組蛋白修飾在高血壓中的研究進展*

胡澤明，徐夢凈，鐘佳寧，陳 斌

(贛南醫(yī)學(xué)院 1.2017級碩士研究生；2.2017級本科生；3.科研中心；4.第一附屬醫(yī)院，江西 贛州 341000)

多年以來，高血壓一直被定義為持續(xù)性或間歇性的血壓臨界值超過140/90 mmHg，然而在2017年，美國心臟病協(xié)會(ACC)將其收縮壓和舒張壓臨界值分別更改為130和80 mmHg[1]。盡管經(jīng)過數(shù)十年來不斷努力地研究它的治療方法，高血壓仍然是心肌梗死、心力衰竭、終末期腎病和中風(fēng)的主要危險因素[2-3]。盡管如此，高血壓的發(fā)病機制仍尚未完全闡明，這使它的相關(guān)治療也止步不前。因此，闡明它的可能潛在機制對于開發(fā)新的治療策略在臨床應(yīng)用中具有重大意義。

表觀遺傳學(xué)是指由基因組調(diào)控的在基因組范圍內(nèi)進行的研究，它可以改變基因活性但不改變DNA序列。近年來表觀遺傳學(xué)的研究引起了越來越多學(xué)者的關(guān)注，DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA已被認(rèn)為是多種病理生理包括高血壓的可能發(fā)病機制[4]。其中，組蛋白修飾對高血壓的發(fā)病機制研究是現(xiàn)階段的熱點及難點，因此本文旨在對組蛋白修飾以及對高血壓的相關(guān)研究進行系統(tǒng)闡述以期展望于臨床治療。

1 組蛋白修飾

組蛋白是由許多含有堿性側(cè)鏈的氨基酸(特別是賴氨酸和精氨酸)組成的高堿性蛋白質(zhì)。組蛋白的功能主要是將DNA進行包裝并排序到一個稱為核小體的結(jié)構(gòu)單元中，它代表了染色質(zhì)的主要蛋白質(zhì)成分[5]。組蛋白修飾在染色質(zhì)的重塑和基因調(diào)控中具有重要作用，根據(jù)核小體組蛋白在其尾端的特定氨基酸上由不同的化學(xué)基團共價標(biāo)記的結(jié)果，可將組蛋白分為不同類型。研究最多的組蛋白修飾包括甲基化、乙?；?、磷酸化和泛素化等[6]。

1.1組蛋白甲基化組蛋白的甲基化修飾主要由甲基轉(zhuǎn)移酶從中介導(dǎo)，甲基轉(zhuǎn)移酶能將甲基轉(zhuǎn)移到含有特定賴氨酸或精氨酸殘基的組蛋白中[7]。與甲基轉(zhuǎn)移酶活性相反的是，去甲基酶能夠催化甲基基團從組蛋白上脫落，從而逆轉(zhuǎn)這種表觀遺傳對特定基因表達的影響。賴氨酸殘基可被單甲基化、二甲基化或三甲基化，根據(jù)甲基基團靶向賴氨酸殘基的類型以及甲基化的程度，組蛋白甲基化與基因表達是否沉默或激活緊密有關(guān)。有研究表明，基因組某一啟動子組蛋白H3的第4位賴氨酸殘基三甲基化(H3K4me3)能增強基因的表達，而在同一組蛋白H3的第9和27位賴氨酸殘基上三甲基化(H3K9me3和H3K27me3)卻使基因的表達受到抑制[8]。

1.2組蛋白乙酰化組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)能催化組蛋白進行乙?；揎棧钦婧思毎杏糜谡{(diào)節(jié)基因表達的主要修飾之一。雖然組蛋白乙?；驯憩F(xiàn)出與基因的表達活性相關(guān)，但由于存在組蛋白去乙?；?HDAC)的作用，它能夠脫去乙?；鶊F并因此抑制基因的表達，從而使基因的表達呈現(xiàn)一個動態(tài)平衡的過程[9]。組蛋白HAT將乙?；鶊F轉(zhuǎn)移到組蛋白的賴氨酸殘基上，使帶負電荷的乙?；鶊F和帶正電荷的賴氨酸殘基相互結(jié)合，從而松弛DNA和組蛋白之間的緊密連接以增強DNA的轉(zhuǎn)錄水平[10]。與此相反的是，組蛋白HDAC會通過去除組蛋白中的乙?；鶊F并收緊染色質(zhì)來抑制與組蛋白結(jié)合的DNA轉(zhuǎn)錄[11]。目前，有8種乙酰轉(zhuǎn)移酶按其細胞定位可分為核型和細胞質(zhì)型兩種。有18種去乙?；福绫?所示，可分為Ⅰ類、Ⅱa類、Ⅱb類、Ⅲ類和Ⅳ類[12]。在這些HDAC中，HDAC Ⅲ也被稱為Sirtuins，是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴的去乙酰化酶[13]。

