代謝性脂肪性肝病表觀遺傳學(xué)當(dāng)前的挑戰(zhàn)與展望

馮鞏 呂怡凡 李芮琦 趙文娟 陳玉艷 葉峰 彌曼

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除酒精以外的其他肝損傷因素導(dǎo)致的肝臟脂肪性病變,當(dāng)疾病進展到晚期時,可能會導(dǎo)致肝硬化、肝衰竭,甚至肝癌[1]。2020年,國際專家小組對脂肪肝疾病進行重新定義:他們建議NAFLD應(yīng)重新命名為代謝功能障礙相關(guān)脂肪性肝病(MAFLD),MAFLD的診斷應(yīng)基于代謝功能障礙的存在,其定義簡單、實用,在識別未來肝臟和肝外預(yù)后高風(fēng)險患者方面優(yōu)于NAFLD的前定義,同時也提高了人們對脂肪肝疾病的認識[2]。

到目前為止,肝活檢是確診MAFLD的“金標準”,但由于其侵入性操作、取樣誤差等問題,臨床廣泛應(yīng)用受限。超聲檢測結(jié)果往往受檢查人員主觀判斷等諸多因素干擾。目前常用的無創(chuàng)檢測方法是基于影像學(xué)或多種算法?；谟跋竦臋z查多為彈性成像、超聲或磁共振。

表觀遺傳是指在DNA無修飾的條件下,通過表觀遺傳的方式,使基因的表達和功能發(fā)生變化,從而形成可遺傳的表型。作為近些年的新興領(lǐng)域,從表觀遺傳學(xué)角度研究MAFLD的發(fā)病與治療手段,是疾病研究進程中的一個重要的切入點。

一、 MAFLD的表觀遺傳學(xué)研究現(xiàn)狀

MAFLD的表觀遺傳學(xué)主要從非編碼RNAs、DNA甲基化以及組蛋白修飾三大核心方面研究。

(一)非編碼RNA與MAFLD 在非編碼RNA中,microRNA(miRNA)、longncRNA(lncRNA)和circularRNA(circRNA)是研究最充分的非編碼RNA[3]。有證據(jù)表明,非編碼RNA在介導(dǎo)MAFLD的發(fā)展和進展中起著相當(dāng)重要的作用。

1. MicroRNA(microRNA):miRNA是由長度約為22個核苷酸的內(nèi)含基因編碼,被認為是包括MAFLD在內(nèi)的多種疾病診斷的潛在分子生物學(xué)標記[4]。一些miRNA在MAFLD進展和代謝改變中至關(guān)重要,影響著患者的血壓、血清甘油三酯和個體的胰島素敏感性水平[5]。在脂肪形成過程中,miR-425的表達受脂肪細胞中PPARG基因控制。miR-425過表達導(dǎo)致3T3-L1前脂肪細胞增殖減少,但加速了細胞脂肪生成分化。miR-425還影響脂肪生成,抑制脂肪生成的負調(diào)節(jié)因子的靶基因Mapk14[6]。

2. circularRNA:circRNAs具有穩(wěn)定性、保護性和組織特異性的優(yōu)點[3]。目前已被證實許多circRNA在脂質(zhì)代謝調(diào)控和脂質(zhì)紊亂疾病中發(fā)揮作用[19]。例如circScd1通過JAK2/STAT5途徑,增加MAFLD中的肝細胞脂質(zhì)蓄積和肝脂肪變性脂質(zhì)沉積,是脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[20]。Zhu等[21]發(fā)現(xiàn),circH19在代謝綜合征患者血清中表達上調(diào),其缺失可促進人類脂肪干細胞的成脂分化?？傮w而言,目前關(guān)注circRNA和自身免疫性肝病的研究相對較少,需要進一步深入研究其作用機制。

