急性胰腺炎與表觀遺傳調(diào)控機(jī)制

趙先林，朱世峰，康鴻鑫，李 娟，唐文富，萬美華

1 四川大學(xué)華西醫(yī)院 中西醫(yī)結(jié)合科，成都 610041； 2 浙江省立同德醫(yī)院 消化科，杭州 310012

急性胰腺炎作為消化系統(tǒng)常見危急重癥之一，是由多種病因誘導(dǎo)的胰腺局部及全身炎癥反應(yīng)，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，并發(fā)癥較多，病死率較高，但確切機(jī)制仍不完全清楚[1-2]。目前研究證實急性胰腺炎發(fā)生與酒精、膽結(jié)石、高脂、吸煙等飲食生活習(xí)慣密切相關(guān)[2-3]。越來越多研究提示DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA等表觀遺傳調(diào)控機(jī)制在酒精、膽結(jié)石、高脂、吸煙等生活環(huán)境因素誘導(dǎo)急性胰腺炎的發(fā)生及炎癥反應(yīng)進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。本文就表觀遺傳調(diào)控機(jī)制在急性胰腺炎中的研究進(jìn)展作一簡要概述。

1 表觀遺傳學(xué)概述

表觀遺傳學(xué)主要研究在不改變DNA序列情況下生活環(huán)境因素對細(xì)胞及個體表型改變的作用機(jī)制，其參與了炎癥、代謝、腫瘤等眾多疾病的發(fā)生發(fā)展[4]。表觀遺傳學(xué)研究目前主要涉及DNA甲基化、組蛋白修飾、染色體重塑和非編碼 RNA等方面。DNA甲基化主要指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化作用下將S-腺苷甲硫氨酸中的甲基選擇性轉(zhuǎn)移到胞嘧啶的五位(C5)位點，形成5-甲基脫氧胞嘧啶核苷(5-mdC)過程，引起特定區(qū)域DNA構(gòu)象變化，影響基因轉(zhuǎn)錄及蛋白表達(dá)，參與到機(jī)體生理病理過程中[4-5]。染色質(zhì)不同位點組蛋白亞基的氨基酸端能夠發(fā)生甲基化、乙?；?、磷酸化、泛素化等不同類型共價修飾改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)及功能，形成不同的識別信號，影響與其他蛋白或復(fù)合體的結(jié)合，動態(tài)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)，被稱之為 “組蛋白密碼”學(xué)說[4,6]。非編碼RNA不直接翻譯成蛋白，主要通過調(diào)控信使RNA(mRNA)翻譯成蛋白質(zhì)的過程，以及調(diào)節(jié)DNA與蛋白質(zhì)的相互作用來影響蛋白的表達(dá)，參與到細(xì)胞表型及生物體生長發(fā)育變化過程中[4,7]。

2 表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制與急性胰腺炎

急性胰腺炎是由酒精、膽結(jié)石、高脂、吸煙等多種病因誘導(dǎo)胰酶異常激活，釋放NF-κB、TNFα、IL-1、IL-6、IL-10等多種炎癥介質(zhì)，誘發(fā)局部及全身炎癥損傷過程。目前研究提示DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA等表觀遺傳調(diào)控機(jī)制參與了酒精、膽結(jié)石、高脂、吸煙等生活環(huán)境因素導(dǎo)致胰腺損傷過程，并與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。

