代謝性脂肪性肝病表觀遺傳學(xué)當(dāng)前的挑戰(zhàn)與展望

馮鞏 呂怡凡 李芮琦 趙文娟 陳玉艷 葉峰 彌曼

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除酒精以外的其他肝損傷因素導(dǎo)致的肝臟脂肪性病變,當(dāng)疾病進(jìn)展到晚期時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致肝硬化、肝衰竭,甚至肝癌[1]。2020年,國(guó)際專家小組對(duì)脂肪肝疾病進(jìn)行重新定義:他們建議NAFLD應(yīng)重新命名為代謝功能障礙相關(guān)脂肪性肝病(MAFLD),MAFLD的診斷應(yīng)基于代謝功能障礙的存在,其定義簡(jiǎn)單、實(shí)用,在識(shí)別未來(lái)肝臟和肝外預(yù)后高風(fēng)險(xiǎn)患者方面優(yōu)于NAFLD的前定義,同時(shí)也提高了人們對(duì)脂肪肝疾病的認(rèn)識(shí)[2]。

到目前為止,肝活檢是確診MAFLD的“金標(biāo)準(zhǔn)”,但由于其侵入性操作、取樣誤差等問(wèn)題,臨床廣泛應(yīng)用受限。超聲檢測(cè)結(jié)果往往受檢查人員主觀判斷等諸多因素干擾。目前常用的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法是基于影像學(xué)或多種算法。基于影像的檢查多為彈性成像、超聲或磁共振。

表觀遺傳是指在DNA無(wú)修飾的條件下,通過(guò)表觀遺傳的方式,使基因的表達(dá)和功能發(fā)生變化,從而形成可遺傳的表型。作為近些年的新興領(lǐng)域,從表觀遺傳學(xué)角度研究MAFLD的發(fā)病與治療手段,是疾病研究進(jìn)程中的一個(gè)重要的切入點(diǎn)。

一、 MAFLD的表觀遺傳學(xué)研究現(xiàn)狀

MAFLD的表觀遺傳學(xué)主要從非編碼RNAs、DNA甲基化以及組蛋白修飾三大核心方面研究。

(一)非編碼RNA與MAFLD 在非編碼RNA中,microRNA(miRNA)、longncRNA(lncRNA)和circularRNA(circRNA)是研究最充分的非編碼RNA[3]。有證據(jù)表明,非編碼RNA在介導(dǎo)MAFLD的發(fā)展和進(jìn)展中起著相當(dāng)重要的作用。

1. MicroRNA(microRNA):miRNA是由長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸的內(nèi)含基因編碼,被認(rèn)為是包括MAFLD在內(nèi)的多種疾病診斷的潛在分子生物學(xué)標(biāo)記[4]。一些miRNA在MAFLD進(jìn)展和代謝改變中至關(guān)重要,影響著患者的血壓、血清甘油三酯和個(gè)體的胰島素敏感性水平[5]。在脂肪形成過(guò)程中,miR-425的表達(dá)受脂肪細(xì)胞中PPARG基因控制。miR-425過(guò)表達(dá)導(dǎo)致3T3-L1前脂肪細(xì)胞增殖減少,但加速了細(xì)胞脂肪生成分化。miR-425還影響脂肪生成,抑制脂肪生成的負(fù)調(diào)節(jié)因子的靶基因Mapk14[6]。

2. circularRNA:circRNAs具有穩(wěn)定性、保護(hù)性和組織特異性的優(yōu)點(diǎn)[3]。目前已被證實(shí)許多circRNA在脂質(zhì)代謝調(diào)控和脂質(zhì)紊亂疾病中發(fā)揮作用[19]。例如circScd1通過(guò)JAK2/STAT5途徑,增加MAFLD中的肝細(xì)胞脂質(zhì)蓄積和肝脂肪變性脂質(zhì)沉積,是脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[20]。Zhu等[21]發(fā)現(xiàn),circH19在代謝綜合征患者血清中表達(dá)上調(diào),其缺失可促進(jìn)人類脂肪干細(xì)胞的成脂分化。總體而言,目前關(guān)注circRNA和自身免疫性肝病的研究相對(duì)較少,需要進(jìn)一步深入研究其作用機(jī)制。

