腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和血清素再攝取轉(zhuǎn)運(yùn)體編碼基因甲基化與卒中預(yù)后的關(guān)系

閆然，閔妍，全柯華，李子孝，3，4（

甲基化是最早發(fā)現(xiàn)且研究最多的表觀遺傳學(xué)修飾途徑，是通過將一個(gè)或多個(gè)甲基添加到胞嘧啶5號(hào)碳位上（5-mC）來改變局部染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，對(duì)基因組的功能調(diào)控和穩(wěn)定性維持具有重要意義[1]。DNA甲基化在卒中發(fā)生后通過改變相關(guān)基因的表達(dá)水平，影響神經(jīng)可塑性及腦缺血、缺氧后的損傷和修復(fù)過程。目前較多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究證實(shí)DNA甲基化與卒中預(yù)后相關(guān)[2-3]。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）及血清素再攝取轉(zhuǎn)運(yùn)體編碼基因——溶質(zhì)載體家族6成員4（solute carrier family 6，member 4，SLC6A4）基因表達(dá)均受甲基化調(diào)控，且可能與卒中功能康復(fù)及情緒障礙等多種因素相關(guān)[4-7]，與卒中臨床預(yù)后息息相關(guān)。本文通過探討B(tài)DNF及SLC6A4基因甲基化水平與卒中預(yù)后的相關(guān)性及可能的作用通路，為改善卒中臨床預(yù)后提供可能的干預(yù)靶點(diǎn)。

1 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子基因甲基化與卒中預(yù)后

隨著對(duì)卒中后大腦內(nèi)源性修復(fù)機(jī)制的研究不斷深入，越來越多的證據(jù)表明神經(jīng)可塑性是腦損傷后神經(jīng)功能恢復(fù)的基礎(chǔ)[8]。BDNF是腦內(nèi)含量最豐富的神經(jīng)營養(yǎng)因子，BDNF及其受體在神經(jīng)系統(tǒng)廣泛表達(dá)，在突觸可塑性及神經(jīng)元生長等方面發(fā)揮重要作用。當(dāng)神經(jīng)元受損時(shí)，BDNF能發(fā)揮改善神經(jīng)元的病理狀態(tài)、防止神經(jīng)元死亡并促進(jìn)其再生及分化等生物效應(yīng)。DNA甲基化是BDNF基因轉(zhuǎn)錄的主要表觀遺傳調(diào)控機(jī)制[9]，高甲基化狀態(tài)與BDNF基因的低表達(dá)密切相關(guān)。

1.1 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子基因甲基化與卒中后功能康復(fù)的關(guān)系 研究表明，BDNF與卒中后運(yùn)動(dòng)、感覺、認(rèn)知等功能恢復(fù)，尤其是運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)密切相關(guān)[10]。BDNF基因的Val66Met單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNP）是指6 6 密碼子（Val66Met）上發(fā)生氨基酸替換（纈氨酸-蛋氨酸），是目前BDNF基因多態(tài)性研究最為廣泛的位點(diǎn)。而Val66Met次要等位基因A攜帶者甲基化水平顯著增加，對(duì)BDNF相關(guān)病理生理的影響尤為重要[11-12]。Kim等[3]通過對(duì)286例卒中患者的研究發(fā)現(xiàn)BDNF啟動(dòng)子區(qū)域的高甲基化水平與較差的遠(yuǎn)期（1年）預(yù)后獨(dú)立相關(guān)，包括運(yùn)動(dòng)功能及認(rèn)知功能，但與短期（2周）預(yù)后無關(guān)?？赡艿脑蚴荁DNF基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化會(huì)導(dǎo)致BDNF的合成減少，從而抑制細(xì)胞黏附、細(xì)胞增殖、血管生成，進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)元凋亡[13]。此外，BDNF基因甲基化對(duì)卒中后康復(fù)治療的影響在近年來也逐漸被認(rèn)識(shí)。卒中后神經(jīng)的可塑性為神經(jīng)康復(fù)治療提供了理論基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練能夠通過突觸可塑性（包括增加樹突分枝并重建腦半球間的軸突連接，以及改善缺血性卒中后對(duì)側(cè)錐體束的再生等）促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)[14]。研究表明BDNF基因與運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)可塑性相關(guān)[12]，這可能解釋其對(duì)卒中后康復(fù)治療的影響。Santoro等[12]的研究表明BDNF基因A等位基因攜帶者接受康復(fù)治療后啟動(dòng)子區(qū)域甲基化增加，獲得良好預(yù)后的比例較低，這可能與運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)神經(jīng)可塑性降低有關(guān)。在卒中發(fā)生后6個(gè)月接受經(jīng)顱直流電刺激的患者中，BDNF基因Val66Met位點(diǎn)A等位基因攜帶者康復(fù)第9天時(shí)運(yùn)動(dòng)技能評(píng)分較差[4]。此外，卒中后Val66Met位點(diǎn)A等位基因攜帶者比非攜帶者需要更多的時(shí)間學(xué)習(xí)跑步機(jī)行走訓(xùn)練，適應(yīng)能力較差[15]。

