DNA甲基化修饰对血管疾病稳态失衡的影响

陈晓颖，叶华丹，洪青晓，周安楠，汤琳琳，段世伟



DNA甲基化修饰对血管疾病稳态失衡的影响

陈晓颖，叶华丹，洪青晓，周安楠，汤琳琳，段世伟

宁波大学医学院，浙江省病理生理学技术研究重点实验室，宁波 315211

自稳态平衡是机体生命活动的重要基础，在维持机体的正常生理功能中发挥重要作用。血管疾病中的稳态失衡受物理、化学、生物等内外环境改变及致病因素的影响，其中氧稳态、血流稳态、糖脂代谢稳态在内环境的影响中较为突出，由此引起的一系列表观遗传修饰将导致血管结构和功能的异常。表观遗传学中的DNA甲基化与血管疾病的发生发展密不可分。此外，5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)及N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenine, m6A)作为新的修饰碱基，将为表观遗传学研究提供新的思路。文章主要对DNA甲基化修饰变异在血管疾病稳态失衡方面的研究进展进行了阐述。

DNA甲基化; 血管稳态; 5hmC; m6A

“稳态”概念首先由法国生理学家克洛德·贝尔纳(Claude Bernard)提出。1932年美国生理学家坎农(Cannon W.)在《人体的智慧》一书中明确了内稳态理论，即人和动植物基本生理功能及机体内环境组成与特性相对动态恒定的生理状态。机体可以通过分子、细胞、器官和整体水平上复杂的协调和互作达到内环境平衡。血管是一个由内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞等构成的整合性器官，其稳态功能的平衡是机体生命活动的重要基础。各种物理、化学、生物等内外环境改变及致病因素的作用，均能造成血管稳态失衡，导致血管功能或结构的改变与损伤，并且带来一系列以血管病变为病理基础的相关疾病，如动脉粥样硬化、高血压、脑卒中、眼病、肾脏疾病等。由于近年来高通量技术的快速发展，表观遗传修饰作为基因表达的重要机制逐渐被人们所认识。DNA甲基化修饰导致血管相关基因转录失调，在血管功能维持平衡的过程中扮演重要角色，此外，RNA甲基化的修饰作用也逐渐成为血管疾病机制研究的热点。

1 影响血管稳态的微环境

血管微环境主要是指邻近组织细胞及其分泌的各种生长因子所组成的体内环境。微环境的稳定是保证细胞正常增殖、分化，代谢和功能活动的重要条件。血管在维持稳态平衡过程中，内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞等受代谢紊乱、血管活性物质(血管活性多肽、脂肪因子、脂质代谢分子、活性氨基酸及衍生物、气体信号等)、血流动力学等影响相互作用形成特殊的环境。血管稳态是指血管功能处于平衡状态，与血管内皮和平滑肌细胞密切相关[1]。

血管内皮的功能主要是屏障作用，其合成和释放的多种内皮衍生血管活性因子在血管的自稳态调节中起着重要作用。血管内皮细胞合成和释放的内皮源性舒张因子(前列环素、一氧化氮、内皮源性超极化因子等)能够维持血管的内环境稳定[2]。有研究表明，不同物质对血管稳态的影响不同，如前列环素能抑制血小板聚集和使血管扩张[3]；非对称性二甲基精氨酸能抑制一氧化氮合酶的活性，减少一氧化氮的生成，并生成超氧化物，导致内皮功能失调从而破坏血管稳态[4]；犬尿氨酸[5]以及S-亚硝基硫醇[6]代谢都有扩张血管、降低血压的作用；高盐[7]可增加血管张力，从而使血管稳态失衡。另外，氧化应激[8]、肾素-血管紧张素系统[9]、氧化低密度脂蛋白[10]、同型半胱胺酸血症[11]、内质网应激[12]以及内皮微颗粒[13]等因素能够直接或间接影响血管内皮和平滑肌的功能。