3.Longnon-codingRNA:lncRNA的主要特點(diǎn)是具有較高的穩(wěn)定性,可在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。目前,體外研究揭示了lncRNA在MAFLD中的作用。例如,敲除lncRNACCAT1可抑制肝脂肪變性,這表明CCAT1介導(dǎo)肝細(xì)胞中的脂質(zhì)積聚[22]。Guo等[23]研究表明,在MAFLD模型中l(wèi)ncRNAHOTAIR的水平上調(diào),且其上調(diào)顯著增加血液中甘油三酯(TG)和總膽固醇(TC)的水平。隨著研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn)lncRNA在脂質(zhì)代謝中充當(dāng)著調(diào)節(jié)因子的作用,故對(duì)lncRNA的深入研究可以幫我們更加認(rèn)識(shí)其在MAFLD中的治療潛力。

(二)DNA甲基化與MAFLD DNA甲基化是導(dǎo)致MAFLD基因表達(dá)異常的主要表觀遺傳學(xué)改變之一[24]。其與基因啟動(dòng)子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān),在維持正常細(xì)胞功能、遺傳印記、失活X染色體上的基因沉默和胚胎發(fā)育等方面發(fā)揮重要作用[25]。

多項(xiàng)研究分析了與MAFLD相關(guān)的全基因組甲基化變化,包括肝臟的脂質(zhì)代謝調(diào)控位點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),干擾素調(diào)節(jié)因子6基因的啟動(dòng)子由于高甲基化而下調(diào),不能有效抑制過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)及其靶點(diǎn),從而引起體內(nèi)脂肪代謝的異常[26]。PPARγ啟動(dòng)子區(qū)域的高甲基化與肝臟活檢中的嚴(yán)重纖維化相關(guān)[27]。其在區(qū)分健康與MAFLD/NASH、NAFLD與NASH以及纖維化與非纖維化方面具有重大潛力。

(三)組蛋白修飾與MAFLD 組蛋白是一個(gè)基本蛋白質(zhì)家族,其正電荷使它們與細(xì)胞核中的DNA結(jié)合,并幫助它們將其凝聚成染色質(zhì)。組蛋白修飾酶進(jìn)行多種組蛋白化學(xué)修飾,影響特定DNA結(jié)合位點(diǎn),導(dǎo)致特定基因的轉(zhuǎn)錄激活或沉默[28]。

組蛋白經(jīng)歷了各種乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化、蘇酰化和核糖基化反應(yīng),其中乙酰化已被廣泛應(yīng)用[29]。Sirtuins是一種充當(dāng)NAD+依賴性脫乙酰酶的蛋白質(zhì),分為7類,與MAFLD發(fā)展最相關(guān)的是SIRT1和SIRT3。最近研究表明,SIRT1是肝臟脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的重要組成部分,它是過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)的激動(dòng)劑配體,促進(jìn)脂質(zhì)的氧化活性[28]。SIRT3缺乏導(dǎo)致PPARα中的DNA結(jié)合活性降低,從而減少PPARα激活分子的產(chǎn)生,促進(jìn)脂肪酸氧化[30]。

二、 針對(duì)MAFLD表觀遺傳學(xué)靶點(diǎn)的干預(yù)手段

miRNAs、甲基化以及蛋白修飾構(gòu)成了人類MAFLD生物標(biāo)志物的豐富來(lái)源。第一個(gè)用于治療丙型肝炎的抗miRNA藥物米拉維森是一種抑制miR-122的鎖定核酸[31]。G-101是一種寡核苷酸,被用于治療丙型肝炎病毒的新型抗miR-122[32]。上述藥物均處于臨床實(shí)驗(yàn)階段,臨床尚無(wú)有效藥物干預(yù)靶標(biāo)。目前除在肝細(xì)胞中高度富集的miR-122,還不能確定與MAFLD相關(guān)的其他生物標(biāo)志物來(lái)源。因此,選擇潛在MAFLD生物標(biāo)志物或干預(yù)靶點(diǎn)將是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

(一) 中藥類 中醫(yī)藥具有多系統(tǒng)、多靶點(diǎn)的獨(dú)特功能,針對(duì)MAFLD病理機(jī)制能充分發(fā)揮它的綜合優(yōu)勢(shì)。黃連素主要從黃連中分離出來(lái),它可以促進(jìn)脂肪的分布,減少肝內(nèi)脂肪的含量,提高血清中的轉(zhuǎn)氨酶濃度。其作用機(jī)制是通過(guò)激活SIRT3/AMP激活蛋白激酶/乙酰-CoA羧化酶在肝臟細(xì)胞中的表達(dá),從而引起脂肪變性的降低[33]。白藜蘆醇可通過(guò)減少脂肪生成和增加脂肪酸氧化來(lái)減少活性氧生成并下調(diào)脂質(zhì)積累[34]。綜上所述,中藥類化合物可以通過(guò)抗氧化、抗炎、降低肝組織的脂肪含量、抗纖維化等機(jī)制來(lái)防治MAFLD,具有較好的應(yīng)用前景,有望將其開(kāi)發(fā)為臨床治療MAFLD的有效藥物。