2.1 急性胰腺炎的常見誘因與表觀遺傳調(diào)控機(jī)制

2.1.1 酒精 酒精性胰腺炎發(fā)病率在西方國家所有類型胰腺炎中居首位，我國也呈逐年增加趨勢[2-3]。酒精性胰腺炎發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，一方面過量飲酒可以直接刺激胰酶分泌及Oddi括約肌痙攣，導(dǎo)致胰管內(nèi)壓力增高及胰酶異常激活，誘發(fā)急性胰腺炎；另一方面酒精性胰腺炎的發(fā)生與特定基因變異及轉(zhuǎn)錄表達(dá)等表觀遺傳機(jī)制也存在密切聯(lián)系[1,8-9]。近期研究[10-11]提示PRSS1-PRSS2基因位點的單核苷酸多態(tài)性rs10273639(靠近編碼陽離子胰蛋白酶原的基因)和CLDN2-MORC4基因位點的rs7057398及rs12688220與酒精性胰腺炎密切相關(guān)，女性患者只有rs7057398與非酒精性胰腺炎相關(guān)，男性患者CLDN2基因型具有較大發(fā)病風(fēng)險，進(jìn)一步解釋了酒精性胰腺炎患者的性別差別原因。酒精的代謝過程與DNA甲基化及組蛋白修飾等表觀遺傳改變密切相關(guān)。研究[12-13]顯示酒精代謝產(chǎn)物可以通過降低DNA甲基轉(zhuǎn)移酶和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶使用的S-腺苷甲硫氨酸的水平來促進(jìn)DNA和組蛋白的低甲基化。酒精代謝產(chǎn)物還能夠改變煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD +)與還原NAD(NADH)比例，促進(jìn)活性氧的形成，參與表觀遺傳修飾的酶的活性調(diào)節(jié)。因此，酒精性胰腺炎常伴隨特定基因多態(tài)性改變，酒精代謝產(chǎn)物能夠通過DNA甲基化及組蛋白修飾等表觀遺傳機(jī)制影響特定蛋白的表達(dá)及細(xì)胞表型改變，增加了其誘發(fā)急性胰腺炎的風(fēng)險。

2.1.2 膽結(jié)石 膽管結(jié)構(gòu)或功能異常等膽源性因素為我國急性胰腺炎發(fā)病主要誘因，其中又以膽管結(jié)石為主[3]。膽管結(jié)石可以導(dǎo)致Vater壺腹部黏膜炎癥水腫及阻塞，阻礙了膽汁及胰液順利排泄，導(dǎo)致膽胰管壓力增高，膽汁返流及(或)細(xì)菌易位進(jìn)入胰腺，誘發(fā)急性胰腺炎[2,14]。膽結(jié)石的形成與膽汁中的膽固醇過飽沉淀成核及膽囊動力關(guān)系密切，涉及膽固醇腸道吸收，肝臟合成，膽汁輸出及轉(zhuǎn)化等過程[15-16]。目前研究[17]提示，表觀遺傳機(jī)制在膽固醇吸收代謝及膽結(jié)石形成過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，以應(yīng)對不同飲食生活環(huán)境因素改變導(dǎo)致的造石環(huán)境異常。瑞典的一項針對雙胞胎的研究[18]提示，攜帶ABCG8 D19HG基因型的雙胞胎患膽石癥的風(fēng)險顯著增加，這可能與其調(diào)節(jié)膽固醇腸道吸收與肝臟合成代謝有關(guān)。目前研究[16]表明，粘蛋白參與膽固醇的成核沉淀過程，減少高濃度膽汁酸對膽道刺激作用，而粘蛋白基因(MUPCDH)多態(tài)性增加了人類對膽石癥的易感性。動物模型研究[19]顯示，孕婦在妊娠和哺乳期間的低蛋白飲食可以通過改變HMGCR(膽固醇合成中的限速酶)和CYP7A1(膽固醇轉(zhuǎn)化為膽汁酸的限速酶)基因的表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)(啟動子低甲基化及組蛋白H3高乙?；?影響斷奶幼崽的膽固醇穩(wěn)態(tài)。Yang等[20]利用Illumina高通量測序技術(shù)比較有或無膽結(jié)石患者的膽囊黏膜中miRNA和mRNA表達(dá)差異，結(jié)果提示兩者之間存在17個miRNA和525個mRNA表達(dá)差異，再使用定量RT-PCR對隨機(jī)選擇的6個miRNA和8個基因進(jìn)行驗證，鑒定出114個miRNA靶基因，其(比如miR-210及其潛在靶基因ATP11A等)功能和調(diào)控途徑與膽固醇穩(wěn)態(tài)及膽結(jié)石形成密切相關(guān)。因此，目前研究提示生活飲食因素通過DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA等表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制，影響了膽固醇代謝過程及穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)了膽結(jié)石形成，增加了其誘發(fā)急性胰腺炎風(fēng)險。