3.Longnon-codingRNA:lncRNA的主要特點是具有較高的穩(wěn)定性,可在轉(zhuǎn)錄后水平對目標基因進行轉(zhuǎn)錄。目前,體外研究揭示了lncRNA在MAFLD中的作用。例如,敲除lncRNACCAT1可抑制肝脂肪變性,這表明CCAT1介導(dǎo)肝細胞中的脂質(zhì)積聚[22]。Guo等[23]研究表明,在MAFLD模型中l(wèi)ncRNAHOTAIR的水平上調(diào),且其上調(diào)顯著增加血液中甘油三酯(TG)和總膽固醇(TC)的水平。隨著研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn)lncRNA在脂質(zhì)代謝中充當(dāng)著調(diào)節(jié)因子的作用,故對lncRNA的深入研究可以幫我們更加認識其在MAFLD中的治療潛力。

(二)DNA甲基化與MAFLD DNA甲基化是導(dǎo)致MAFLD基因表達異常的主要表觀遺傳學(xué)改變之一[24]。其與基因啟動子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān),在維持正常細胞功能、遺傳印記、失活X染色體上的基因沉默和胚胎發(fā)育等方面發(fā)揮重要作用[25]。

多項研究分析了與MAFLD相關(guān)的全基因組甲基化變化,包括肝臟的脂質(zhì)代謝調(diào)控位點。研究發(fā)現(xiàn),干擾素調(diào)節(jié)因子6基因的啟動子由于高甲基化而下調(diào),不能有效抑制過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)及其靶點,從而引起體內(nèi)脂肪代謝的異常[26]。PPARγ啟動子區(qū)域的高甲基化與肝臟活檢中的嚴重纖維化相關(guān)[27]。其在區(qū)分健康與MAFLD/NASH、NAFLD與NASH以及纖維化與非纖維化方面具有重大潛力。

(三)組蛋白修飾與MAFLD 組蛋白是一個基本蛋白質(zhì)家族,其正電荷使它們與細胞核中的DNA結(jié)合,并幫助它們將其凝聚成染色質(zhì)。組蛋白修飾酶進行多種組蛋白化學(xué)修飾,影響特定DNA結(jié)合位點,導(dǎo)致特定基因的轉(zhuǎn)錄激活或沉默[28]。

組蛋白經(jīng)歷了各種乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化、蘇?；秃颂腔磻?yīng),其中乙?；驯粡V泛應(yīng)用[29]。Sirtuins是一種充當(dāng)NAD+依賴性脫乙酰酶的蛋白質(zhì),分為7類,與MAFLD發(fā)展最相關(guān)的是SIRT1和SIRT3。最近研究表明,SIRT1是肝臟脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的重要組成部分,它是過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)的激動劑配體,促進脂質(zhì)的氧化活性[28]。SIRT3缺乏導(dǎo)致PPARα中的DNA結(jié)合活性降低,從而減少PPARα激活分子的產(chǎn)生,促進脂肪酸氧化[30]。

二、 針對MAFLD表觀遺傳學(xué)靶點的干預(yù)手段

miRNAs、甲基化以及蛋白修飾構(gòu)成了人類MAFLD生物標志物的豐富來源。第一個用于治療丙型肝炎的抗miRNA藥物米拉維森是一種抑制miR-122的鎖定核酸[31]。G-101是一種寡核苷酸,被用于治療丙型肝炎病毒的新型抗miR-122[32]。上述藥物均處于臨床實驗階段,臨床尚無有效藥物干預(yù)靶標。目前除在肝細胞中高度富集的miR-122,還不能確定與MAFLD相關(guān)的其他生物標志物來源。因此,選擇潛在MAFLD生物標志物或干預(yù)靶點將是一個巨大挑戰(zhàn)。

(一) 中藥類 中醫(yī)藥具有多系統(tǒng)、多靶點的獨特功能,針對MAFLD病理機制能充分發(fā)揮它的綜合優(yōu)勢。黃連素主要從黃連中分離出來,它可以促進脂肪的分布,減少肝內(nèi)脂肪的含量,提高血清中的轉(zhuǎn)氨酶濃度。其作用機制是通過激活SIRT3/AMP激活蛋白激酶/乙酰-CoA羧化酶在肝臟細胞中的表達,從而引起脂肪變性的降低[33]。白藜蘆醇可通過減少脂肪生成和增加脂肪酸氧化來減少活性氧生成并下調(diào)脂質(zhì)積累[34]。綜上所述,中藥類化合物可以通過抗氧化、抗炎、降低肝組織的脂肪含量、抗纖維化等機制來防治MAFLD,具有較好的應(yīng)用前景,有望將其開發(fā)為臨床治療MAFLD的有效藥物。