(二) 激動(dòng)劑與拮抗劑 核因子樣蛋白2(NRF2)具有抗炎、抗氧化的作用,并在一定程度上參與了脂質(zhì)代謝。梔子苷增加NRF2的水平并激活過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶等抗氧化基因,從而降低肝細(xì)胞氧化應(yīng)激,抑制磷酸化-雷帕霉素復(fù)合物的機(jī)制靶點(diǎn)和固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c的磷酸化,導(dǎo)致脂肪酸合成減少[35]。大麻素受體CB1和CB2在2型糖尿病和MAFLD等疾病中過(guò)度表達(dá)。CB1的拮抗劑利莫那班降低了miR-466和miR-762在治療飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠的過(guò)度表達(dá)。在肝脂肪變性的情況下miR-466會(huì)過(guò)度表達(dá),所以CB1拮抗劑對(duì)MAFLD的治療可能是有效的[36]。

(三) 抗氧化劑 活性氧增多引起氧化應(yīng)激導(dǎo)致的肝損傷是MAFLD病情發(fā)展的重要因素。姜黃素來(lái)源于植物姜黃的根莖,其可以通過(guò)抑制X-box結(jié)合蛋白1相關(guān)肌醇依賴酶1α和果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)氨酶表達(dá),有效抑制蛋白O-連接乙酰葡糖胺修飾,進(jìn)一步下調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,降低活性氧水平,從而改善脂質(zhì)積累[37]。未來(lái)可對(duì)其機(jī)制進(jìn)一步研究,來(lái)確定其對(duì)MAFLD的治療潛力。

(四) 降脂降糖類藥物 二甲雙胍是雙胍衍生物。它可以降低血漿葡萄糖水平而不引起低血糖,并改善胰島素抵抗。二甲雙胍在NASH患者中的胰島素反應(yīng)性、膽固醇和轉(zhuǎn)氨酶水平上調(diào),這些變化影響了基因和表觀基因組的表達(dá),此特性可用于MAFLD的治療[38]。

三、 MAFLD表觀遺傳學(xué)研究面臨的挑戰(zhàn)

隨著MAFLD研究的不斷深入,表觀遺傳學(xué)在其發(fā)病機(jī)制研究中扮演著越來(lái)越重要的角色。然而,MAFLD表觀遺傳學(xué)研究仍然面臨著許多挑戰(zhàn),主要包括以下幾個(gè)方面:

(一) 表觀遺傳學(xué)在實(shí)際研究中面臨的挑戰(zhàn) 實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)的局限性:當(dāng)前的表觀遺傳學(xué)研究方法和技術(shù)尚存在一定局限。例如,在DNA甲基化研究中,高效液相色譜法可檢測(cè)全基因組中5mC含量,準(zhǔn)確度高,但不能了解甲基化的位置信息;親和富集技術(shù)結(jié)合二代測(cè)序條件較溫和,靈敏度高,但不能提供單堿基分別率的DNA甲基化圖譜,這些可能影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

盡管許多表觀遺傳學(xué)研究揭示了MAFLD患者中表觀遺傳標(biāo)志物的異常改變,但這些改變與疾病發(fā)病機(jī)制之間的因果關(guān)系仍不明確。因此,如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些表觀遺傳標(biāo)志物在MAFLD發(fā)病過(guò)程中的具體作用仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

(二) 表觀遺傳學(xué)在臨床上面臨的挑戰(zhàn)

1.臨床樣本的獲取和處理:表觀遺傳學(xué)研究通常需要大量的臨床樣本,但肝組織樣本的獲取往往受到諸多限制。此外,樣本處理過(guò)程中可能存在不同來(lái)源、處理方法、保存條件等方面的差異,都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化:盡管表觀遺傳學(xué)研究為MAFLD的診斷和治療提供了新的思路,但如何將這些研究成果應(yīng)用到臨床實(shí)踐中,實(shí)現(xiàn)對(duì)MAFLD患者的個(gè)性化治療,仍然面臨很多困難。

(三) 表觀遺傳學(xué)在其他方面面臨的挑戰(zhàn)

