DNA甲基化與高脂血癥的關系研究進展

韓穎，周宏宇，李子孝，3，4，5

高脂血癥是心血管疾病的主要危險因素之一，而血脂水平是心血管疾病的可遺傳、可改變的危險因素，HDL-C、LDL-C、TG和TC的遺傳率在40%～60%[1]。一項大型全基因組研究發現了157個與血脂水平相關的基因座，但是這些位點僅可解釋12%的血脂個體間變異[2]。還有其他因素可能對血脂水平的遺傳與變異產生影響，其中包括表觀遺傳修飾。DNA甲基化是最常見的表觀遺傳修飾形式。既往研究表明，DNA甲基化在肥胖、血脂異常、2型糖尿病等代謝性疾病中發揮重要作用[3]。利用整體DNA甲基化、位點特異性甲基化和全表觀基因組關聯研究（epigenome-wide association studies，EWAS）方法，DNA甲基化與脂質水平的關系已經被廣泛研究。還有研究發現外界因素（如藥物）可能通過改變DNA甲基化影響血脂水平。然而，目前這些研究的結論并不一致，DNA甲基化與血脂的因果關系還未明確。

本文綜述了DNA甲基化與血脂水平之間關系的現有研究成果，包括飲食、環境因素和降脂藥物對兩者關系的影響，并對未來的研究方向進行展望。

1 脂質相關甲基化基因

目前，表觀遺傳學研究發現較多基因的甲基化水平與脂質水平有關，本文主要介紹已經被廣泛研究證實的相關基因，包括肉堿棕櫚酰轉移酶1A（carnitine palmitoyl transferase 1 A，CPT1A）基因、三磷酸腺苷結合盒轉運體G1（adenosine triphosphate binding cassette transporter G1，ABCG1）基因、固醇調控元件結合蛋白1（sterol regulatory element-binding factor 1，SREBF1）基因、腫瘤壞死因子誘導蛋白3相互作用蛋白1（tumor necrosis factor α-induced protein 3-interacting protein 1，TNIP1）基因、24-脫氫膽固醇還原酶（3-β-hydroxysteroid-Δ-24-reductase，DHCR24）基因，同時簡要介紹其他脂質相關基因的研究成果。

1.1 肉堿棕櫚酰轉移酶1A基因 通過線粒體進行的脂肪酸β-氧化是脂肪酸分解代謝的主要途徑，CPT1位于線粒體外膜，是長鏈脂肪酸從線粒體膜外轉運到膜內的關鍵酶。人體內存在3種組織特異性CPT1亞型，分別位于肝臟（CP T1A）、肌肉（CP T1B）和大腦（CPT1C）[4-5]。2014年，有研究者對991例降脂藥物遺傳學和飲食網絡研究參與者（發現隊列）進行了EWAS分析，發現CPT1A基因的4個胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤（c y tosinephosphate-guanine，CpG）位點（cg00574958、cg17058475、cg01082498和cg09737197）的甲基化與TG水平和CPT1A的表達呈負相關。在復制隊列中進一步證實了cg00574958位點與TG水平的相關性，該位點分別解釋了發現隊列和復制隊列中TG變化的11.6%和5.5%[6]。CPT1A基因與TG的負相關性在之后的多項研究中被進一步證實[7-9]。還有研究在男性家族性高膽固醇血癥的基因突變陰性患者中，發現cg00574958位點甲基化與LDL-C水平呈負相關[9]。

目前CPT1A基因甲基化與脂蛋白水平因果關系尚不明確。在目前研究脂質變化與表觀遺傳學機制相互作用和因果關系的方法中，以孟德爾隨機化使用最廣泛[10-11]。孟德爾隨機化指用遺傳變異來確定某因素和結果之間的觀察性關聯是否與因果關系一致。有研究者使用孟德爾隨機化方法發現CPT1A基因甲基化變異是TG水平變化的結果而不是原因，TG水平越高，cg00574958和cg17058475位點的甲基化水平越低，同時CPT1A的表達水平越高[12-13]。而另一項雙向孟德爾隨機化研究結果發現，空腹TG水平對CPT1A基因cg00574958位點甲基化有影響，但反過來后者對TG水平也有影響，該研究提示了人體脂質穩態機制的復雜性[14]。

