表观遗传学与非酒精性脂肪肝病的研究进展

刘丽雅(综述)，洪振丰(审校)

(福建中医药大学中西医结合研究院，福州 350122)

非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指无大量饮酒而出现肝实质细胞脂肪变性和脂肪贮积为特征的肝病综合征，包括单纯性脂肪肝、脂肪性肝炎、脂肪性肝纤维化和肝硬化。近年来随着人们生活水平提高，生活习惯和饮食结构的改变，NAFLD的发病率呈逐年上升趋势。流行病学研究显示，NAFLD已成为全球常见的慢性肝脏疾病之一，影响全球20%～40%的人类健康[1]。我国患病人数较10年前增长近一倍，尤其在我国发达城市(如北京、上海、广州等)，发病率高达10%～25%，接近于一些发达国家[2-3]。研究指出20%的NAFLD可进展为肝硬化，其中30%～40%患者死于肝相关性疾病，部分患者发生亚急性肝衰竭和肝癌[4]。近年来，随着NAFLD发病机制研究的不断深入，表观遗传学与NAFLD之间的关系日益受到人们的关注。研究表明，与NAFLD发病机制相关的脂肪细胞合成与分化、脂肪代谢与转运、胰岛素抵抗、炎性因子等多方面均受表观遗传学广泛调控。其调控的关键分子机制主要有DNA甲基化、组蛋白修饰和微RNA(microRNA，miRNA)等。

1 DNA甲基化与NAFLD

DNA甲基化是目前表观遗传学中研究较为深入的一种调控机制。在DNA甲基化过程中，胞嘧啶突出于DNA双螺旋并进入与胞嘧啶甲基转移酶结合部位的裂隙中，该酶将S-腺苷甲硫氨酸的甲基转移到胞嘧啶的5′末端，形成5-甲基胞嘧啶[7-9]。DNA甲基化是一种不改变DNA序列的可遗传的基因修饰作用。高等生物的DNA甲基化一般发生在鸟嘌呤二核苷酸上(CpG岛)，CpG岛的甲基化可直接导致相关基因的沉默。DNA甲基化在NAFLD发病机制中起一定作用。

过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferator-activated receptor alpha，PPARα)在肝脏中起脂质感受器的作用，可调节肝脏的脂肪酸氧化过程，该受体的另一个亚型PPARγ，与脂肪细胞的分化、胰岛素抵抗和血糖调节关系密切。Yideng等[10]研究表明，同型半胱氨酸能诱导PPARα、PPARγ DNA甲基化，从而抑制PPARα、PPARγ的表达。同时，Fujiki等[11]在观察高脂饮食引起的肥胖大鼠中，发现去甲基化后的PPARγ基因可引起脂肪细胞的分化增强及肥胖的发生，表明DNA甲基化使脂肪细胞特异性基因的表达发生改变。NAFLD作为代谢综合征的一种特定的表现形式，在发育过程中受到DNA甲基化的调控。van Straten等[12]观察小鼠后代中低甲基化的肝脏X受体可引起胆固醇和脂肪酸代谢中蛋白质合成抑制，以调节肝脏脂质平衡。

最新研究表明，线粒体功能障碍参与了NAFLD发病机制的进展[13-15]。Pirola等[16]通过研究肝脏线粒体DNA胞嘧啶的指定区域的线粒体基因组，如位移环(D环)、线粒体编码的NADH6脱氢酶和细胞色素C氧化酶I的DNA甲基化水平，证明NADH6脱氢酶在NAFLD水平较单纯性脂肪肝水平呈现明显高甲基化，细胞色素C氧化酶Ⅰ、D环与疾病的程度无明显关联，因此NADH6脱氢酶的甲基化水平与NAFLD的病理严重程度呈正相关。 此外，DNA甲基化在调节葡萄糖的重要基因动态平衡中起到关键作用。胰岛素基因启动子的去甲基化可增加胰岛素的产生。同时，甲基化的胰岛素2启动子与甲基CpG结合蛋白2结合，引起胰岛素基因的沉默，从而抑制胰岛素的产生[17-18]。在特定CpG岛的葡萄糖转运蛋白4的高度甲基化也可导致脂肪细胞的分化增强[19]。因此，DNA甲基化的改变可引起脂质代谢通路相关基因的表达，在高脂饮食等因素诱导肝脏脂肪沉积中起一定作用。

2 组蛋白修饰

组蛋白修饰是指组蛋白的N末端通过共价修饰作用发生乙酰化、甲基化、泛素化以及磷酸化等翻译后的修饰[20-21]。这些修饰的信息构成了丰富的组蛋白密码，其中以乙酰化研究最多。

组蛋白乙酰化是通过组蛋白乙酰基转移酶修饰N末端保守的赖氨酸残基上，使局部DNA与组蛋白八聚体的紧密缠绕被解开，各种转录因子与DNA特异调控元件相结合，促使基因发生转录；组蛋白去乙酰基酶则降低了组蛋白的乙酰化水平，使染色质紧缩，DNA与组蛋白八聚体的缠绕更加紧密，限制了转录因子与调控元件的结合，抑制转录的发生。因此，组蛋白乙酰化促进转录，增强转录因子的活性，去乙酰化抑制转录，减弱了转录因子的活性[22-24]。