(二) 激動劑與拮抗劑 核因子樣蛋白2(NRF2)具有抗炎、抗氧化的作用,并在一定程度上參與了脂質(zhì)代謝。梔子苷增加NRF2的水平并激活過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等抗氧化基因,從而降低肝細胞氧化應(yīng)激,抑制磷酸化-雷帕霉素復(fù)合物的機制靶點和固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c的磷酸化,導(dǎo)致脂肪酸合成減少[35]。大麻素受體CB1和CB2在2型糖尿病和MAFLD等疾病中過度表達。CB1的拮抗劑利莫那班降低了miR-466和miR-762在治療飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠的過度表達。在肝脂肪變性的情況下miR-466會過度表達,所以CB1拮抗劑對MAFLD的治療可能是有效的[36]。

(三) 抗氧化劑 活性氧增多引起氧化應(yīng)激導(dǎo)致的肝損傷是MAFLD病情發(fā)展的重要因素。姜黃素來源于植物姜黃的根莖,其可以通過抑制X-box結(jié)合蛋白1相關(guān)肌醇依賴酶1α和果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)氨酶表達,有效抑制蛋白O-連接乙酰葡糖胺修飾,進一步下調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,降低活性氧水平,從而改善脂質(zhì)積累[37]。未來可對其機制進一步研究,來確定其對MAFLD的治療潛力。

(四) 降脂降糖類藥物 二甲雙胍是雙胍衍生物。它可以降低血漿葡萄糖水平而不引起低血糖,并改善胰島素抵抗。二甲雙胍在NASH患者中的胰島素反應(yīng)性、膽固醇和轉(zhuǎn)氨酶水平上調(diào),這些變化影響了基因和表觀基因組的表達,此特性可用于MAFLD的治療[38]。

三、 MAFLD表觀遺傳學(xué)研究面臨的挑戰(zhàn)

隨著MAFLD研究的不斷深入,表觀遺傳學(xué)在其發(fā)病機制研究中扮演著越來越重要的角色。然而,MAFLD表觀遺傳學(xué)研究仍然面臨著許多挑戰(zhàn),主要包括以下幾個方面:

(一) 表觀遺傳學(xué)在實際研究中面臨的挑戰(zhàn) 實驗方法和技術(shù)的局限性:當(dāng)前的表觀遺傳學(xué)研究方法和技術(shù)尚存在一定局限。例如,在DNA甲基化研究中,高效液相色譜法可檢測全基因組中5mC含量,準確度高,但不能了解甲基化的位置信息;親和富集技術(shù)結(jié)合二代測序條件較溫和,靈敏度高,但不能提供單堿基分別率的DNA甲基化圖譜,這些可能影響研究結(jié)果的準確性。

盡管許多表觀遺傳學(xué)研究揭示了MAFLD患者中表觀遺傳標志物的異常改變,但這些改變與疾病發(fā)病機制之間的因果關(guān)系仍不明確。因此,如何通過實驗驗證這些表觀遺傳標志物在MAFLD發(fā)病過程中的具體作用仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

(二) 表觀遺傳學(xué)在臨床上面臨的挑戰(zhàn)

1.臨床樣本的獲取和處理:表觀遺傳學(xué)研究通常需要大量的臨床樣本,但肝組織樣本的獲取往往受到諸多限制。此外,樣本處理過程中可能存在不同來源、處理方法、保存條件等方面的差異,都會對結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化:盡管表觀遺傳學(xué)研究為MAFLD的診斷和治療提供了新的思路,但如何將這些研究成果應(yīng)用到臨床實踐中,實現(xiàn)對MAFLD患者的個性化治療,仍然面臨很多困難。

(三) 表觀遺傳學(xué)在其他方面面臨的挑戰(zhàn)

1.個體差異和環(huán)境因素的影響:表觀遺傳學(xué)研究中的結(jié)果受到個體遺傳背景、環(huán)境因素和生活方式等多種因素的影響。例如,環(huán)境化學(xué)物成分復(fù)雜,對機體產(chǎn)生的影響不但存在組織、器官特異性,還有明顯的時間-劑量依賴性和閾值,這在一定程度上增加了circRNA的研究難度。如何排除這些干擾,以便更準確地研究表觀遺傳學(xué)在MAFLD發(fā)病機制中的作用,是另一個挑戰(zhàn)。

