang等[22]發現SLC6A4基因啟動子區域的高甲基化水平與卒中后8～14年發生復合心腦血管事件（包括復發性卒中、心肌梗死和血管性死亡）風險升高相關。這可能是因為SLC6A4基因啟動子區域高甲基化水平降低了5-HTT的轉運功能，導致5-HT的可利用性下降，5-HT能軸調節障礙，進而促進大腦和外周血小板聚集和局部血管收縮，增加了復合心腦血管事件的發生風險[23]。Santoro等[5]發現卒中亞急性期患者接受常規及物理康復治療6周后，根據改良的Barthel指數及日常生活能力評分進行預后評價，與預后不良的患者相比，預后良好的患者SLC6A4基因啟動子區域甲基化水平顯著降低。這一變化可能會導致5-HT再攝取障礙，運動皮質的興奮性以及神經元的可塑性發生改變[24]。5-HT能系統與下丘腦-垂體-腎上腺（hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA）軸相互作用，影響體內炎癥因子及免疫介質的釋放[25]，進而阻礙卒中的恢復。綜上，SLC6A4基因甲基化可能成為卒中患者管理的生物標志物。

2.2 血清素再攝取轉運體編碼基因甲基化與卒中后情緒障礙的關系 在情緒障礙方面，5-HT是5-HT能神經傳遞的關鍵調節因子，可調節海馬神經元的可塑性，維持犬尿氨酸（kynurenine，KYN）軸及HPA軸平衡[25]，參與抑郁癥發生發展的病理學過程[26]。目前已有研究表明SLC6A4基因多態性與卒中后情緒障礙相關[27]，然而有關抑郁障礙的大型全基因組關聯研究（genome-wide association studies，GWAS）卻沒有發現5-HTT的SNP與抑郁癥之間的聯系[28]，這可能是因為經典的GWAS方法只研究單個SNP的直接作用，而沒有考慮其內在聯系及表觀遺傳學的影響。Kim等[7]對SLC6A4啟動子區域甲基化狀態與PSD的相關性進行了研究，發現SLC6A4啟動子區域的高甲基化水平與卒中2周和1年后的PSD發生獨立相關，并且與1年后抑郁癥狀的惡化顯著相關，DNA甲基化為PSD的發生機制提供了一個新的視角。SLC6A4甲基化不僅影響PSD的發生，同時在抗抑郁治療中發揮了一定作用。研究表明SLC6A4基因啟動子區域低甲基化狀態可使抗抑郁藥物的治療反應性降低，這可能是由于SLC6A4基因啟動子區域的低甲基化水平使5-HTT的表達增加，從而反饋性導致突觸間隙中可利用的5-HT減少，抵消了5-HT能抗抑郁藥的作用[29]。

綜上所述，SLC6A4基因啟動子區域的甲基化水平通過調節5-HT能系統，影響海馬神經元及運動神經元的可塑性，參與HPA軸及KYN軸的平衡，影響炎癥因子及免疫介質的釋放，進而影響卒中遠期預后，且與抑郁障礙的發生發展以及抗抑郁治療密切相關。SLC6A4基因甲基化對卒中預后多維度的影響，為未來的神經可塑性康復治療以及疾病修飾治療提供了參考依據。

3 展望

隨著基因組測序技術的迅速發展，DNA甲基化的臨床應用前景廣闊。BDNF和SLC6A4基因甲基化通過調節BDNF及5-HT水平，調節神經元突觸的可塑性參與到卒中恢復及康復過程，同時調節海馬、杏仁體參與的相關回路，在卒中后情緒障礙中發揮了重要作用。目前已有研究表明二者存在相同的回路及相互作用，共同參與到不同的行為心理過程中。未來卒中預后相關的BDNF基因甲基化研究，需要更多的集中于卒中的功能結局方面進行驗證，針對SLC6A4基因甲基化與卒中預后的相關性，也需要更多的研究支持。精準診療與康復已經成為個體化醫療的核心，癌癥的表觀遺傳療法已經應用于臨床。期待將來會有更多大樣本、前瞻性、隨機臨床試驗來為DNA甲基化的臨床應用提供更多循證醫學證據。