表觀遺傳調(diào)控在動脈粥樣硬化中的研究進(jìn)展

胡琳 王子媛 張秋芳

動脈粥樣硬化是心腦血管疾病的主要基礎(chǔ)病因，積極防治動脈粥樣硬化能夠有效降低缺血性心腦血管疾病的發(fā)病率[1]。動脈粥樣硬化是一種以膽固醇等脂質(zhì)代謝紊亂為主要特征，巨噬細(xì)胞吞噬脂質(zhì)誘導(dǎo)的慢性血管壁炎性反應(yīng)[2]。動脈粥樣硬化可使脂質(zhì)沉積和壞死細(xì)胞在病灶內(nèi)沉積，形成粥樣斑塊。表觀遺傳是在DNA序列不發(fā)生變化的條件下，基因表達(dá)的性狀出現(xiàn)可遺傳的表現(xiàn)型變化，主要包括DNA甲基化、染色質(zhì)重構(gòu)、組蛋白修飾以及X染色體失活等。表觀遺傳在不同因素的刺激下發(fā)生動態(tài)改變，在多種疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用[3]。在動脈粥樣硬化形成的不同病理階段，受到到脂質(zhì)、炎性因子、膽固醇結(jié)晶等刺激，不同表型的巨噬細(xì)胞呈現(xiàn)出表觀遺傳修飾的多樣性。

1 組蛋白修飾異常調(diào)控巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)錄

核小體是真核細(xì)胞染色質(zhì)的基本單位，主要由組蛋白和DNA組成，DNA纏繞在由組蛋白H2A、H2B、H3、H4構(gòu)成的蛋白八聚體上。組蛋白的N末端突出于核小體，通常發(fā)生乙?；?、甲基磷酸化和泛素化等修飾，影響染色質(zhì)開放性，最終影響基因表達(dá)[4-5]。

1.1 組蛋白H3乙酰化

研究發(fā)現(xiàn)，在動脈粥樣硬化過程中，脂質(zhì)過氧化以及巨噬細(xì)胞所引發(fā)的炎性反應(yīng)會影響巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)錄過程中的組蛋白修飾，從而影響染色質(zhì)開放性。巨噬細(xì)胞中組蛋白H3乙?；黾涌墒咕奘杉?xì)胞產(chǎn)生更多開放性染色質(zhì)，促進(jìn)DNA與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，最終影響巨噬細(xì)胞的吞噬功能[6]。巨噬細(xì)胞在吞噬脂質(zhì)的過程中，組蛋白H3第9位賴氨酸二甲基化(H3K9me2)和三甲基化(H3K9me3)使開放性染色體減少，從而抑制基因轉(zhuǎn)錄[7]。組蛋白H3第4位賴氨酸三甲基化(H3K4me3)是基因轉(zhuǎn)錄啟動的標(biāo)志，組蛋白H3第4位賴氨酸單甲基化(H3K4me1)通常與基因遠(yuǎn)端調(diào)控元件增強子相關(guān)，組蛋白H3第27位賴氨酸乙酰化(H3K27ac)在轉(zhuǎn)錄起始位點附近和增強子附近較多，均通過影響巨噬細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄參與動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展[6]。

1.2 干擾素

研究發(fā)現(xiàn)，γ干擾素(IFN-γ)可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分化為M1型巨噬細(xì)胞，分泌促炎性細(xì)胞因子和趨化因子。IFN-γ通過抑制巨噬細(xì)胞對膽固醇的降解及再利用過程促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成。在低密度脂蛋白(LDL)受體敲除的動脈粥樣硬化合并胰島素抵抗小鼠模型中，抑制IFN-γ信號通路可以降低動脈粥樣硬化的程度，但不影響其損傷面積，還可以減少高胰島素血癥引起的主動脈根部損傷[8]。研究發(fā)現(xiàn)，β干擾素(IFN-β)通過組蛋白去乙?；?(HDAC1)抑制組蛋白H3乙酰化，作用于基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)的啟動子，抑制MMP-9與轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-1的結(jié)合，降低MMP-9的表達(dá)水平，從而影響巨噬細(xì)胞的吞噬功能，促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)生[9]。