1.2 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子基因甲基化與卒中后情緒障礙的關(guān)系BDNF基因甲基化水平降低也可能在未來作為卒中后抑郁（post stroke depression，PSD）及卒中后焦慮（post stroke anxiety，PSA）的早期預(yù)測指標(biāo)[6]。Yang等[16]的研究結(jié)果提示，卒中第1天血清BDNF水平＜5.86 ng/mL與卒中急性期發(fā)生PSD獨(dú)立相關(guān)（OR28.992，95%CI8.014～104.891），提示BDNF可能用于識(shí)別卒中后PSD的風(fēng)險(xiǎn)。Kim等[17]發(fā)現(xiàn)BDNF基因啟動(dòng)子區(qū)域的高甲基化水平與卒中2周后PSD的發(fā)生獨(dú)立相關(guān)，且與1年后抑郁癥狀的惡化顯著相關(guān)。Kang等[18]對(duì)BDNF基因甲基化和多態(tài)性與卒中后2周及1年P(guān)SA的發(fā)生進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)無論基因多態(tài)性如何，BDNF平均甲基化水平較高的患者在1年后更有可能出現(xiàn)焦慮。這可能因?yàn)锽DNF基因甲基化受環(huán)境應(yīng)激因素的影響，平均甲基化水平較高導(dǎo)致BDNF表達(dá)下降，進(jìn)而使卒中患者的杏仁核和海馬體對(duì)恐懼的反射增強(qiáng)，導(dǎo)致卒中患者更容易出現(xiàn)焦慮、抑郁癥狀。包括藥物治療和心理治療方法在內(nèi)的干預(yù)有助于降低BDNF的高甲基化水平，且治療前甲基化水平越高，治療效果越好。

綜上所述，BDNF作為腦內(nèi)含量最豐富的神經(jīng)營養(yǎng)因子，在腦損傷后神經(jīng)功能修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用，因此BDNF一直是多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療的研究熱點(diǎn)[19]。目前BDNF基因甲基化已被證明與卒中后康復(fù)治療及情緒障礙相關(guān)，且其高甲基化水平與較差的臨床預(yù)后相關(guān)。受限于目前該領(lǐng)域臨床研究數(shù)量較少且樣本量小，BDNF基因甲基化水平是否可以作為卒中患者康復(fù)治療及情緒障礙的生物學(xué)標(biāo)志尚無法定論。進(jìn)一步的大樣本量臨床研究將有助于未來對(duì)卒中患者預(yù)后進(jìn)行預(yù)測并提供針對(duì)性治療。

2 血清素再攝取轉(zhuǎn)運(yùn)體編碼基因甲基化與卒中預(yù)后

血清素再攝取轉(zhuǎn)運(yùn)體也被稱為5-羥色胺轉(zhuǎn)運(yùn)體（5-hydroxytryptamine transporter，5-HTT），由SLC6A4基因編碼，通過將5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）從突觸間隙轉(zhuǎn)運(yùn)到突觸前神經(jīng)元而調(diào)節(jié)5-HT的含量，與包括抑郁、焦慮在內(nèi)的多種神經(jīng)精神疾病的病理生理機(jī)制相關(guān)[20]。研究表明SLC6A4基因啟動(dòng)子區(qū)域甲基化水平升高會(huì)導(dǎo)致5-HTT mRNA水平降低，5-HTT表達(dá)及5-HT再攝取減少[21]，進(jìn)而造成5-HT能系統(tǒng)功能失調(diào)。

2.1 血清素再攝取轉(zhuǎn)運(yùn)體編碼基因甲基化與卒中后功能康復(fù)的關(guān)系 多項(xiàng)研究表明SLC6A4基因甲基化與卒中后的功能結(jié)局及康復(fù)治療相關(guān)。近期，Kang等[22]發(fā)現(xiàn)SLC6A4基因啟動(dòng)子區(qū)域的高甲基化水平與卒中后8～14年發(fā)生復(fù)合心腦血管事件（包括復(fù)發(fā)性卒中、心肌梗死和血管性死亡）風(fēng)險(xiǎn)升高相關(guān)。這可能是因?yàn)镾LC6A4基因啟動(dòng)子區(qū)域高甲基化水平降低了5-HTT的轉(zhuǎn)運(yùn)功能，導(dǎo)致5-HT的可利用性下降，5-HT能軸調(diào)節(jié)障礙，進(jìn)而促進(jìn)大腦和外周血小板聚集和局部血管收縮，增加了復(fù)合心腦血管事件的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[23]。Santoro等[5]發(fā)現(xiàn)卒中亞急性期患者接受常規(guī)及物理康復(fù)治療6周后，根據(jù)改良的Barthel指數(shù)及日常生活能力評(píng)分進(jìn)行預(yù)后評(píng)價(jià)，與預(yù)后不良的患者相比，預(yù)后良好的患者SLC6A4基因啟動(dòng)子區(qū)域甲基化水平顯著降低。這一變化可能會(huì)導(dǎo)致5-HT再攝取障礙，運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的興奮性以及神經(jīng)元的可塑性發(fā)生改變[24]。5-HT能系統(tǒng)與下丘腦-垂體-腎上腺（hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA）軸相互作用，影響體內(nèi)炎癥因子及免疫介質(zhì)的釋放[25]，進(jìn)而阻礙卒中的恢復(fù)。綜上，SLC6A4基因甲基化可能成為卒中患者管理的生物標(biāo)志物。