血管平滑肌细胞是构成血管壁组织结构及调节血管张力和血流量的主要细胞类型。与机体其它组织的成熟细胞相比，血管平滑肌细胞并非终末分化，其保留了一定的可塑性，可在不同的表型之间进行转换，分为收缩型和分泌型[14]。正常成人动脉血管的平滑肌细胞以收缩型为主，而当受到环境压力的影响，一部分血管平滑肌细胞可转化为分泌型，合成许多血管活性物质、生长因子及细胞外基质，刺激细胞的高度增殖和迁移，使得血管壁增厚并参与纤维斑块的形成，最终导致血管稳态失衡[14]。血小板衍生生长因子(Platelet-derived growth factor, PDGF)[15]、成纤维细胞生长因子(Fibroblast growth factor, FGF)[16]、赖氨酰氧化酶样1 蛋白(Lysyl oxidase-like 1, LOXL1)[17]、内皮素-1(Endothelin 1, ET-1)[18]、细胞因子干扰素γ(Interferon γ, IFN-γ)[14]等多种蛋白均与血管平滑肌细胞的稳态密切相关。有新的研究发现，血管平滑肌细胞通过线粒体自噬能够调节细胞结构和功能的变化，在动脉粥样硬化斑块中，可观察到典型的自噬现象[19]。

1.1 氧稳态对血管稳态的影响

氧稳态与血管稳态密切相关[20]。机体内，许多情况可造成整体或局部氧稳态失衡的环境，如心肌或脑组织缺血、肿瘤的快速生长、高海拔作业等。低氧诱导因子-1(Hypoxia inducible factor-1, HIF-1)是氧稳态的主要调节者，作为低氧诱导最重要的转录因子，其结合到特异性识别序列的启动子上，可激活转录[21]。HIF-1由α、β两个亚基组成，HIF-1α的稳定性受氧浓度的影响较大，该亚基的一个重要靶基因是血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，)，随着HIF-1α水平的升高，的表达上调[22]，从而形成大血管胚胎干细胞衍生的肿瘤，并损害血管功能，在肿瘤块内形成缺氧微环境[23]。到目前为止，已经发现超过60个基因的表达与HIF-1有关，其中大部分可直接或间接参与血管稳态失衡的过程[24]。有研究提示，血管内皮细胞对缺氧的反应中，ATP结合盒转运子A1(ATP-binding cassette transporter 1,)是最显著上调的基因之一[25]，HIF-1α可诱导该基因的表达[26]，提示该基因参与心血管疾病的发生发展。

1.2 血液稳态对血管稳态的影响

机体血液动力学微环境是血管稳态必不可少的重要调节因素，血压增高、血管局部狭窄所产生的湍流和剪切应力的变化通过影响血管平滑肌细胞的增殖和凋亡、内皮细胞的形态和功能、白细胞的黏附作用以及调节细胞外基质的合成、消除等方面，从而影响血管结构和功能的变化[27]。剪切应力还可以选择性调节许多基因表达，如血小板源性生长因子B()、细胞间粘附分子1(Intercellular adhesion molecule 1,)、组织型纤溶酶原激活剂(Plasminogen activator, tissue，)、转化生长因子β1(Transforming growth factor, beta，)等[28]，这些基因在维持血管壁功能中具有重要作用。此外，内皮细胞上的机械感受器分子能将外界的机械刺激转化为生化信号，目前已经发现的信号通路有Caveolae、受体酪氨酸激酶(Receptor of tyrosine kinase, RTK)、整合素家族分子(Integrins)，G蛋白和离子通道[29]。