1.3 沉默調(diào)節(jié)蛋白1重組蛋白

氧化低密度脂蛋白(oxLDL)是動脈粥樣硬化的主要致病因素。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞吞噬oxLDL是由清道夫受體A(SR-A)、CD36和凝集素樣oxLDL受體-1(LOX-1)等介導(dǎo)的，而沉默信息調(diào)節(jié)因子1(SIRT1)可以抑制巨噬細(xì)胞LOX-1基因表達(dá)，減少巨噬細(xì)胞對oxLDL的吞噬，從而減少內(nèi)膜下脂質(zhì)沉積，延緩動脈粥樣硬化進(jìn)展[10]。巨噬細(xì)胞在不同因素的刺激下，出現(xiàn)組蛋白不同位點的表觀修飾，這些修飾是否具有相同的功能，以及在時間和空間上的總體效應(yīng)對巨噬細(xì)胞吞噬功能的調(diào)節(jié)作用都需要進(jìn)一步研究。

2 DNA甲基化調(diào)控巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄

DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMT)的作用下，在基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶5′碳位共價結(jié)合1個甲基基團(tuán)。DNA甲基化可引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA結(jié)構(gòu)、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式等的改變，以調(diào)控基因表達(dá)，參與動脈粥樣硬化的發(fā)病和局部炎性反應(yīng)[11]。研究發(fā)現(xiàn)，超氧化物歧化酶(SOD)在動脈粥樣硬化中使自由基發(fā)生歧化反應(yīng)生成氧和過氧化氫，以防止自由基對細(xì)胞的損傷。在動脈粥樣硬化病程中，巨噬細(xì)胞內(nèi)SOD基因的甲基化程度增強，細(xì)胞外SOD水平降低，對自由基的清除作用減弱，大量的自由基蓄積在巨噬細(xì)胞的線粒體中，誘發(fā)巨噬細(xì)胞線粒體功能障礙，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部釋放大量的炎性介質(zhì)，促使脂質(zhì)沉積以及oxLDL生成[12]。在ApoE-/-動脈粥樣硬化小鼠模型中，DNMT1可通過催化巨噬細(xì)胞內(nèi)SOD基因的甲基化，降低細(xì)胞外SOD水平，加重氧化應(yīng)激損傷，促進(jìn)動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展[13-14]。巨噬細(xì)胞內(nèi)的15-脂氧合酶(15-LOX)屬于不飽和脂肪酸的氧合酶，研究發(fā)現(xiàn)15-LOX基因啟動子區(qū)域高度甲基化后細(xì)胞基本不表達(dá)15-LOX，巨噬細(xì)胞吞噬脂質(zhì)的過程中15-LOX甲基化水平增加，這使LDL的氧化作用增強，促進(jìn)了單核細(xì)胞在血管壁沉積，促使動脈粥樣硬化發(fā)生[15]。動脈粥樣硬化患者巨噬細(xì)胞中存在與疾病相關(guān)的危險基因，在DNA修飾階段，這些基因增強子附近的組蛋白發(fā)生甲基化后，患者罹患動脈粥樣硬化的危險性明顯降低[16]。

3 非編碼RNA調(diào)控巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)錄

非編碼RNA (ncRNA)是一類不具備編碼蛋白質(zhì)功能的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物[17]。在動脈粥樣硬化的進(jìn)程中，長鏈非編碼RNA (lncRNA)、微小RNA(miRNA)在表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控多個階段干擾基因的表達(dá)，調(diào)控巨噬細(xì)胞表型和炎性反應(yīng)，影響動脈粥樣硬化的進(jìn)程[18]。

3.1 lncRNA

lncRNA是一類由RNA聚合酶Ⅱ合成的長度約為200個核苷酸的RNA，通常以其在基因組中的定位進(jìn)行分類。lncRNA參與基因的表觀遺傳學(xué)修飾。在單核細(xì)胞以及動脈粥樣硬化的斑塊中，lncRNA AT102202表達(dá)水平較高，促使巨噬細(xì)胞吞噬內(nèi)皮下脂質(zhì)及膽固醇，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?xì)胞[18]。研究發(fā)現(xiàn)，在體外培養(yǎng)的人HepG2肝細(xì)胞中，表沒食子兒茶素沒食子酸酯可上調(diào)lncRNA AT102202的表達(dá)，下調(diào)羥甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶的表達(dá)，降低巨噬細(xì)胞內(nèi)膽固醇水平，減少泡沫細(xì)胞聚積，延緩動脈粥樣硬化的病程[19]。在2型糖尿病小鼠的巨噬細(xì)胞以及動脈粥樣硬化患者的單核細(xì)胞中，lncRNA E330013P06的表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞向M1型轉(zhuǎn)變，巨噬細(xì)胞向泡沫細(xì)胞轉(zhuǎn)變，增強了血管壁的局部炎性反應(yīng)[20]。Li等[21]發(fā)現(xiàn)動脈粥樣硬化斑塊和小鼠巨噬細(xì)胞來源的泡沫細(xì)胞中的lncRNA CDKN2B-AS1表達(dá)下調(diào)，MMP-10表達(dá)上調(diào)；在過表達(dá)lncRNA CDKN2B-AS1或沉默MMP-10后，巨噬細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)沉積減少，膽固醇向細(xì)胞外轉(zhuǎn)移增加，因此lncRNA CDKN2B-AS1可能是通過DNMT1介導(dǎo)的MMP-10甲基化抑制MMP-10轉(zhuǎn)錄，從而延緩動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。lncRNA在基因組中的定位不同，在啟動子、增強子和內(nèi)含子區(qū)域中發(fā)揮著不同作用，不同區(qū)域的lncRNA的時間及空間累積效應(yīng)對巨噬細(xì)胞的調(diào)控需要進(jìn)一步研究。