2.2 血清素再攝取轉(zhuǎn)運(yùn)體編碼基因甲基化與卒中后情緒障礙的關(guān)系 在情緒障礙方面，5-HT是5-HT能神經(jīng)傳遞的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可調(diào)節(jié)海馬神經(jīng)元的可塑性，維持犬尿氨酸（kynurenine，KYN）軸及HPA軸平衡[25]，參與抑郁癥發(fā)生發(fā)展的病理學(xué)過程[26]。目前已有研究表明SLC6A4基因多態(tài)性與卒中后情緒障礙相關(guān)[27]，然而有關(guān)抑郁障礙的大型全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome-wide association studies，GWAS）卻沒有發(fā)現(xiàn)5-HTT的SNP與抑郁癥之間的聯(lián)系[28]，這可能是因?yàn)榻?jīng)典的GWAS方法只研究單個(gè)SNP的直接作用，而沒有考慮其內(nèi)在聯(lián)系及表觀遺傳學(xué)的影響。Kim等[7]對(duì)SLC6A4啟動(dòng)子區(qū)域甲基化狀態(tài)與PSD的相關(guān)性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)SLC6A4啟動(dòng)子區(qū)域的高甲基化水平與卒中2周和1年后的PSD發(fā)生獨(dú)立相關(guān)，并且與1年后抑郁癥狀的惡化顯著相關(guān)，DNA甲基化為PSD的發(fā)生機(jī)制提供了一個(gè)新的視角。SLC6A4甲基化不僅影響PSD的發(fā)生，同時(shí)在抗抑郁治療中發(fā)揮了一定作用。研究表明SLC6A4基因啟動(dòng)子區(qū)域低甲基化狀態(tài)可使抗抑郁藥物的治療反應(yīng)性降低，這可能是由于SLC6A4基因啟動(dòng)子區(qū)域的低甲基化水平使5-HTT的表達(dá)增加，從而反饋性導(dǎo)致突觸間隙中可利用的5-HT減少，抵消了5-HT能抗抑郁藥的作用[29]。

綜上所述，SLC6A4基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化水平通過調(diào)節(jié)5-HT能系統(tǒng)，影響海馬神經(jīng)元及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的可塑性，參與HPA軸及KYN軸的平衡，影響炎癥因子及免疫介質(zhì)的釋放，進(jìn)而影響卒中遠(yuǎn)期預(yù)后，且與抑郁障礙的發(fā)生發(fā)展以及抗抑郁治療密切相關(guān)。SLC6A4基因甲基化對(duì)卒中預(yù)后多維度的影響，為未來的神經(jīng)可塑性康復(fù)治療以及疾病修飾治療提供了參考依據(jù)。

3 展望

隨著基因組測序技術(shù)的迅速發(fā)展，DNA甲基化的臨床應(yīng)用前景廣闊。BDNF和SLC6A4基因甲基化通過調(diào)節(jié)BDNF及5-HT水平，調(diào)節(jié)神經(jīng)元突觸的可塑性參與到卒中恢復(fù)及康復(fù)過程，同時(shí)調(diào)節(jié)海馬、杏仁體參與的相關(guān)回路，在卒中后情緒障礙中發(fā)揮了重要作用。目前已有研究表明二者存在相同的回路及相互作用，共同參與到不同的行為心理過程中。未來卒中預(yù)后相關(guān)的BDNF基因甲基化研究，需要更多的集中于卒中的功能結(jié)局方面進(jìn)行驗(yàn)證，針對(duì)SLC6A4基因甲基化與卒中預(yù)后的相關(guān)性，也需要更多的研究支持。精準(zhǔn)診療與康復(fù)已經(jīng)成為個(gè)體化醫(yī)療的核心，癌癥的表觀遺傳療法已經(jīng)應(yīng)用于臨床。期待將來會(huì)有更多大樣本、前瞻性、隨機(jī)臨床試驗(yàn)來為DNA甲基化的臨床應(yīng)用提供更多循證醫(yī)學(xué)證據(jù)。