1.2 三磷酸腺苷結合盒轉運體G1基因 脂代謝中的逆轉運途徑是指HDL顆粒將膽固醇從外周組織轉運到肝臟。在動脈粥樣硬化斑塊處，巨噬細胞吞噬氧化的LDL-C后，通過細胞膜上的ATP結合盒轉運體（adenosine triphosphate binding cassette transporter，ABC）（包括ABCA1和ABCG1）將膽固醇轉移到HDL顆粒中。HDL顆粒是逆轉運途徑的關鍵參與者，具有降解動脈粥樣硬化斑塊和防止新斑塊形成的作用[15]。多項關于DNA甲基化和脂質水平的研究發現，ABCG1基因的cg06500161位點甲基化與HDL-C水平負相關，與TG水平正相關[8，16-17]，另外有研究在男性高膽固醇血癥患者的白細胞中發現了ABCG1-CpGC3與LDL-C的負相關性[18]。進一步的研究表明，肥胖患者ABCG1基因cg06500161位點的甲基化與該基因的低轉錄活性有關，同時與高TG水平和TG/HDL-C比例增高有關[19]。ABCG1基因低表達還被報道與脂蛋白脂肪酶（lipoprteinlipase，LPL）的生物利用度和活性降低有關，后者的主要作用是水解TG[20]。一項孟德爾隨機化研究表明，低TG水平或高HDL-C水平均可誘導ABCG1的cg06500161和cg27243685位點低甲基化，該基因低甲基化與ABCG1的高表達有關，該研究結果提示，脂質水平改變可以誘導ABCG1的DNA甲基化[12]。

外周組織細胞膜上的ABCA1參與膽固醇逆轉運途徑，在逆轉運過程中，ABC A1與ABCG1具有協同作用[15,21]。較多研究發現，ABCA1基因甲基化與HDL-C水平負相關[22-24]。還有研究表明，老年人群（≥61歲）白細胞中的ABCA1基因甲基化與TG、TC、LDL-C水平正相關[25]。另一項研究發現，妊娠期女性胎盤和臍帶血中ABCA1-CPG5基因甲基化與HDL-C和TG水平均呈負相關[26]。目前還缺乏ABCA1基因甲基化與脂質水平因果關系的孟德爾隨機化研究。

1.3 固醇調控元件結合蛋白1基因 SREBF是一個調節脂質穩態的膜結合轉錄因子家族，受TC水平的影響。SREBF可以直接激活合成和攝取膽固醇、脂肪酸、TG和磷脂等脂質的基因表達。當循環中膽固醇不足時，細胞內的SREBF經過一系列蛋白酶作用，與靶細胞固醇反應元件（sterol regulatory element，SRE）結合并激活靶基因的轉錄。人體內主要包含SREBF2和SREBF1c兩種SREBF蛋白，其中SREBF2優先激活膽固醇代謝基因，而SREBF1c優先激活脂肪酸和TG代謝基因[27]。

2015年一項針對1776例受試者的EWAS分析證明，血液中SREBF1基因cg11024682和cg20544516位點甲基化與TG水平正相關，并且這種相關性在脂肪和皮膚組織中也存在[7]。之后的研究進一步證明了SREBF1基因cg11024682位點甲基化水平與TG具有正相關性[8，17]。編碼于SREBF1內含子17的微小RNA——miR33B是靶向膽固醇代謝和脂肪酸氧化相關途徑的基因[28-29]，其蛋白產物可導致極低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）中TG含量的增加[30]。Dekkers等[12]通過孟德爾隨機化研究證明了SREBF1基因甲基化是TG升高的結果而不是原因。SREBF1基因還可以通過miR33B抑制ABCG1、CPT1A等基因的活性，降低ABCG1和CPT1A的表達，從而影響脂質代謝平衡[7]。

1.4 腫瘤壞死因子誘導蛋白3相互作用蛋白1基因TNIP1基因編碼T N I P1蛋白，既往研究發現，TNIP1基因的cg22178392位點與LDL-C水平正相關，與TG水平負相關[7]。另外，TNIP1蛋白是核受體中過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferatorsactivated receptors，PPARs）和維甲酸受體（retinoic acid receptors，RAR）轉錄活性的輔抑制因子[31-32]。研究發現PPARα/γ激活因子和PPARγ可以誘導巨噬細胞中ABCA1的表達[33-34]，而激活的RAR可以誘導巨噬細胞中ABCA1和ABCG1的表達[35]。這些研究結果表明，TNIP1基因可能通過影響ABCA1和ABCG1基因的表達間接影響脂質代謝。目前仍缺乏關于TNIP1基因甲基化與脂蛋白之間因果關系的研究。