3.2 miRNA

miRNA主要通過靶向mRNA的3′端非編碼區(qū)降解目標(biāo)mRNA或是通過抑制其翻譯調(diào)控基因表達(dá)。miR-497能夠抑制巨噬細(xì)胞中apelin蛋白的表達(dá)，apelin蛋白可抑制巨噬細(xì)胞脂質(zhì)沉積，miR-497可通過作用于apelin蛋白發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用[22]。三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運子A1 (ABCA1)可通過調(diào)控膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用。miR-20a/b可以抑制ABCA1的轉(zhuǎn)錄后表達(dá)，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向泡沫細(xì)胞分化，促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)生[23]。核仁蛋白PES1在核糖體中參與核糖體RNA(rRNA)前體的剪切，INK4基因座中反義非編碼RNA(ANRIL)能夠結(jié)合PES1基因，抑制血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中IKK4 mRNA前體的加工和成熟，誘發(fā)核仁內(nèi)mRNA前體超載，引起巨噬細(xì)胞凋亡，抑制細(xì)胞分化，從而導(dǎo)致動脈粥樣硬化的發(fā)生[24]。

miRNA在調(diào)控基因的表達(dá)中發(fā)揮重要作用，體外合成相關(guān)miRNA有望成為精準(zhǔn)治療的方法，但要密切關(guān)注體外合成miRNA的體內(nèi)靶向性及對其他基因的異常調(diào)控。

4 轉(zhuǎn)錄因子通過表觀遺傳激活巨噬細(xì)胞

轉(zhuǎn)錄因子可通過特定信號通路發(fā)揮調(diào)節(jié)動脈粥樣硬化的作用，如干擾素調(diào)節(jié)因子(IRF)、白細(xì)胞介素(IL)-4、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)等。巨噬細(xì)胞激活受多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，信號依賴性轉(zhuǎn)錄因子(SDTF)可介導(dǎo)炎性反應(yīng)。SDTF屬于IRF家族，IRF1、IRF3、IRF5和IRF8可使巨噬細(xì)胞發(fā)生促炎性表型轉(zhuǎn)變[25]，IRF與PU.1相互作用后作用于核因子κB(NF-κB)，促使NF-κB入核發(fā)揮作用。小鼠巨噬細(xì)胞的IRF8無上述作用，SDTF單獨發(fā)揮作用[26]。IL-4主要通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白6(STAT6)信號通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞抗炎相關(guān)程序基因，募集組蛋白乙?；笍?fù)合物參與靶基因抑制，在巨噬細(xì)胞活化中發(fā)揮作用[27]。抑制STAT6結(jié)合位點缺少典型的STAT6模體，表明STAT6通過間接結(jié)合或與非典型酪氨酸基序結(jié)合抑制下游靶分子功能。而IL-6受NF-κB的調(diào)控，又是STAT6的上游信號分子，可調(diào)控炎性反應(yīng)，因此在巨噬細(xì)胞中促炎性或抗炎性細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主要通過NF-κB和STAT途徑[28]。膽固醇通過轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β信號通路誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?xì)胞，這類泡沫細(xì)胞高表達(dá)CD86、ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1和半乳糖凝集素3，靶向TGF-β信號通路可從轉(zhuǎn)錄前抑制泡沫細(xì)胞的過度產(chǎn)生[26]。進(jìn)一步利用譜系跟蹤實驗檢測關(guān)鍵基因的表達(dá)，可輔助理解這些表型轉(zhuǎn)換的特征和潛在的表觀遺傳機制。轉(zhuǎn)錄因子無論在轉(zhuǎn)錄水平還是在轉(zhuǎn)錄后水平都直接或者間接通過某些特定的信號通路發(fā)揮重要作用，然而，轉(zhuǎn)錄因子具體調(diào)控位點以及不同信號通路之間的交互調(diào)節(jié)位點還需要進(jìn)一步研究。