1.3 糖、脂代谢对血管稳态的影响

糖、脂代谢紊乱易使机体发生氧化应激、炎症反应、血管舒缩功能异常及内质网应激的改变，导致心血管疾病、糖尿病和肥胖等代谢疾病的产生。相关核转录因子(过氧化物酶体增殖物激活受体、肝X受体、胆汁酸受体、孕烷受体等)以内源性小分子代谢产物为配体，调控糖、脂代谢相关关键基因的表达来影响基因转录激活或抑制。体内和体外实验研究已表明，高血糖环境可诱导机体内氧自由基的过量产生，使细胞内抗氧化防御系统受损，对细胞产生多种毒性作用，导致细胞数量及其功能和活力的降低，使血管内皮细胞功能受影响，提示高血糖环境对血管的稳态维持有影响[30,31]。胆固醇在动脉内膜中大量沉积，形成粥样物质，以及平滑肌细胞向内膜的迁移、增殖、大量分泌胶原形成纤维化，也会导致血管硬化[32]。

2 DNA和RNA甲基化修饰对血管稳态的影响

血管的表观遗传修饰已成为血管稳态研究的一个新热点，探索环境与遗传因素的相互作用，特别是血管相关的DNA(表1)及RNA受环境影响的甲基化修饰，有助于人们更全面地了解疾病机制。血管稳态失衡的原因非常复杂，目前已发现调节血管稳态的重要基因有VEGF 家族[33]、磷脂酰肌醇 3-激酶(PI3K-AKT)信号通路的FoxO 家族[34]、凋亡抑制因子2(Baculoviral IAP repeat containing 2,)[35]、细胞色素 P450[22]、浆膜蛋白 4(Reticulon 4,)[36]、过氧化物酶 II[37]、Delta样配体4(Delta- like 4,)[38]、组蛋白去乙酰化酶 7(Histone dea­ce­ty­lase 7,)[39]、弹性蛋白微原纤维界面因子1(Elastin microfibril interfacer 1,)[40]、转化生长因子-β()[41]、骨形态发生蛋白家族(BCL2/adenovirus E1B 19 kd-interacting protein family)[42]、重组人相关RAS病毒癌基因同源物(Related RAS viral (r-ras) oncogene homolog，)[43]、一氧化氮合成酶(Nitric oxide synthase,)与NO代谢相关的精氨酸琥珀酸裂解酶(Argininosuccinate lyase，)[44]基因等。

2.1 DNA甲基化

DNA甲基化修饰是指在 DNA 甲基转移酶(DNA methyltransferase, DNMTs)的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)为供体，将甲基(-CH3)转移至胞嘧啶的第5位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶(5mC)的过程。DNA甲基化形式多发生在CpG双核苷酸序列的胞嘧啶第五位碳上(C5)形成5mC，而启动子区域 CpG 岛形成的5mC在胚胎发育、基因组印记、基因沉默及基因表达中起了重要作用[45]。在哺乳动物中已经发现DNMT1、DNMT3a和DNMT3b3种催化酶。目前认为，DNMT1主要是维持DNA复制过程中甲基化的稳定性，而DNMT3a和DNMT3b属于从头甲基转移酶，有助于形成新的甲基化形成，并在胚胎发育的早期起作用[46]。目前有两种为人熟知的机制：其一，由于甲基化的DNA不能被一些转录因子所识别，使得这些转录因子不能结合到该基因的启动子区，从而抑制了转录；其二，DNA甲基结合蛋白识别甲基化的DNA，招募协同抑制因子使靶基因沉默。

表1 与血管稳态相关的基因DNA甲基化研究

注：(-)代表基因表达下调，(+)代表基因表达上调。

通过全基因组鸟枪法测序，动脉粥样硬化发病相关的差异甲基化CpG证实了基因参与内皮及平滑肌细胞的调控作用[47]，这些发现为更好地了解血管失稳态的分子机制提供了新的线索。研究表明，载脂蛋白E(Apolipoprotein E,)基因敲除小鼠在尚未出现动脉粥样硬化病变之前，在主动脉和外周血单个核细胞中就已经出现了DNA甲基化特征的改变，提示DNA甲基化谱的改变可作为血管功能失衡的早期标志[48]。