1.5 24-脫氫膽固醇還原酶基因DHCR24基因編碼DHCR24，主要通過催化脫氫膽固醇轉化為膽固醇參與脂質代謝[36-37]。2017年，Braun等[8]通過EWAS發現DHCR24基因cg17901584位點甲基化與HDL-C水平正相關，與TG水平負相關。之后，另一項EWAS研究進一步證實了cg17901584甲基化水平與HDL-C水平存在正相關性[16]。Dekkers等[12]通過孟德爾隨機化研究發現，DHCR24基因cg27168858位點的甲基化水平與LDL-C正相關，且LDL-C水平變化是DHCR24甲基化水平變化的原因。另一項孟德爾隨機化研究也發現，DHCR24基因cg17901584位點甲基化是脂質變化的結果而不是原因[13]。DHCR24的表達調控也是由SREBF介導的[38]。此外，DHCR24基因位于與膽固醇水平相關的PCSK9基因附近，因此有研究者提出DHCR24基因甲基化與HDL-C之間的關聯可能是由PCSK9單核苷酸多態性變異引起的[2]。

1.6 其他脂質相關基因甲基化 Fas凋亡抑制分子2（Fas apoptotic inhibitory molecule 2，FAIM2）是一種肥胖相關基因，有研究探討了FAIM2啟動子甲基化與中國兒童肥胖和血脂異常的相關性，結果發現FAIM2啟動子8個CpG位點的DNA甲基化水平與TG、TC、LDL-C水平正相關，與HDL-C水平負相關[39]。瘦素（leptin，LEP）和脂聯素（adiponectin，ADIPOQ）基因編碼主要由脂肪組織分泌的脂肪因子，在肥胖導致葡萄糖和胰島素穩態損害中發揮作用。Houde等[40]測量了73例嚴重肥胖患者的皮下脂肪、內臟脂肪和血液樣本中LEP和ADIPOQ基因的DNA甲基化水平，發現這兩個基因甲基化與TC和LDL-C水平正相關，與HDL-C水平負相關。

既往研究顯示，硫氧還蛋白相互作用蛋白（thioredoxin interacting protein，TXNIP）基因表達對脂代謝和糖代謝有影響。一項關于產前饑荒暴露與成年期血脂水平的研究發現，TXNIP基因cg19693031位點甲基化與TG水平呈正相關[41]，而另一項EWAS研究發現，該位點甲基化與總血漿TG水平負相關[17]。針對cg19693031位點甲基化與基因表達的關聯分析發現，該位點基因與脂質相關基因SREBF1和ABCG1的表達相關[16]。

其他值得關注的脂蛋白相關基因，如胰島素樣生長因子2（insulin like growth factor 2，IGF2）基因編碼胰島素樣生長因子2，與TC水平正相關[42]；細胞因子信號通路抑制因子3（suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3）基因參與瘦素和胰島素信號傳導，與TG水平負相關，與HDL-C水平正相關[43]；載脂蛋白A5（apolipoprotein A5，APOA5）基因與空腹和餐后TG水平正相關[6]。

截至目前，已經發現了眾多可能與脂質相關的甲基化基因，但關于這些基因的研究尚未形成統一觀點，上述基因的甲基化水平與脂質水平相關性的因果關系及具體機制也未明確，未來還需更多針對性的研究進行深入探索。

2 飲食和環境因素對DNA甲基化和血脂的影響

不良飲食習慣是高脂血癥的危險因素之一，飲食對血脂水平影響的表觀遺傳學機制被廣泛研究。既往有研究提示CPT1A基因cg00574958位點DNA甲基化與TG水平負相關，Lai等[44]檢驗了碳水化合物（carbohydrate，CHO）和脂肪（fat，FAT）攝入量、總膳食能量百分比，以及CHO/FAT比值與CPT1A基因cg00574958位點甲基化和代謝性疾病風險之間的關系，結果表明，CHO攝入量和CHO/FAT比值與cg00574958甲基化呈正相關，而FAT攝入量與cg00574958甲基化水平呈負相關。同時，CPT1A表達水平與CHO攝入量呈負相關，與FAT攝入量和TG水平呈正相關。中介分析支持CHO攝入誘導CPT1A基因甲基化，從而降低TG水平，而FAT攝入抑制CPT1A基因甲基化，從而提高TG水平。餐后血脂（postprandial lipemia，PPL）反應是指高脂飲食后血漿TG濃度升高，是心血管疾病的獨立危險因素。Lai等[6]對979例受試者高脂飲食后血脂和DNA甲基化水平進行EWAS分析后發現，脂磷酸磷酸酶（lipid phosphate phosphatase，LPP）、CPT1A、APOA5、SREBF1和ABCG1基因的甲基化與PPL反應正相關，CPT1A甲基化與PPL反應負相關。果糖攝入是另一個血脂異常的危險因素。有研究喂食大鼠果糖14周，發現CPT1A基因啟動子的甲基化程度升高，大鼠肝臟CPT1A的表達減少[45]。來自日本的一項研究發現，女性攝入維生素會使ABCA1基因呈低甲基化，后者與HDL-C負相關，研究者分析，維生素可能通過ABCA1基因低甲基化間接提高HDL-C的含量[23]。

