子癇前期中表觀遺傳學改變的研究新進展*

2021-11-30 09:54:44鐘琳琳黃玲玲

廣西醫(yī)科大學學報 2021年4期

鐘琳琳，黃玲玲

（廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院，南寧 530021）

子癇前期（preeclampsia，PE）是妊娠期最常見的并發(fā)癥之一，發(fā)生率約為2%～8%，是孕產(chǎn)婦死亡的重要原因，嚴重威脅母嬰健康[1-3]。PE以高血壓和蛋白尿為主要特征，同時可合并急性腎功能衰竭、腦出血、肝功能不全、肺水腫和彌散性血管內(nèi)凝血等嚴重并發(fā)癥[4]。PE的確切病因仍不清楚。目前認為與PE發(fā)病有關(guān)的因素包括炎性細胞因子的激活[5]，飲食、遺傳因素[6]，滋養(yǎng)層細胞浸潤不良[7]、內(nèi)皮功能障礙、氧化應激[8]、抗血管生成因子與血管生成因子失衡[9]等。此外，內(nèi)分泌、遺傳、環(huán)境和免疫因素也可能是PE 起病的重要原因[10]。環(huán)境因素可以引起表觀遺傳學的改變，和PE的發(fā)生密切相關(guān)。

表觀遺傳學指在DNA 序列不發(fā)生改變的情況下，基因的表達調(diào)控發(fā)生改變，并最終導致表型的變化，包括組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、基因組印記、隨機染色體失活、DNA 與RNA 化學修飾等。胎盤異常是PE 發(fā)生發(fā)展的核心。胎盤通過釋放血管活性分子、促炎細胞因子、微粒和合胞體碎片進入母體循環(huán)，繼而引起全身內(nèi)皮功能障礙，最終導致PE的發(fā)病[11]。表觀遺傳學在胎盤的發(fā)育和生理調(diào)節(jié)中起著重要作用[12]。在PE 的胎盤和其他受累組織中均可發(fā)生顯著的表觀遺傳學改變[13-15]，并且這些改變可能在疾病的演變中發(fā)揮著重要的作用[16]。目前研究較多的與PE 發(fā)病相關(guān)的表觀遺傳機制有非編碼RNA、DNA 甲基化、組蛋白修飾及基因組印跡。本文將從這4 個方面對PE 表觀遺傳學的研究進展進行綜述，希望有助于進一步的相關(guān)研究。

1 非編碼RNA 在PE 發(fā)病中的作用

非編碼RNA（non-codingRNA，ncRNA）被定義為一種不編碼蛋白質(zhì)的RNA 分子，包括轉(zhuǎn)移RNA（tRNAs）和核糖體RNA（rRNAs），微小RNA 如microRNA（miRNAs）、siRNAs、piRNAs、snRNA、sn-RNAs、exRNAs、scaRNAs 和長鏈ncRNAs（LncRNAs）[17]。這些RNA的共同特點是都能從基因組上轉(zhuǎn)錄而來，但是不翻譯成蛋白，在RNA 水平上就能行使各自的生物學功能。目前由于高通量測序技術(shù)的廣泛應用，大量的分子包括ncRNA 被發(fā)現(xiàn)，其在PE 的研究也取得了較快進展，越來越多的ncRNA在PE發(fā)生發(fā)展中的作用及調(diào)控機制被發(fā)現(xiàn)和認識。lncRNAs 和miRNAs 是兩類非編碼RNA，在PE的非編碼分子中占主導地位［10］。在此，本文將僅討論LncRNAs 和miRNAs 在PE 表觀遺傳控制中的作用。

1.1 LncRNAs 與PE LncRNAs 是指長度大于200核苷酸的非編碼RNA。LncRNAs 因具有非常重要的調(diào)控功能，且?guī)缀鯀⑴c到了各種生物學過程和通路，與各種疾病的發(fā)生發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)。目前已知的lncRNAs，大多數(shù)在癌癥研究領(lǐng)域被發(fā)現(xiàn)，通常與細胞增殖、遷移和侵襲有關(guān)[18]。由于癌細胞和滋養(yǎng)層細胞的特征是相似的，如滋養(yǎng)層的快速增殖、母體組織的遷移和侵襲、免疫耐受[19]，學者們進行了廣泛的體外研究，以闡明這些lncRNAs 在滋養(yǎng)層細胞生理過程中的作用。越來越多的研究也證實lncRNAs可通過影響滋養(yǎng)層細胞的功能來參與PE的發(fā)生。