2.1.3 高脂 隨著生活水平提高，高脂作為急性胰腺炎三大誘因之一，呈逐年上升趨勢[3]。高脂型急性胰腺炎發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，具體機(jī)理尚未明確。目前研究[21-22]提示，高脂型急性胰腺炎除了與游離脂肪酸增多、胰腺微循環(huán)障礙以及鈣超載等有關(guān)外，與表觀遺傳調(diào)控機(jī)制之間也存在密切聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)高脂血癥性胰腺炎的囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(CFTR)、載脂蛋白E基因及腫瘤壞死因子啟動子常發(fā)生突變，并可作為其發(fā)病的獨立危險因素[23-24]。脂質(zhì)代謝過程與表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制密切相關(guān)[25]。過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)是脂肪生成和脂肪組織發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控因子，PPARγ基因表達(dá)水平不僅受遺傳調(diào)控，還與DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA等表觀遺傳調(diào)控密切相關(guān)[26]。Wang等[27]研究證實組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶G9a可以通過表觀遺傳標(biāo)記H3K9me2抑制PPARγ的表達(dá)，從而抑制脂肪生成。Kalkan等[28]學(xué)者研究提示RANKL和c-Fos基因的甲基化狀態(tài)對肥胖和脂肪因子水平具有顯著影響。國內(nèi)學(xué)者Shen等[29]研究結(jié)果顯示tRFs作為一種衍生自tRNA的新型非編碼RNA，能夠抑制脂肪基因轉(zhuǎn)錄及表達(dá)，調(diào)節(jié)脂肪生成。因此，高脂性急性胰腺炎常伴隨有特定基因多態(tài)性改變，且脂質(zhì)代謝過程與其重要調(diào)節(jié)因子的DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA等表觀遺傳機(jī)制改變密切相關(guān)，其促進(jìn)了高脂形成，增加了急性胰腺炎發(fā)病風(fēng)險。

2.1.4 吸煙 吸煙不僅能增加胰腺癌、慢性胰腺炎發(fā)病風(fēng)險，也是急性胰腺炎發(fā)病的重要獨立危險因素[30]。目前研究[31]提示煙霧中有毒物質(zhì)尼古丁及NNK能夠在實驗大鼠胰腺腺泡細(xì)胞及組織內(nèi)蓄積，刺激實驗大鼠及人體內(nèi)胰酶異常激活，甚至誘導(dǎo)急性胰腺炎發(fā)生。目前研究[32]表明暴露于香煙煙霧后能夠引起DNA甲基化，組蛋白修飾和miRNA表達(dá)等表觀遺傳改變，參與到細(xì)胞組織損傷過程中。瑞典學(xué)者Besingi等[33]進(jìn)行一項有關(guān)吸煙的全基因組甲基化研究，實驗結(jié)果提示煙草燃燒產(chǎn)物能夠?qū)е麓罅緿NA甲基化改變。Chen等[34]研究表明吸煙產(chǎn)生的丙烯醛，能通過抑制細(xì)胞質(zhì)內(nèi)組蛋白H3、H4的N-末端乙?；?，從而影響核小體的組裝及蛋白表達(dá)。硫胺對胰腺腺泡細(xì)胞功能至關(guān)重要，胰腺細(xì)胞主要通過硫胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1和-2(THTR-1、THTR-2)從細(xì)胞外環(huán)境中攝取硫胺進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)以維持其細(xì)胞內(nèi)高水平狀態(tài)。研究[35]發(fā)現(xiàn)煙霧中NNK能夠降低THTR-1和THTR-2基因啟動子SLC19A2和SLC19A3水平，影響其mRNA轉(zhuǎn)錄及蛋白表達(dá)，從而抑制維生素硫胺進(jìn)入胰腺腺泡細(xì)胞，影響其正常功能發(fā)揮，導(dǎo)致胰腺炎發(fā)生。因此，吸煙能夠誘導(dǎo)DNA甲基化，組蛋白修飾和miRNA表達(dá)等表觀遺傳改變，導(dǎo)致特定蛋白表達(dá)及細(xì)胞功能改變，增加急性胰腺炎發(fā)病風(fēng)險。