環境也可以通過影響DNA甲基化改變血脂水平。環境內分泌干擾物（environmental endocrine disrupting chemicals，EDCs），如廣泛應用于人類各種消費品的對羥基苯甲酸酯、雙酚類和鄰苯二甲酸酯等，均可導致多種代謝性疾病。Lu等[46]通過測量24 h尿EDCs排泄物，對622例參與者進行了基于血液的EWAS分析，發現了20個差異甲基化的CpG位點與EDCs相關，其中酪酪肽（peptide tyrosine tyrosine，PYY）、MIR1246和鋅指蛋白641（zinc finger protein 641，ZNF641）等8個基因位點差異甲基化與血脂水平異常有關。砷是一種重要的環境污染物，多存在于受污染的飲用水中，與多種血管疾病的發生有關。有研究發現，砷暴露可以通過氧化應激介導DNA甲基轉移酶1的轉錄和活性上調，導致ABCA1基因高甲基化，抑制巨噬細胞的膽固醇外流，從而影響脂代謝水平[47]。

3 DNA甲基化與高脂血癥的治療

目前DNA甲基化的分子機制仍未完全明確，通過改變DNA甲基化水平治療高脂血癥的研究還不充足。青錢柳多糖是從中國特有的植物——青錢柳中提取的生物大分子物質，已被發現具有抗癌、抗菌、抗高血脂、抗氧化和抗炎等多種生物活性。Yang等[48]發現，對高脂乳劑誘導的高脂血癥小鼠應用高濃度青錢柳多糖后，小鼠肝臟全基因組DNA甲基化水平降低，并通過調節腺苷酸激活蛋白激酶（adenosine 5’-monophosphateactivated protein kinase，AMPK）激活的蛋白激酶信號通路、脂肪酸代謝通路、脂肪酸生物合成通路和脂肪細胞因子信號通路，最終起到降低血脂的作用。非諾貝特是一種用于治療血脂異常的PAR-α抑制劑，具有良好的抗炎作用。Yusuf等[49]對接受每日160 mg非諾貝特治療患者的炎癥反應進行了表觀基因組研究，發現KIAA1324L、鞘磷脂磷酸二酯酶3（sphingomyelin Phosphodiesterase 3，SMPD3）、突觸足蛋白2（synaptopodin 2，SYNPO2）、白細胞介素增強子結合因子3（interleukin enhancer binding fac tor 3，ILF3）、富脯氨酸3（prolinerich polypeptides 3，PRR3）、G蛋白核仁1（guanine nucleotide binding protein like 1，GNL1）、序列相似度為50的家族成員B（family with sequence similarity 50 member B，FAM50B），以及幾個基因間區域的CpG位點甲基化與炎癥細胞因子的血漿濃度變化顯著相關。羥甲基戊二酰輔酶A（DL-3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A disodium，HMG-CoA）還原酶抑制劑（他汀類）降脂藥物被廣泛用于心腦血管疾病，有研究認為，他汀類藥物對人體的表觀遺傳修飾也有影響[50]。Ochoa-Rosales等[51]的研究發現，使用他汀類藥物與DHCR24、ABCG1和甲基甾醇單加氧酶1（methylsterol monooxygenase 1，MSMO1）基因甲基化水平改變有關，其中他汀類藥物暴露與ABCG1基因甲基化升高和ABCG1表達降低相關，并能誘發糖尿病等代謝性疾病。

綜上所述，目前的研究發現DNA甲基化水平與血脂水平改變存在相關性，并且已在多個隊列中得到驗證。兩者之間的因果關系可以用孟德爾隨機化研究方法來檢驗，現有的研究結果更多傾向于DNA甲基化是脂質水平改變的結果而不是原因，但是研究證據尚不充分。目前該領域的大型研究主要為橫斷面研究，研究地區主要集中在西方國家，研究結論也尚未統一。未來研究還應繼續探究DNA甲基化與血脂水平相關性的因果關系及其具體機制，以探索DNA甲基化在高脂血癥的診斷和治療等臨床實踐中的應用價值。

【點睛】綜述現有針對DNA甲基化與血脂水平關系的研究結果，包括飲食環境因素和降脂藥物對兩者關系的影響，并展望未來研究方向。