DNA甲基化修饰与氧稳态有关。研究发现，缺氧敏感性的增强与氧化应激的升高、基因编码抗氧化酶的表达降低以及促氧化酶表达的增加有关[20]，如靠近编码抗氧化酶超氧化物歧化酶2(Superoxide dismutase 2, mitochondrial，)基因的转录起始位点的CpG位点甲基化程度增加，基因编码SOD2的能力降低，从而影响低氧带来的血管稳态失衡[20]。低氧反应中可发现脐动脉内一氧化氮合酶3()启动子区域甲基化程度增加，而脐静脉内甲基化程度降低，说明缺氧还可以造成胎儿宫内生长发育受限，而胎儿生长迟缓与内皮功能障碍、心血管风险有关[49]。另外，长时间缺氧还会诱导心肌细胞发生纤维化，且相关基因的甲基化程度以及DNA甲基化转移酶(DNMT)也增加。DNMT可成为治疗心肌纤维化的靶点，因为DNMT抑制剂5-氮杂-2'-脱氧胞苷(5-Aza)会抑制TGF-β的促纤维化作用[50]。

DNA甲基化修饰与血流稳态有关。血管内皮位于血管壁和血液的界面，因直接与血流接触而持续受到血流剪切力的影响。研究表明，血液动力学的扰流与动脉粥样硬化的易感性相关，内皮Kruppel样因子4(Endothelial Kruppel-Like Factor 4，KLF4)是一种重要的抗内皮炎症的转录因子，血流动力学通过诱导内皮基因启动子CpG甲基化，抑制的转录，从而促进血栓生成及平滑肌细胞增殖[51]。动物实验证实，低剪切应力可降低/NO的表达，削弱血管内皮对危险因素的抵御作用，促进血管平滑肌细胞的移行、分化和增殖从而促进新生内膜的形成。Dunn等[52]发现，在内皮细胞中DNMT1在振荡剪切应力作用下表达增多，同时颈动脉血流紊乱可导致11个机械敏感基因(、、、、、、、、、和)高甲基化修饰。

DNA甲基化修饰与糖、脂代谢稳态有关。Ling等[53]研究发现，高血糖可诱导血管炎症相关基因(、等)的表观遗传学修饰，核因子κB(NF-κB)是一种结合血管炎症相关基因的转录因子，血糖控制不佳可增强单核细胞中NF-κB的活性从而使炎症反应增强，炎细胞浸润血管壁可造成血管损伤，包括内皮细胞及肌细胞坏死。对于糖尿病患者，其血液成分的改变将引起血管内皮细胞功能异常，从而使血-视网膜屏障受损，最终导致眼部病变。高血脂对血管稳态的影响有着重要意义，一定浓度的游离胆固醇能引起内皮细胞内来源于NADPH氧化酶的血管活性氧(ROS)升高，激活NF-κB，进而导致内皮细胞损伤[54]，NADPH氧化酶是血管细胞产生活性氧的主要酶，其相关亚单位的表达与血管稳态密切相关。脂质代谢相关的研究发现[11]，同型半胱氨酸(Hcy)诱导的脂代谢基因的高甲基化和乙酰辅酶A乙酰转移酶1(Acetyl-CoA acetyltransferase 1，)的低甲基化修饰，促使胆固醇逆向转运受阻，并在巨噬细胞中积累形成泡沫细胞，从而导致动脉粥样硬化的形成。低密度脂蛋白(LDL)容易诱导血管内皮功能障碍，通过下调内皮Kruppel样因子2()的启动子区域活动，导致内皮稳态失衡[55]。

2.2 DNA羟甲基化

近几年，除了对DNA甲基化的研究，DNA羟甲基化逐步开始有一些初步研究。DNA 羟基化主要是由于DNA被10-11 易位家族蛋白(Ten-eleven translocation，TET)进一步氧化形成了5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine，5hmC)。TET 酶在羟甲基化过程中为关键酶，TET家族蛋白包括TET1、TET2、TET3，这些都包含α-酮戊二酸和二价铁依赖性双加氧酶，在基因调控及基因表达过程中起了一定作用[56]。TET1负责在印迹调控区域积累 5hmC，而TET2则主要是将多功能性基因羟化[57]。