2.表觀遺傳學(xué)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性:表觀遺傳學(xué)調(diào)控機制涉及DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等多種方式,它們之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系。如何在這些相互關(guān)聯(lián)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中確定關(guān)鍵節(jié)點和信號通路,以及如何揭示這些節(jié)點和通路在MAFLD發(fā)病過程中的作用,仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。

四、 MAFLD表觀遺傳學(xué)未來研究方向

MAFLD表觀遺傳學(xué)的未來研究方向?qū)⑸婕岸鄠€方面,主要包括:

(一) 表觀遺傳學(xué)在流行病學(xué)的研究方向 開發(fā)和優(yōu)化表觀遺傳學(xué)檢測方法:隨著表觀遺傳學(xué)技術(shù)的發(fā)展,未來研究需要開發(fā)更高效、敏感、經(jīng)濟的檢測方法,以提高實驗結(jié)果的準確性和可重復(fù)性。

1.開展多中心、大樣本、長期隨訪的研究:為了克服單中心研究中患者來源、樣本量和研究時間等方面的局限性,未來研究應(yīng)開展多中心、大樣本、長期隨訪的研究。這將有助于揭示表觀遺傳學(xué)在不同種族、地區(qū)和生活方式背景下的普遍性和精確性。

2.整合多組學(xué)數(shù)據(jù)進行研究:表觀遺傳學(xué)僅是影響MAFLD的眾多因素之一。為了更全面地了解MAFLD的發(fā)病機制,未來研究需要將表觀遺傳學(xué)數(shù)據(jù)與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等多組學(xué)數(shù)據(jù)進行整合分析,以揭示這些因素在MAFLD發(fā)病過程中的相互作用和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

(二) 表觀遺傳學(xué)在臨床應(yīng)用的研究方向 探索表觀遺傳學(xué)在MAFLD診斷和治療中的應(yīng)用:隨著對表觀遺傳學(xué)在MAFLD中作用的深入了解,亟需更加精確的檢測技術(shù)推動對DNA和RNA修飾的探索,將其應(yīng)用于病情的早期診斷、病程監(jiān)測和預(yù)后評估。此外,研究還應(yīng)關(guān)注針對表觀遺傳學(xué)調(diào)控的藥物,如DNA甲基化酶抑制劑、組蛋白去乙酰化酶抑制劑和非編碼RNA拮抗劑等,以期為MAFLD的治療提供新的策略。

(三) 表觀遺傳學(xué)在其他方面的研究方向

1.深入研究表觀遺傳學(xué)調(diào)控機制:為了揭示MAFLD發(fā)病機制,未來研究應(yīng)深入探討DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等多種表觀遺傳學(xué)調(diào)控方式在MAFLD中的作用及其相互關(guān)系。此外,研究還應(yīng)關(guān)注表觀遺傳學(xué)調(diào)控在脂肪代謝、炎癥反應(yīng)、肝纖維化等關(guān)鍵生物過程中的具體作用。

2.研究表觀遺傳學(xué)與基因-環(huán)境相互作用:表觀遺傳學(xué)調(diào)控與遺傳因素、環(huán)境因素及生活方式等多種因素密切相關(guān)。因此,未來研究應(yīng)關(guān)注這些因素如何通過表觀遺傳學(xué)途徑影響MAFLD的發(fā)生和發(fā)展,以期發(fā)現(xiàn)新的預(yù)防和干預(yù)策略。

五、 總結(jié)

近年來,MAFLD表觀遺傳學(xué)研究取得了顯著進展,揭示了DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等表觀遺傳調(diào)控機制在MAFLD發(fā)病過程中的關(guān)鍵作用。這些研究為深入理解MAFLD的發(fā)病機制提供了新的視角,并為其診斷和治療帶來了新的啟示。然而,目前對于表觀遺傳學(xué)在MAFLD中的作用及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的認識仍不完全,需要進一步開展系統(tǒng)的研究。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。