1.2.1乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑(HATi)是一類能干擾乙酰轉(zhuǎn)移酶功能的化合物，目前已發(fā)現(xiàn)了幾種HATi對乙酰轉(zhuǎn)移酶具有高度的特異性。其中山竹醇(Garcinol)是一種聚異戊二烯化二苯甲酮類化合物，它提純于印度番石榴，是一種天然的乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑，對p300 的HAT具有特異性。漆樹酸(6-十九烷基水楊酸)是另一種乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑，對組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶p300和細胞的p300/CBP相關(guān)因子(PCAF)具有顯著的抑制作用[14]。

1.2.2去乙?；敢种苿┙M蛋白去乙?；敢种苿?HDACi)在結(jié)構(gòu)上可分為四組：環(huán)肽、異羥肟酸、脂肪酸和苯甲酰胺[15]。拉格唑拉(Largazole)是由Luesch等發(fā)現(xiàn)的一種天然大環(huán)肽類似物，它具有高度的HDAC1選擇性和抑制活性。有文獻報道，它對高侵襲性的轉(zhuǎn)化人乳腺上皮細胞和轉(zhuǎn)化成纖維骨肉瘤細胞具有高度的選擇活性[16]。異羥肟酸能夠穩(wěn)固地螯合組蛋白中的活性位點鋅離子，是HDACi中最常見的鋅結(jié)合基團(ZBG)[17-19]。有幾種異羥肟酸衍生物如伏立諾他(SAHA)[20]、帕比司他(LBH-589)[21]和貝利司他(PXD-101)[22]已被FDA批準(zhǔn)用于治療皮膚T細胞淋巴瘤、T細胞淋巴瘤或多發(fā)性骨髓瘤。恩替諾特(MS-275)是一種人工合成的苯甲酰胺衍生物，它可以特異性地抑制去乙?；?，已被用于治療Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗中的白血病、淋巴瘤或?qū)嶓w瘤患者[23]。

1.3組蛋白磷酸化組蛋白的磷酸化和去磷酸化分別是由激酶和磷酸酶參與的動態(tài)修飾過程。蘇氨酸、絲氨酸和酪氨酸是磷酸酶活性的主要靶點[24]。組蛋白磷酸化修飾對基因的表達會產(chǎn)生不同影響，并且會受到與其他表觀遺傳修飾交互作用的影響[25]。激酶可催化ATP中的磷酸基團加入到組蛋白中，而磷酸酶則催化磷酸基團的移除。由于磷酸基團帶有負電荷，所以磷酸化一般與松開的常染色質(zhì)相關(guān)，它會促進基因的轉(zhuǎn)錄[26]。不僅如此，激酶還和某些鈣調(diào)蛋白激酶在病理性心肌肥厚中扮演著重要角色[27]。

1.4組蛋白泛素化組蛋白泛素化修飾在細胞功能中的作用是近幾十年來研究的熱點。泛素化是指通過E1活化、E2偶聯(lián)和E3連接酶的順序作用，添加大分子的多肽泛素到氨基酸殘基上，泛素化的位點和程度取決于所涉及的酶復(fù)合物[28]。泛素連接酶將組蛋白中的賴氨酸殘基NH3+基團與泛素相互連接，于是形成了單泛素化和多泛素化的組蛋白。目前，特異性組蛋白氨基酸殘基泛素化的作用及其相關(guān)用途正在研究中，而且組蛋白H2B單泛素化是基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑的重要修飾方式[29]。

2 組蛋白修飾與高血壓大鼠

有對高血壓大鼠模型的研究表明，組蛋白修飾與ACE1的上調(diào)有關(guān)[30]。與此相似的是，用脂多糖來治療患有高血壓的大鼠，其后代表現(xiàn)出的ACE1基因過表達與ACE1啟動子中的組蛋白H3乙酰化修飾(H3Ac)密切相關(guān)[31]。另有一項高血壓成年大鼠的相關(guān)研究表明，HSD11B2基因下調(diào)與H3K36三甲基化修飾(H3K36me3)水平降低相關(guān)，這提示組蛋白修飾在大鼠患有高血壓期間能夠重塑染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)[32]。