羟甲基化(5hmC)是甲基(5mC)羟基化的一种形式，5hmC是甲基化外的另一种重要的胞嘧啶修饰[58]。羟甲基化与甲基化相比有不同的功能，CpG岛甲基化与基因表达较低有关，而基因内部羟基化则与基因表达较高有关[59]。5mC通常会抑制基因的表达，而5hmC 则与基因表达的激活有关[60]。5hmC已被认为是去甲基化修饰的关键中间环节，或是作为染色质因子的一个信号[58]，其在胸腺嘧啶DNA糖基化酶(TDG)和去甲基酶的共同作用下，可通过碱基切除继而逆转DNA甲基化修饰[61]。其中重要的TET家族蛋白可以介导氧化作用，因为TET蛋白在二价铁离子与2-酮戊二酸依赖性氧化酶的共同作用下可以将5mC氧化[62]。

Song等[63]发现基因中5hmC 富集程度与低氧环境下的血管生成密切相关，TET蛋白催化5mC变成5hmC的过程需要氧分子[64]。敲除TET2可增加5mC水平，同时降低染色质与平滑肌细胞收缩相关基因(、、等)启动子区的结 合[14]。人体正常组织中5hmC分布存在差异性，脑组织中含量最高，心脏、乳腺含量最低[65]，5hmC通过改变DNA甲基化状态来阻止抑制基因和凋亡基因失活，5hmC水平的降低使得基因缺乏保护导致肿瘤发生，这同样对心脑血管疾病有着提示作用。

2.3 RNA甲基化

RNA甲基化也开始成为表观遗传修饰研究的一个新方向，其表现形式为N6-甲基腺嘌呤(N6-me­thyla­denosine, m6A)。1955 年研究细菌 DNA 时发现 m6A，因检测技术有限，m6A的机制不是很清楚。但随着检测技术的发展，目前发现m6A是发生在碱基第6位N原子上的甲基化，主要是通过 m6A甲基转移酶的作用使 S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的甲基转移到腺嘌呤的第6位N原子，是真核生物中最常见的一种 RNA 转录后修饰。研究发现高达20%的人类mRNA常规发生了甲基化，超过5000种不同的mRNA分子包含m6A，意味着这种修饰有可能广泛地影响了基因的表达模式[66]。m6A修饰主要发生在外显子区域和 3'-UTR 区域[67]，不仅影响mRNA加工或运输的效率，同时在基因的调节和表达方面起了一定的作用[67]。

最新研究发现，脂肪量和肥胖相关因子基因(Fat mass and obesity associated,)[68]、烷烃羟化酶同源5基因(AlkB family member 5, RNA demethylase，)[69]与m6A密切相关，这两个基因敲除会使mRNA的m6A水平增加。是肥胖症相关的重要基因，脂肪组织的生长离不开营养物质与氧的供应，而这需要通过增加脂肪组织中血管的数量及容量来实现，因此，脂肪生成通常受血管稳态的影响。肥胖风险基因编码一种能够逆转这种修饰的酶，可将mRNA中的m6A残基转换为普通的腺苷。携带突变的人会拥有过度活性的FTO酶，导致m6A低水平，并引起食物摄入和代谢异常导致肥胖[66]。可以通过它的6-羟甲基衍生物转化为腺嘌呤，在体外可以使m6A去甲基化[70]。m6A甲基化沉默显著地影响基因表达和选择性的剪接模式，影响对P53信号传导途径和细胞凋亡的调节[71]。