經(jīng)典的lncRNAs 如MALAT-1、MEG3 在胎盤發(fā)育中起著重要的作用。MALAT-1 在胎盤病變中過度表達，與不受控制的滋養(yǎng)層侵襲有關(guān)[20]，通過研究證實，lncRNA MALAT-1在PE胎盤中表達顯著低于正常胎盤，可通過影響促凋亡蛋白半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-3（cysteinyl asparate-specific proteinase-3，Caspase-3）、Caspase-9 及聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1（poly ADP-ribose polymerase-1，PARP-1）加速細胞凋亡。MEG3是一種印跡的lncRNA，在多種不同的細胞類型和組織中表達。在正常胎盤中，MEG3 通過調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細胞的內(nèi)皮－間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，保護細胞凋亡，促進遷移和侵襲。而在PE 胎盤中，MEG3 表達下調(diào)，這就造成滋養(yǎng)細胞侵襲不足，胎盤淺著床，最終導致PE 的發(fā)生。Zhang 等[21]分析了30例PE婦女胎盤中的MEG3 RNA水平，并與30例對照組進行了比較，結(jié)果表明PE組中80%婦女胎盤內(nèi)MEG3 RNA的表達下調(diào)。Davatzikos等[22]對20例PE患者和20例對照者的胎盤進行研究，發(fā)現(xiàn)PE組MEG3 RNA 表達明顯下調(diào)，僅為對照組RNA 水平的28%。這兩項研究的結(jié)果是一致的。

同時，研究顯示在PE胎盤中的許多l(xiāng)ncRNAs表達呈上調(diào)的狀態(tài)。比如lncRNA RPAIN的增加抑制了滋養(yǎng)細胞的侵襲，同時通過調(diào)節(jié)C1q 誘導細胞凋亡，共同促進PE的發(fā)展[23]。此外，在PE患者的胎盤中，還有學者觀察到lncRNA DLX6-AS1 表達的增加，繼而通過調(diào)控miR-376c/GADD45a 的表達導致PE的發(fā)生[24]。體外細胞實驗進一步證實，過表達lncRNA SPRY4-IT1和HOTAIR均可抑制滋養(yǎng)細胞樣細胞系HTR-8/SVneo 增殖和侵襲能力，同時可通過調(diào)節(jié)促凋亡蛋白Caspase-3 和抑凋亡蛋白B 細胞淋巴瘤（B cell lymphomal lewkmia-2，BCL-2）的表達水平以加速滋養(yǎng)細胞凋亡，參與PE 的發(fā)生發(fā)展[25-26]。

1.2 miRNAs與PE miRNAs是一類小分子非編碼單鏈RNA，長度約20～25 個堿基，其功能是通過與靶mRNA 結(jié)合實現(xiàn)負性調(diào)節(jié)基因表達的功能［27］。miRNA的發(fā)現(xiàn)豐富了表觀遺傳的內(nèi)容，為人們提供了一種全新的視角來認識生物基因和基因表達調(diào)控的本質(zhì)，對深入研究PE的發(fā)病機制也提供了新的可能。miRNAs 異常表達可導致PE 等妊娠疾病的發(fā)生。生物學信息分析表明，PE 中的差異性miRNAs 參與代謝變化、包括MAP 激酶、轉(zhuǎn)化生長因子β、Hippo，以及絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號［28］。

鑒定PE 婦女胎盤和血漿樣本中差異表達的miRNAs 對于研究PE 發(fā)病的分子機制非常重要。與正常妊娠相比，PE患者血液循環(huán)中的miRNAs或胎盤組織中的miRNAs 表達譜都出現(xiàn)了特征性改變，特別是在胎盤組織中的表達異常最為常見。2007 年一項有關(guān)microRNAs 在PE 的研究中，研究者通過qPCR 檢測了157 個miRNAs 亞群在胎盤中的表達水平，在胎盤RNA樣本中檢測到153個miRNA，發(fā)現(xiàn)其中3個在PE中的表達是上調(diào)的，分別是miR-210、miR-155、miR-200b。miR-210是目前研究最多并認為和PE 發(fā)病相關(guān)的miRNA。miR-210 是早期缺氧反應miRNAs 之一，由缺氧誘導因子1α（HIF-1α）直接調(diào)控表達量[29]。多項研究發(fā)現(xiàn)，PE患者胎盤中miR-210 表達呈明顯上調(diào)，表明這可能是胎盤組織缺氧誘導了miR-210 表達上調(diào)，而且隨著缺氧程度的加重，其上調(diào)更明顯。我國學者[30]對34個microRNA 家族成員在PE 以及正常孕婦的胎盤組織中表達情況進行研究，最終發(fā)現(xiàn)：與正常妊娠相比，在PE的胎盤組織中有11個microRNA的家族成員呈現(xiàn)出高表達水平，而其余的家族成員呈現(xiàn)出低表達，差異具有統(tǒng)計學意義，證實了microRNA表達情況對于PE發(fā)病產(chǎn)生影響。

除了胎盤組織，Chim等[31]還通過PCR基因檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)母體血漿中存在胎盤來源的microRNA的表達，說明microRNA 在外周血中也能夠穩(wěn)定表達。在PE 妊娠中，miR-210 和miR-155 在血清表達水平上調(diào)[32]。與使用單個miRNAs 相比，多個miRNAs 的組合顯示出更高的PE 預測值。以上結(jié)果表明miRNAs 作為早期妊娠PE 的預測標志物具有潛在的應用價值。

