DNA甲基化在高血压病中的研究进展

白丛霞综述，陈敬洲审校

高血压（hypertension）是一种以动脉血压升高为主要症状的临床综合征，由复杂的遗传和环境因素相互作用[1]。全球超过十亿人患有高血压病[2]，其中我国患病人数高达2.7亿[3]，高血压是中风、慢性肾功能不全、心肌梗死的主要危险因素。尽管我们在理解高血压的病理生理学机制，实现更有效的治疗和预防策略上取得了很大的进步，高血压仍然是世界最大的公共健康问题之一[4]。高血压主要通过促进心血管疾病的发生影响大众健康，比如心肌梗死、慢性心力衰竭和中风[5]。高血压是多基因疾病，没有单一的病原体，其表型受遗传和环境因素的共同影响。环境因素可通过表观遗传修饰改变个体患高血压的风险。越来越多的研究表明[6-9]，表观遗传修饰和基因的易感性在高血压的发展中起着同等重要的作用。表观遗传修饰是一种重要的生物学过程，这种现象无法用经典的孟德尔遗传定律解释。迄今为止报道已发现的生物标志物只具有微小的影响，仅能解释微小部分的表型差异，几乎没有证据可用于高血压的表观遗传调控[10]。因此，认识表观遗传学在高血压病发展中的具体作用机制，可能为高血压的治疗提供新的思路。

表观遗传学是指通过调节基因的表达来改变遗传物质，而DNA序列本身没有变化[11]。换句话说，表观遗传学是从染色体和染色体组学的角度分析人类基因组和DNA序列，包括DNA甲基化、染色质组蛋白修饰等[12]。表观遗传修饰是由多种因素引发的，包括胎儿和儿童生长中的环境因素、化学因素、年龄、饮食习惯、使用毒品和一些处方药等[13]。其中，DNA甲基化尤为引得注意。研究显示[14-16]，DNA异常甲基化在结肠直肠癌、乳腺癌、冠状动脉疾病和精神分裂症等疾病的发生和发展中起着重要作用，并在高血压患者中观察到DNA甲基化水平显著下降，随着高血压的进展，趋势仍在继续[17]。

1 DNA甲基化的概念

DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的作用下，S-腺苷-L-甲硫氨酸的甲基与胞嘧啶环上第5位碳原子结合时，发生表观遗传学DNA甲基化修饰，形成5’甲基胞嘧啶（5 mC）[18]。DNA甲基化是一种稳定的表观遗传标记，常发生在哺乳动物细胞中一个特定的二核苷酸位点，此位点易于进行这种修饰，称为CpG岛。CpG岛是一些具有5’-CpG-3'短的高频重复的DNA序列[8]，“p”表示连接胞嘧啶和鸟嘌呤核苷酸的磷酸酯键。CpG岛位于启动子区域，大约40%的基因在5'末端区域（启动子区、非翻译区和第一外显子区）含有CpG岛。基因组的其余部分（基因间和内含子区域）分布较少。在健康的体细胞中，除了启动子区域的CpG岛在某种程度上被保护使其不被修饰[18]，高达90%的CpG岛被甲基化。非CpG岛DNA甲基化也会影响DNA-蛋白质的相互作用、基因表达、染色体的结构和稳定性[19]。启动子区DNA甲基化与蛋白质编码基因的转录沉默相关，从而调节蛋白质的功能[20]。最初的DNA甲基化的研究集中在高血压与5’甲基胞嘧啶整体水平的关联分析，近年来的研究主要集中在特定DNA序列的甲基化。

2 肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAS）相关基因甲基化与高血压

RAS是体内调节血压的重要机制[21]，其中血管紧张素Ⅱ（Ang Ⅱ）扮演着重要的角色，通过介导血管紧张素Ⅱ受体（ATR）使外周小动脉收缩，醛固酮分泌增加，血压升高[22]。ATR基因活化状态的改变，对个体潜在发展为高血压具有明显的影响。这种效应已经在动物模型中进行了广泛的测试，母体低蛋白（MLP）大鼠肾上腺中血管紧张素Ⅱ型1b受体（ATR1b）基因启动子区的低甲基化，上调肾上腺中ATR1b基因的表达，该受体蛋白表达增加，增加了肾上腺对血管紧张素的反应性，通过增强盐敏感性促进血压升高[23]。类似地，当在自发性高血压大鼠（SHR）和正常对照Wistar Kyoto大鼠（WKY）中分析血管紧张素1a受体（ATR1a）的表达模式时，SHR在第20周时ATR1a的表达显着增加。Bisrof测序显示，与WKY对照组相比，SHR主动脉和肠系膜动脉内皮细胞的ATR1a启动子区甲基化程度随年龄升高逐渐降低[24]，表明SHR中的ATR1a表达升高与ATR1a启动子的低甲基化有关，并可能在维持高血压方面发挥作用。