3 DNA甲基化在血管疾病中的表现

3.1 冠心病

DNA甲基化修饰变异与冠心病之间密切相关。DNA异常甲基化受到高胆固醇、缺氧、吸烟等血管危险因素的影响，通过诱导血管稳态失衡，促进心血管疾病的发生发展。研究证实，营养和环境暴露通过形成高血压危险因素在孕期[72]或饥饿[73]期间影响基因表达的甲基化修饰。动脉粥样硬化(Atherosclerosis, AS)是冠心病的始动病因，大量研究表明，DNA的异常甲基化与AS的发生密切相关。已知雌激素通过与特异性受体结合有保护心血管的作用，AS患者中血管平滑肌上雌激素受体α(Estrogen receptor，)基因的启动子CpG岛存在异常高甲基化，导致基因沉默，高血浆Hcy可导致甲基化程度增高，参与AS的病变和发展[74]。Zhu等[75]发现单羧酸转运蛋白3(Monocarboxylate transporters 3，)基因第二外显子区CpG岛的甲基化效应抑制了基因的转录，使血管平滑肌细胞增殖及纤维沉积，从而加重动脉粥样硬化程度；Friso等[76]发现冠心病患者的外周血单核细胞中凝固因子VII(Coagulation factor VII，)启动子区甲基化水平降低，可作为预测特定表型冠心病的标志物。此外，细胞外超氧化物歧化酶(Extracellular superoxide dismutase,)基因的高甲基化状态促进氧化应激，增加心血管患病风险[77]。诱导型一氧化碳合酶()基因启动子区域的高甲基化CpG可促进动脉粥样硬化的进展[78]。冠心病患者中还表现出免疫相关的叉状头转录因子(Forkhead box P3,)基因表达下调[79]，骨形态发生蛋白3()基因的上调和谷胱甘肽S 转移酶(Glutathione S-transferase pi 1,)的下调[42]。

目前还发现，XV型胶原α1(Collagen type XV alpha 1，)基因的低甲基化发生在血管平滑肌细胞的增殖过程，通过增强基因的表达影响平滑肌细胞的表型，并促进动脉粥样硬化形成[80]；成纤维细胞生长因子2()基因的甲基化在同型半胱氨酸诱导下，表达降低[81]；15-脂氧合酶(Arachidonate 15-lipoxygenase,)基因启动子高甲基化的细胞模型表达有助于平滑肌细胞迁移，通过炎症反应破坏血管稳态[82]；组织因子途径抑制物2(Tissue factor pathway inhibitor 2,)基因表达与平滑肌细胞、内皮细胞和巨噬细胞，其甲基化模式的改变也将影响血管稳态[83]。冠心病的发病机制十分复杂，目前DNA甲基化修饰在该领域的研究仍处于探索阶段。

3.2 高血压

高血压的发病机制和病变过程相对复杂，异常DNA甲基化修饰可参与某些高血压候选基因的表达，最终导致血压的发生与发展。越来越多的证据表明，代谢酶基因(Hydroxysteroid (11-beta) dehydrogenase 2)和(Endothelin converting enzyme 1)及受体基因(Angiotensin II receptor, type 1b，)等通过甲基化调控参与了原发性高血压的发生发展。高甲基化的和基因启动子区低甲基化或去甲基化均会导致高血压的发生[84]。血浆Hcy水平增高会引起平滑肌细胞DNA去甲基化，进而诱发、内皮素转换酶()等基因的去甲基化，通过肾素-血管紧张素-醛固酮等系统影响血压的变化[85]。在自发性高血压大鼠(SHR)实验中还发现了编码Na+-K+-2Cl-协同转运蛋白1的基因，其启动子区域的甲基化水平降低，导致表达下调，改变膜离子的通透性[86]，说明甲基化可参与全身血压的调节。在中国人群中，过氧化物酶体增殖物活化受体γ(Peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)基因多态性与原发性高血压病相关[87]，PPARγ在心血管平滑肌细胞、内皮细胞、视网膜等组织细胞中呈低水平表达。启动子区的甲基化程度在不同细胞模型中的差异较大。在来源于人脂肪组织的间充质干细胞中，呈现低甲基化状态(甲基化程度8%~23%)，在脂肪生成过程中尽管个别CpG位点发生了去甲基化，仍保持着稳定的低甲基化状态；来源于人骨髓和肌肉组织的间充质干细胞也同样保持着低甲基化状态[88,89]。Riviere等[90]研究了体细胞血管紧张素转换酶(Angiotensin I converting enzyme，)基因启动子区甲基化的调控作用，sACE可将血管紧张素I催化为更具血管收缩性的血管紧张素II，通过高甲基化修饰与抑制基因转录，影响高血压的发病过程。Senanayake等[91]研究发现，经治疗后的高血压大鼠，其全基因组 DNA 甲基化由低水平升到正常水平，提示全基因组DNA甲基化水平与高血压的发病机制密切相关。