1.個(gè)體差異和環(huán)境因素的影響:表觀遺傳學(xué)研究中的結(jié)果受到個(gè)體遺傳背景、環(huán)境因素和生活方式等多種因素的影響。例如,環(huán)境化學(xué)物成分復(fù)雜,對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的影響不但存在組織、器官特異性,還有明顯的時(shí)間-劑量依賴性和閾值,這在一定程度上增加了circRNA的研究難度。如何排除這些干擾,以便更準(zhǔn)確地研究表觀遺傳學(xué)在MAFLD發(fā)病機(jī)制中的作用,是另一個(gè)挑戰(zhàn)。

2.表觀遺傳學(xué)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性:表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制涉及DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等多種方式,它們之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系。如何在這些相互關(guān)聯(lián)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中確定關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和信號(hào)通路,以及如何揭示這些節(jié)點(diǎn)和通路在MAFLD發(fā)病過(guò)程中的作用,仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

四、 MAFLD表觀遺傳學(xué)未來(lái)研究方向

MAFLD表觀遺傳學(xué)的未來(lái)研究方向?qū)⑸婕岸鄠€(gè)方面,主要包括:

(一) 表觀遺傳學(xué)在流行病學(xué)的研究方向 開(kāi)發(fā)和優(yōu)化表觀遺傳學(xué)檢測(cè)方法:隨著表觀遺傳學(xué)技術(shù)的發(fā)展,未來(lái)研究需要開(kāi)發(fā)更高效、敏感、經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)方法,以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

1.開(kāi)展多中心、大樣本、長(zhǎng)期隨訪的研究:為了克服單中心研究中患者來(lái)源、樣本量和研究時(shí)間等方面的局限性,未來(lái)研究應(yīng)開(kāi)展多中心、大樣本、長(zhǎng)期隨訪的研究。這將有助于揭示表觀遺傳學(xué)在不同種族、地區(qū)和生活方式背景下的普遍性和精確性。

2.整合多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究:表觀遺傳學(xué)僅是影響MAFLD的眾多因素之一。為了更全面地了解MAFLD的發(fā)病機(jī)制,未來(lái)研究需要將表觀遺傳學(xué)數(shù)據(jù)與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析,以揭示這些因素在MAFLD發(fā)病過(guò)程中的相互作用和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

(二) 表觀遺傳學(xué)在臨床應(yīng)用的研究方向 探索表觀遺傳學(xué)在MAFLD診斷和治療中的應(yīng)用:隨著對(duì)表觀遺傳學(xué)在MAFLD中作用的深入了解,亟需更加精確的檢測(cè)技術(shù)推動(dòng)對(duì)DNA和RNA修飾的探索,將其應(yīng)用于病情的早期診斷、病程監(jiān)測(cè)和預(yù)后評(píng)估。此外,研究還應(yīng)關(guān)注針對(duì)表觀遺傳學(xué)調(diào)控的藥物,如DNA甲基化酶抑制劑、組蛋白去乙酰化酶抑制劑和非編碼RNA拮抗劑等,以期為MAFLD的治療提供新的策略。

(三) 表觀遺傳學(xué)在其他方面的研究方向

1.深入研究表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制:為了揭示MAFLD發(fā)病機(jī)制,未來(lái)研究應(yīng)深入探討DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等多種表觀遺傳學(xué)調(diào)控方式在MAFLD中的作用及其相互關(guān)系。此外,研究還應(yīng)關(guān)注表觀遺傳學(xué)調(diào)控在脂肪代謝、炎癥反應(yīng)、肝纖維化等關(guān)鍵生物過(guò)程中的具體作用。

2.研究表觀遺傳學(xué)與基因-環(huán)境相互作用:表觀遺傳學(xué)調(diào)控與遺傳因素、環(huán)境因素及生活方式等多種因素密切相關(guān)。因此,未來(lái)研究應(yīng)關(guān)注這些因素如何通過(guò)表觀遺傳學(xué)途徑影響MAFLD的發(fā)生和發(fā)展,以期發(fā)現(xiàn)新的預(yù)防和干預(yù)策略。

五、 總結(jié)

近年來(lái),MAFLD表觀遺傳學(xué)研究取得了顯著進(jìn)展,揭示了DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等表觀遺傳調(diào)控機(jī)制在MAFLD發(fā)病過(guò)程中的關(guān)鍵作用。這些研究為深入理解MAFLD的發(fā)病機(jī)制提供了新的視角,并為其診斷和治療帶來(lái)了新的啟示。然而,目前對(duì)于表觀遺傳學(xué)在MAFLD中的作用及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)仍不完全,需要進(jìn)一步開(kāi)展系統(tǒng)的研究。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。