2 DNA 甲基化在PE 發(fā)病中的作用

DNA 甲基化，作為最為人所知的表觀遺傳機制，是指整個基因組中富含胞嘧啶的區(qū)域甲基化的過程。DNA甲基化與許多重要的過程有關(guān)，包括衰老、癌變、X染色體、失活、基因組印記和轉(zhuǎn)座因子的抑制等等。

在不同的表觀遺傳變化中，與PE 相關(guān)的DNA甲基化是PE起病最重要的因素［10］。一般來說，這些不同基因甲基化的失調(diào)與各種原因有關(guān)，如缺氧、早期PE 的氧穩(wěn)態(tài)、缺氧的滋養(yǎng)層、母體全身血管中的中性粒細胞浸潤、滋養(yǎng)層侵襲等都可引起PE。

很多研究顯示病理性胎盤中各種基因的表達與DNA 甲基化有關(guān)[33]。Majchrzak-Celinska 等[34]回顧了與PE疾病相關(guān)的RUNX3、LINE-1和HSD11B2基因的DNA都發(fā)生了甲基化。HSD11B2基因編碼11β羥基類固醇脫氫酶2型（11βHSD2），在高血壓中起關(guān)鍵作用。11β-HSD2 通過阻止睪丸和胎盤等組織中的鹽皮質(zhì)激素受體的激活，在調(diào)節(jié)血壓中發(fā)揮重要作用[35]。在PE 患者中，HSD11B2、RUNX3 和LINE-1甲基化還與兒童出生體重、胎齡和分娩呈正相關(guān)。Anderson 等[36]研究了PE 患者外周血白細胞基因甲基化的變化，結(jié)果表明，64%的研究基因與甲基化顯著增加相關(guān)，而甲基化DNA 結(jié)合蛋白（MPB）中36%的差異甲基化位點與甲基化顯著減少相關(guān)。使用450K微陣列工具對新生兒臍血DNA進行的全基因組甲基化分析顯示，與早發(fā)性PE相關(guān)的新生兒臍血DNA中存在顯著的基因組級低甲基化，其中51 486個低甲基化，12 563個高甲基化CpG[37]。

3 組蛋白修飾在PE 發(fā)病中的作用

組蛋白修飾是表觀遺傳的一個重要機制，組蛋白修飾包括甲基化、乙?；?、磷酸化及泛素化，而這些都發(fā)生在特定的氨基酸上，修飾作用會導致染色體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄激活或抑制。組蛋白修飾與滋養(yǎng)細胞功能的發(fā)揮密切相關(guān)。目前研究較多并認為與PE的發(fā)病相關(guān)的機制有組蛋白甲基化、乙?；揎?。有研究證明HIF-KDM3A-MMP12 信號級聯(lián)促進大鼠胎盤和人胎盤細胞滋養(yǎng)層侵襲和滋養(yǎng)層定向子宮螺旋動脈重構(gòu)［10］。缺氧驅(qū)動HIF活化和KDM3A表達，反過來將改變促進侵襲性滋養(yǎng)層譜系發(fā)育和組織重塑的基因的組蛋白甲基化狀態(tài)，如滋養(yǎng)層源性MMP12活化[38]，最終導致PE的發(fā)生。

TIMP3 是MMP 的拮抗劑，幾乎所有的細胞功能包括增殖、凋亡、侵襲和遷移都可以被TIMP3 調(diào)節(jié)[39]。研究表明，TIMP3 在PE 胎盤中有高表達。HDAC 通過改變啟動子組蛋白乙酰化可以調(diào)節(jié)TIMP3的表達，因此在滋養(yǎng)細胞侵襲和遷移中起到了必要的作用[40]。

4 基因組印跡在PE 發(fā)病中的作用

基因組印跡是指來自父方和母方的等位基因在通過精子和卵子傳遞給子代時發(fā)生了某種修飾，這種修飾作用使后代僅表達父源或母源等位基因的一種。最近的研究表明，胎盤中表達的印跡基因子集可能通過調(diào)節(jié)胎盤激素的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)母體對妊娠的適應，即控制母體的功能[41]。印跡基因的及時表達在胎兒胎盤發(fā)育中起著重要作用[42]。研究人員對PE胎盤基因表達和印跡基因進行了系統(tǒng)分析，結(jié)果顯示DLX5 在人類PE 胎盤中的表達發(fā)生了改變。值得一提的是，在PE中通過定位克隆鑒定的第一個基因STOX1 在特定的胎盤細胞亞型中有印跡[43]。最初在STOX1 中發(fā)現(xiàn)的突變具有相當大的功能增益效應，事實上，STOX1 的過度表達分別在細胞或小鼠中誘導PE的表達譜和PE的表型[44]。

5 展望