另外，盐敏感性对血压存在遗传易感性，其候选基因包括Na+-K+-ATP酶(钠泵)基因、a-adducin基因、胰岛素受体β亚单位基因、激肽释放酶—激肽系统(KKS)通路的部分基因、可溶性鸟苷酸环化酶()基因等。近80%的CpG岛对暴露于高盐饮食有差异性甲基化反应，通过对Dahl盐敏感大鼠肾外髓5hmC和5mC进行单核苷酸分辨率，发现高水平的5mC具有较低的mRNA富集，与此相反，高水平的5hmC具有高表达性[92]。

3.3 脑卒中

脑卒中是发病率、死亡率、致残较高的疾病之一。近年来，缺血性脑卒中发病中的表观遗传机制成为研究的新方向，其中DNA甲基化与脑卒中的研究较多。研究表明，缺血性脑卒中患者基因启动子区甲基化程度明显升高，并且甲基化程度与颈动脉硬化程度、外周血HCY浓度相关[93]。脑缺血再灌注损伤的机制包括自由基机制、细胞内钙离子超载机制、兴奋性氨基酸机制、一氧化氮和炎症反应机制等。脑梗死的危险因素主要有年龄、高血压、糖尿病、高同型半胱氨酸(Hey)血症、血脂紊乱、吸烟、缺乏运动、肥胖等，这些均可增加ROS的产生，导致生物可用的一氧化氮(Nitric oxide，NO)减少，最终使血管内皮失去正常功能。Kelly等[94]发现，当机体缺乏对于DNA甲基化异常重要的亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)时，脑梗死的发病率呈明显升高趋势。血小板反应蛋白-1(Thrombospondin 1，TSP-1)是一种有效的血管生成抑制因子，参与了血小板聚集、血管形成和肿瘤形成，研究发现甲基化水平增高，其编码的mRNA表达下降，导致脑缺血后血管生成[95]。

3.4 其他疾病

血管疾病的表观遗传修饰还表现于肾、肺、视网膜等组织中。鼠肾组织内CpG二核苷酸C碱基处的DNA甲基化模式发生改变，并伴随DNA甲基化酶、RNA 聚合酶的活性下降，但在1型糖尿病患者中，糖尿病肾病相关基因(Unc-13 homolog B)则出现了DNA高甲基化[96]，可见 DNA 甲基化在糖尿病血管病变中的作用方式相当复杂。在小鼠模型中发现，肾脏中DNA 5hmC及基因的表达会影响缺血再灌注损伤，(Chemokine (C-X-C motif) ligand 10)和(Interferon gamma receptor 2 (interferon gamma transducer 1))基因启动子区域5hmC富集减少，这可能有助于在肾脏缺血再灌注损伤过程中基因转录的调控[97]。

慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者肺组织(B-cell CLL/lymphoma 2)基因启动子区发生异常甲基化，位于-127 bp的CpG中的C位点为异常甲基化好发部位，吸烟可能通过诱发基因启动区异常甲基化，从而影响BCL-2蛋白表达，进而参与COPD患者肺血管内皮细胞凋亡[98]。