2.2 急性胰腺炎的炎癥反應(yīng)與表觀遺傳調(diào)控機(jī)制 急性胰腺炎本質(zhì)上是胰腺組織細(xì)胞自我消化﹑壞死﹑釋放NF-κB、TNFα、IL-1、IL-6、IL-10等多種炎癥介質(zhì)并級聯(lián)放大而導(dǎo)致的全身炎癥損傷過程[1，36]。目前研究提示表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，參與了急性胰腺炎中眾多炎癥因子的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)過程[37-38]。 NF-κB作為細(xì)胞中重要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)因子，能與TNFα﹑IL-1β﹑IL-6等炎性因子的基因啟動子上的NF-κB結(jié)合位點結(jié)合，調(diào)控其基因轉(zhuǎn)錄及表達(dá)[39]。NF-κB活化受乙酰化修飾的調(diào)節(jié)，組蛋白去乙?；敢种苿?HDACi)可以提高NF-κB乙酰化程度，抑制NF-κB的活性，下調(diào)下游TNFα﹑IL-1β﹑IL-6等多種炎癥相關(guān)因子的表達(dá)[40]。Hartman等[41]研究提示，應(yīng)用曲古抑菌素(一種廣譜HDACi)預(yù)處理治療重癥急性胰腺炎大鼠模型，能夠明顯抑制單核細(xì)胞趨化因子1、巨噬細(xì)胞炎性蛋白 2、IL-6和IL-1β等炎癥因子mRNA及蛋白表達(dá)，降低血漿淀粉酶及IL-6水平，減輕胰腺組織炎癥損傷。此外，多種炎癥因子與DNA甲基化之間也存在密切聯(lián)系。研究[42-43]顯示，TNFα、IL-1β等炎性因子啟動子區(qū)的甲基化水平影響其轉(zhuǎn)錄表達(dá), 同時IL-6等炎性因子又可調(diào)節(jié)甲基轉(zhuǎn)移酶的活性, 改變DNA甲基化水平。Sandoval等[37]研究顯示，急性胰腺炎體內(nèi)炎癥基因的上調(diào)依賴于與組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶CBP相關(guān)的組蛋白乙?；?，早期常伴隨組蛋白H3K14ac、H3K27ac和H4K5ac的快速增加，而晚期炎癥基因常伴隨組蛋白甲基化顯著增加為特征的染色質(zhì)重塑。在急性胰腺炎的體內(nèi)及體外實驗?zāi)Ｐ椭?，TNFα基因激活常伴隨著嚴(yán)格有序的募集或釋放轉(zhuǎn)錄因子(ELK-1、SP1、NF-κB和EGR-1等)和染色質(zhì)修飾復(fù)合物(HDAC1、HDAC2、GCN5、PCAF和CBP等)，以及有序的組蛋白H3K9、H3K14和H3K18-乙?；?，H3K4甲基化以及H4K5乙酰化等[44]。Escobar等[45]研究證明，絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶PP2A可以通過ERK / NF-κB途徑和組蛋白乙?；{(diào)節(jié)急性胰腺炎炎癥級聯(lián)放大過程。總之，特異性和嚴(yán)格排序的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制如組蛋白乙酰化和甲基化，以及染色質(zhì)重塑與急性胰腺炎中炎癥基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)密切相關(guān)。這些研究結(jié)果突出了表觀遺傳調(diào)控機(jī)制在急性胰腺炎炎癥級聯(lián)反應(yīng)中的重要性。

3 小結(jié)

急性胰腺炎是一種與酒精、膽結(jié)石、高脂、吸煙等多種生活環(huán)境因素密切相關(guān)的炎癥疾病，常導(dǎo)致胰腺局部及全身炎癥反應(yīng)及器官損傷。表觀遺傳學(xué)在環(huán)境暴露與疾病發(fā)生機(jī)制之間搭起聯(lián)系橋梁，有助于進(jìn)一步理解環(huán)境相關(guān)疾病具體機(jī)理及尋找新的防治方法。目前研究證實急性胰腺炎患者常伴隨特定基因多態(tài)性改變；酒精、高脂、膽結(jié)石及吸煙等生活環(huán)境因素刺激除直接損傷胰腺組織細(xì)胞外，其代謝產(chǎn)物還能通過DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等表觀遺傳調(diào)控機(jī)制影響特定基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)及細(xì)胞表型變化，增加胰腺損傷易感性。此外，急性胰腺炎發(fā)生及進(jìn)展中NF-κB、TNFα、IL-1、IL-6、IL-10等多種炎癥因子的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)，均涉及DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA等表觀遺傳調(diào)控過程。因此，培養(yǎng)健康的生活習(xí)慣，如清淡飲食、戒煙戒酒等對防治急性胰腺炎意義重大。雖然急性胰腺炎的表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制仍處于初步探索階段，面臨很多挑戰(zhàn)，但仍為進(jìn)一步理解急性胰腺炎的發(fā)生、發(fā)展及治療提供了新的思路，具有廣闊的研究前景。