有學(xué)者報道血管緊張素Ⅱ引起的大鼠主動脈NKCC1基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯表達水平增強與組蛋白H3的低甲基化修飾相關(guān)，這提示表觀遺傳修飾能夠調(diào)控NKCC1的轉(zhuǎn)錄，并通過相關(guān)的腎鈉重吸收影響血壓的高低[33]。Mehrotra等的研究表明，高血壓容易引起靶器官損害，如高鹽飲食誘導(dǎo)的高血壓大鼠易致其心肌肥厚，并表現(xiàn)出高水平的AcH4和H3K4me3修飾，而過表達的心房利鈉利尿肽(ANP)和腦利鈉利尿肽(BNP)基因啟動子中的H3K27me3和H3K9me3修飾水平則較低[34]。此外，WNK4是一種絲/蘇氨酸激酶，是Na+-Cl-協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白(NCC)的負調(diào)節(jié)因子，上皮細胞的Na+通道通過降低腎遠曲小管對鈉的重吸收，在維持正常的血壓方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用[35]。嚙齒類動物WNK4基因表達下調(diào)導(dǎo)致的鹽感敏性高血壓與組蛋白修飾緊密相關(guān)[36-39]。Mu等報道，高鹽飲食誘導(dǎo)的組蛋白H3和H4乙?；揎棇?dǎo)致糖皮質(zhì)激素受體介導(dǎo)的WNK4基因表達被抑制，同時NCC過表達導(dǎo)致鈉潴留并最終導(dǎo)致高血壓的發(fā)生[40]。根據(jù)目前國內(nèi)外學(xué)者的研究，總結(jié)以上相關(guān)基因的組蛋白修飾見表2。

表2 高血壓大鼠相關(guān)基因的組蛋白修飾

3 組蛋白修飾與血管平滑肌細胞

血管平滑肌細胞(VSMCs)可以通過影響血管張力的變化從而在調(diào)節(jié)血管外周阻力中發(fā)揮不可或缺的作用。VSMCs具有顯著的去分化能力，它能夠根據(jù)環(huán)境壓力的變化在收縮和合成狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換，因此VSMCs在高血壓的病理生理進程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[41]。有研究表明，VSMCs中收縮和合成狀態(tài)之間的這種表型轉(zhuǎn)換可能受到表觀遺傳修飾的影響[42]。

普遍認(rèn)為，輕度慢性血管炎癥是高血壓的重要病理生理機制。NLRP3炎性小體是一種在早期炎癥反應(yīng)中被激活的胞質(zhì)復(fù)合體，它可以通過活化caspase-1來產(chǎn)生促炎細胞因子，如白細胞介素1 (IL-1)和白細胞介素18 (IL-18)，而這些細胞因子與高血壓的發(fā)生密切相關(guān)[43]。最近的研究表明，在輕度慢性血管炎癥的VSMCs中，NLRP3基因啟動子上的H3K9和HAT的表達增強。更重要的是，姜黃素可以通過抑制HAT的表達來阻止輕度慢性血管炎癥的 VSMCs中NLRP3炎性小體的激活、VSMC表型轉(zhuǎn)換和增殖等[44]。這些研究表明，通過降低NLRP3基因啟動子上的組蛋白乙酰化修飾水平來抑制促炎因子IL-1和IL-18的釋放，可能在控制高血壓的慢性炎癥和減少疾病的發(fā)生發(fā)展方面有潛在療效。

4 組蛋白修飾與血管內(nèi)皮細胞

VSMCs是血管壁中層的重要組成部分，但血管內(nèi)皮細胞能與循環(huán)系統(tǒng)的刺激物直接接觸，其控制血壓的作用研究較為廣泛。血管內(nèi)皮細胞功能障礙在高血壓的致病中起重要作用，而組蛋白修飾也參與了高血壓血管內(nèi)皮細胞的調(diào)控。

內(nèi)皮細胞可以釋放各種血管活性因子，其中有血管舒張因子，如一氧化氮(NO)、前列環(huán)素(PGI2)和內(nèi)皮衍生超極化因子(EDHF)等；還有血管收縮因子，如血栓素(TXA2)和內(nèi)皮素-1(ET-1)等[45]。內(nèi)皮一氧化氮合酶(eNOS)主要在內(nèi)皮細胞中表達，是血管中產(chǎn)生NO的主要機制。NO釋放紊亂與血管收縮因子的過表達有關(guān)，而血管收縮因子在循環(huán)系統(tǒng)中會進行一種惡性循環(huán)也是高血壓發(fā)生的重要病理生理機制[46]。一項人臍靜脈內(nèi)皮細胞(HUVECs)的體外實驗表明，H3K9和H4K12的超乙酰化以及H3K4在eNOS基因啟動子上的二甲基化和三甲基化可以上調(diào)eNOS的基因表達，并導(dǎo)致NO釋放紊亂從而促進血管收縮因子的表達，進一步導(dǎo)致高血壓的發(fā)生，這一結(jié)果表明組蛋白乙?；揎棇NOS的mRNA水平的變化可能在人類高血壓發(fā)病中發(fā)揮重要作用[47-49]。

綜上所述，組蛋白的甲基化或乙?；揎椏蓪Ω哐獕捍笫蟮亩喾N基因進行調(diào)控，不同的修飾方式或修飾水平表現(xiàn)出不同的相關(guān)效應(yīng)，不僅如此，組蛋白修飾還可對VSMCs和血管內(nèi)皮細胞的相關(guān)基因進行調(diào)控從而影響血壓的變化。隨著越來越多的研究，組蛋白修飾在體內(nèi)外實驗研究中對高血壓相關(guān)基因的表達調(diào)控未來在臨床上將展現(xiàn)出一種可期的治療前景。