视网膜新生血管的形成是一个复杂且有多种因子参与的过程[99]。增殖型糖尿病性视网膜病变、早产儿视网膜病变和视网膜中央静脉阻塞等病变均存在视网膜组织的缺血、缺氧，继而释放过量的血管内皮生长因子(VEGF)，导致视网膜新生血管失稳态。研究表明，β3-肾上腺素受体(Adrenoceptor beta 3, ADRB3)在视网膜血管内皮细胞表达，氧化应激和细胞凋亡与其启动子甲基化的程度成反比，表明甲基化的损失可能是由于氧化应激诱导的DNA损伤[100]。

4 结语与展望

以血管功能及结构异常为病理基础的血管疾病是当前威胁人类健康的重要疾病，寻找其分子机制的靶向治疗已成为学科研究的重点。已知低氧可诱导细胞内DNA出现差异性甲基化修饰，血流动力学可以选择性调节多种基因表达，表观遗传修饰与糖脂代谢有着密切的关联。然而，现今对DNA和RNA的甲基化，特别是5hmC和m6A的研究尚不够深入。由于血管功能调控的分子机制复杂，影响因素众多，人们对其调控网络的认识还远远不够。因此，相应的检测技术有待提高。通过多种组织的血管内皮及平滑肌细胞，开展DNA及RNA表观修饰/表达的影响实验，利用甲基化芯片、5hmC DNA免疫共沉淀和m6A RNA免疫共沉淀的高通量测序平台，研究DNA去甲基化对基因表达的影响以及基因表达与各类表观遗传修饰(组蛋白修饰、非编码RNA调控)之间的关系，建立起与血管稳态相关细胞系中 DNA/RNA 甲基化的功能数据网络，以便在疾病风险的预测能力上进行系统评估。

另外，DNA和RNA甲基化作为血管疾病新的诊疗工具，利用其修饰上的可逆特性，有助于人们寻找有效的干预靶点。目前，已证实了DNA甲基化转移酶抑制剂5-氮杂胞苷(5-azacytidine)和地西他滨(Decitabine)在临床试验中的有效性，期间还发现一些治疗药物具有一定的去甲基化作用，但由于这类药物的作用机制尚不明确，在很大程度上限制了临床应用。虽然目前有很多问题亟待解决，但表观遗传学修饰，特别是5hmC和m6A，将有望成为新的用于血管相关疾病的早期诊断表观遗传标志。

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(责任编委: 朱卫国)

The effects of DNA methylation on the homeostasis in vascular diseases

Xiaoying Chen, Huadan Ye, Qingxiao Hong, Annan Zhou, Linlin Tang, Shiwei Duan

Homeostasis is fundamental to maintain normal physiological functions in our body. Internal and external physical, chemical and biologial changes can cause dysregulation of vascular homeostasis, which is closely associated with the homeostasis of oxygen supply, blood transportation and lipid metabolism. Subsequent epigenetic modifications are able to lead to abnormal structures and function of vessels. DNA methylation has been shown to play a vital role in the development of vascular diseases. In addition, 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) and N6-methyladenine (m6A), as new epigenetic modifications, provide additional clues for vascular diseases. In this review, we summarize the effects of DNA methylation on the homeostasis dysregulation in the vascular diseases.

DNA methylation; vascular homeostasis; 5hmC; m6A

2014-09-29;

2014-12-18

国家自然科学基金项目(编号：31100919)，浙江省自然科学基金杰出青年项目(编号：LR13H020003)和浙江省自然科学基金学术交流项目(编号：LS14H26001)资助

陈晓颖，硕士研究生，专业方向：遗传学。E-mail: cxywzmc@163.com

段世伟，博士，研究员，研究方向：遗传学。E-mail:duanshiwei@nbu.edu.cn

10.16288/j.yczz.14-327

2015-1-15 10:05:59

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20150115.1005.001.html