5 表觀遺傳酶影響粥樣斑塊巨噬細(xì)胞

泡沫細(xì)胞脂代謝相關(guān)酶的轉(zhuǎn)錄譜發(fā)生改變，如ATP結(jié)合盒脂質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白家族的表觀遺傳學(xué)改變可使泡沫細(xì)胞獲得獨特的轉(zhuǎn)錄途徑，oxLDL通過激活類視黃醇X受體(RXRs)和過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)γ轉(zhuǎn)錄因子，提高脂肪酶編碼基因的表達(dá)水平，增強脂質(zhì)處理能力[29]。激活轉(zhuǎn)錄因子3 (ATF3)是脂滴形成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，巨噬細(xì)胞內(nèi)的ATF3通過抑制膽固醇25-羥化酶(Ch25h)的基因轉(zhuǎn)錄抑制25-羥基膽固醇的形成[30]。ATF3缺失導(dǎo)致Ch25h表達(dá)下調(diào)和RXRs配體25-羥基膽固醇的合成增加，從而誘導(dǎo)泡沫細(xì)胞的形成。高密度脂蛋白誘導(dǎo)ATF3表達(dá)，其抗炎作用也取決于對ATF3依賴性促炎性細(xì)胞因子表達(dá)的抑制，從而發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用[30]。Cochain等[31]證明Zeste同源增強子2(EZH2)參與巨噬細(xì)胞表型的調(diào)節(jié)。組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2促使組蛋白H3第27位賴氨酸三甲基化(H3K27me3)并與細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3(SOCS3)啟動子結(jié)合，抑制SOCS3的表達(dá)，最終導(dǎo)致造血干細(xì)胞髓樣分化，髓樣分化蛋白88(MYD88)依賴的NF-κB激活減少，巨噬細(xì)胞促炎作用減弱[32]。此類突變通常出現(xiàn)在編碼表觀遺傳酶的基因中，如DNMT、甲基胞嘧啶雙加氧酶2(TET2)和去甲基酶。研究發(fā)現(xiàn)TET2的缺乏可部分改變巨噬細(xì)胞表型，加重動脈粥樣硬化的炎性反應(yīng)。與野生型小鼠相比，動脈粥樣硬化小鼠模型體內(nèi)缺失TET2基因的巨噬細(xì)胞對脂多糖(LPS)、IFN-γ和oxLDL的刺激反應(yīng)更強，可使炎性細(xì)胞因子IL-1β和IL-6表達(dá)上調(diào)，誘發(fā)炎性反應(yīng)，提示TET2可對巨噬細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控[33]。

6 小結(jié)

動脈粥樣硬化主要由炎性反應(yīng)驅(qū)動，在復(fù)雜的斑塊微環(huán)境中，巨噬細(xì)胞發(fā)生大量的表觀遺傳改變，這種改變對于動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展起著雙向調(diào)節(jié)作用。一系列轉(zhuǎn)錄因子及酶的功能發(fā)生動態(tài)變化，調(diào)控巨噬細(xì)胞的吞噬功能及表型轉(zhuǎn)變。TET2、IRF等轉(zhuǎn)錄因子在細(xì)胞分化和連續(xù)的刺激中對染色質(zhì)進(jìn)行動態(tài)修飾形成細(xì)胞記憶，巨噬細(xì)胞再次遇到相同的微環(huán)境時可以迅速反應(yīng)。表觀遺傳不僅能使巨噬細(xì)胞有效地對病原性刺激快速反應(yīng)，也可能使巨噬細(xì)胞過度活化，從而加重動脈粥樣硬化。近年來，隨著單細(xì)胞測序技術(shù)及轉(zhuǎn)錄本測序技術(shù)的發(fā)展，對轉(zhuǎn)錄因子及酶的表觀遺傳機制已有了解，但仍有很多問題需要進(jìn)一步探索。動脈粥樣硬化不同階段的不同表現(xiàn)遺傳修飾是否存在協(xié)同或拮抗作用，在動脈粥樣硬化的發(fā)病機制中，如何通過轉(zhuǎn)錄因子和表觀遺傳對各種巨噬細(xì)胞活化狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控是未來研究熱點。