高脂饮食引起NAFLD的发生，其分子机制与关键基因的组蛋白修饰密切相关。Aagaard-Tillery等[25]在对灵长类动物进行的一项产前高脂饮食的研究中发现，胎儿肝脏中组蛋白H3的赖氨酸 lysine 14乙酰化水平升高以及组蛋白去乙酰基酶1基因和蛋白表达活性均降低，其可能是引起NAFLD发病率升高的原因之一。Knutson等[26]发现特异性剔除新生小鼠肝脏内组蛋白去乙酰化酶3影响糖脂代谢等相关基因的表达，如增加PPARγ2的表达及调节脂质、胆固醇合成基因(如肝X受体、视黄醇类X受体及乙酰辅酶A羧化酶等)的表达，从而破坏肝脏代谢的动态平衡。若给予小鼠PPARγ拮抗剂干预能部分逆转肝脏脂质的沉积。

此外，组蛋白的其他修饰方式也同样受到关注。Jun等[27]通过DNA芯片技术分析得出高脂饮食喂养的载脂蛋白E2小鼠约70%总基因水平发生显著改变，通过相应通路的分析，得出肝内脂质蓄积导致组蛋白H3的赖氨酸 lysine 9和 lysine 4的甲基化水平发生异常，引起PPAR α及肝脏脂质代谢网络相关基因的信使RNA(mRNA)表达降低。

3 miRNAs与NAFLD

miRNAs是表观遗传学领域研究的热点和难点。miRNAs指一大类广泛存在于真核生物中的19～22个核苷酸所组成的小分子非编码RNA。其作用通过与靶mRNA的3′端非翻译区结合抑制或降解其表达从而发挥其生物学功能。在核内miRNA基因经RNA聚合酶Ⅱ转录，产生初级miRNA，由一个5′端帽、至少一个约70个核苷酸的发夹结构和一个3′poly(A)尾组成。转录后，RNaseⅡ drosha及其辅助因子DGCR8(DiGeorge syndrome critical region gene 8)将初级miRNA加工成前体miRNA，并剔除5′端帽、3′poly(A)尾和侧翼发夹结构的序列。前体miRNA在转运蛋白5的作用下由核内转到胞质中。在细胞质，前体miRNA由另一种RNase Ⅲ Dicer进一步加工处理，产生短双链RNA片段(即成熟的miRNA链和其互补的miRNA链)。由于非对称热稳定性,成熟的miRNA链优先与其他蛋白质一起组成RNA诱导沉默复合,靶向作用内源性mRNA使其沉默。miRNA与靶mRNA在种子区域(2～8个核苷酸位置)之间的完全和部分互补性结合,引起靶mRNA的降解或者翻译抑制[28-30]。

据推测，人体中有多达1000个不同的miRNAs，调控至少30%的基因表达[31]。通常一个靶基因可以被多个miRNAs协同调控调节，同时一个miRNA也可以调控多个靶基因[32]。作为基因调控网络中的核心成分，miRNAs广泛调节脂肪细胞分化、脂肪代谢、胰岛素抵抗等复杂过程[33-35]。其相关的miRNAs主要有miR-122、miR-103/107、miR-34a、miR-21等，其中以miR-122研究最为广泛。

miR-122为肝脏中特定的miRNA，在受精后12.5 d即可检测到其表达；表达水平在出生后以一种相当缓慢的方式升高至肝脏总miRNA的70%，提示miR-122是调节肝脏的最重要miRNA[36-37]。大量研究显示，miR-122在正常肝脏中高表达，在NAFLD中低表达。Jin等[38]采用miRNA的表达芯片及茎环反转录聚酶链反应技术分析高脂饮食诱导大鼠NAFLD模型上检测肝脏miRNA表达情况，发现37个相关miRNA表达上调，28个相关miRNA表达下调，miR-29c和miR-122在整个NAFLD进展中下调较为明显，主要参与胰岛素抵抗和脂质代谢相关基因的调节，并在脂肪肝的整个疾病进展中起着重要作用。Esau等[39]通过对正常小鼠采用反义寡核苷酸技术体内抑制miR-122的方法，检测发现肝脏功能受损，胆固醇合成降低，证明miR-122在调节脂质代谢、维持肝脏正常功能上起着重要作用；在高脂饮食的小鼠模型中运用上述方法抑制miR-122的表达，发现肝脏脂肪变性显著改善，血胆固醇水平下降，参与脂肪酸合成和氧化应激相关基因(脂肪酸合成酶、乙酰辅酶A羧化酶、硬脂酰辅酶A去饱和酶等)的表达均有所下降，提示miR-122可能是一个成人肝脏的胆固醇和脂肪酸代谢的关键调节因子。综上所述，miRNA在NAFLD发病进程中发挥着重要的调节作用。

4 展 望

NAFLD作为一类遗传-环境-代谢应激相关性复杂性疾病，其发病受到遗传、环境、免疫、营养等多因素的影响，相关机制的明确及阐释仍处于研究阶段。表观遗传学的出现为研究者开辟了新的研究方向，最大意义在于它具有可逆性。从表观遗传学DNA甲基化、组蛋白修饰、miRNAs的水平上来阐释与NAFLD发病相关的脂肪细胞分化、脂肪代谢、胰岛素抵抗等基因表达的调控，可能成为早期诊断及靶向治疗的前提条件，为新药创制及二次开发提供理论基础，为NAFLD在临床上治疗提供有力佐证。

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