另外，血管紧张素转换酶（ACE）是RAS系统催化血管紧张素Ⅰ（Ang Ⅰ）转化为Ang Ⅱ的关键酶，使血管进一步收缩，也可使舒张血管的缓激肽水解失去活性，从而升高血压。研究发现，RAS成分在哺乳动物的脑中表达，可在许多疾病中发生改变[25]。据报道，孕妇在怀孕期间蛋白质缺乏会增加血管紧张素原和ACE mRNA的表达，降低ATR mRNA表达，但血管紧张素原蛋白表达并未改变，且ACE和ATR表达降低[26]。这些变化与ACE基因启动子区域中CpG岛的低甲基化有关。研究结果表明RAS基因的低甲基化，如ACE可能有助于增加血管收缩物质在高血压状态的循环水平，与原发性高血压和认知缺陷有关，导致子代易患高血压和认知缺陷[26]。Rangel 等[27]研究发现，6～12岁低体重出生儿ACE 基因启动子区甲基化水平与ACE活性及收缩压均呈负相关。ACE基因甲基化的改变可能在AngⅡ依赖性途径调节血压中起到重要作用。

3 11β-类固醇脱氢酶-2（11β-HSD-2）基因甲基化与高血压

11β-HSD-2是一种主要表达在外周血单核细胞和肾上腺等部位的微粒体酶。皮质醇是主要的盐皮质激素，可通过11β-HSD-2降解成可的松，从而防止盐皮质激素受体过度刺激，皮质醇失活限制了肾脏中钠的再吸收速率，进一步限制血容量扩大和血压升高。皮质醇和醛固酮与盐皮质激素受体具有相同的亲和力，但由于浓度不同，其循环浓度比醛固酮高100～1 000倍[13]，皮质醇在肾脏水、钠的重吸收过程中发挥着更大的作用，因此，在调节动脉血压中具有重要的作用。研究发现11β-HSD-2基因启动子区域高甲基化时，11βHSD-2的表达下降，导致11β-HSD-2介导的皮质醇与可的松的降解被破坏[28]，产生高盐皮质激素状态，从而引起血压升高[29,30]。11β-HSD-2启动子区高甲基化与经糖皮质激素治疗的患者高血压相关，与皮质醇代谢物四氢皮质醇（THF）和四氢可的松（THE）的比率呈正相关，高的THF/THE比例或11β-HSD-2表达抑制将导致皮质醇过度刺激盐皮质激素受体，并介导血管加压素反应，这些反应与盐敏感性高血压有关[29]。据报道[28]，已经诊断出原发性高血压的个体具有11β-HSD-2启动子高甲基化和尿THF/THE升高等特征，表明11β-HSD-2基因的甲基化在高血压发病机制中的具有重要的作用。

4 Na+-K+-2Cl-运转蛋白（NKCC1）基因甲基化与高血压

NKCC1是位于细胞膜上的离子通道转运蛋白，直接参与液体和电解质的转运，从而参与动脉压的调节[8]。NKCC1由NKCC1（Sic2a2）基因编码，介导Na+、K+和Cl-进出细胞的运输[31]。离子流动的变化与高血压有关，特别是在高血压血管平滑肌细胞中Na+、K+和Cl-过多的、被动性的流入，导致离子代谢紊乱。动物实验研究发现，在SHR主动脉和心脏中NKCC1基因启动子区低甲基化，导致NKCC1表达增加，与血压升高呈正相关[31]。同样的研究证实[32]，WKY和SHR在不同时间段内，通过给予布美他尼（NKCC1抑制剂）以及检测NKCC1 mRNA和蛋白的表达对剂量反应曲线的抑制作用，发现在5周龄的SHR与年龄匹配的WKY之间是相当的，但在18周龄的SHR中，与之在年龄匹配的WKY NKCC1启动子区的甲基化水平随着年龄增长而增长，而在高血压发展后的SHR中，NKCC1启动子区大部分保持低甲基化，NKCC1表达上调，从而使血压升高。这些数据为NKCC1的作用机制提供了新的见解，可能有助于发展高血压。

5 α-内收蛋白（ADD1）基因甲基化与高血压

ADD1可调节多个转运蛋白和离子泵的表达，从而调节细胞信号转导和细胞离子迁移[33]。在肾小管中发现ADD1蛋白参与细胞信号转导，参与影响Na+运输系统中其他因素的调节，如阴离子交换剂，上皮Na+通道和Na+-K+-Cl-在细胞的腔内部分共转运。因此，ADD1被认为是高血压的候选基因。Kundu等[34]使用亚硫酸氢焦磷酸测序技术，在33例高血压病例和28例健康对照中测定了ADD1启动子区5种CpG二核苷酸位点DNA甲基化水平，发现高血压组ADD1 启动子区甲基化显著降低，且女性中显著高于男性。进一步分析显示，CpG1低甲基化与女性高血压风险增加有关，CpG2-5低甲基化与男性高血压风险增加更相关。CpG1甲基化与女性年龄呈负相关，绝经后妇女的ADD1 CpG1和CpG2-5甲基化水平明显低于绝经前女性。ADD1基因启动子区低甲基化，基因表达上调，介导的钠钾泵活性增高，水钠潴留，血容量增加，从而升高血压[35]。因此，ADD1基因启动子区低甲基化会增加高血压的患病风险。

6 全基因组DNA甲基化与高血压

在高血压患者中进行全基因组的DNA 甲基化芯片分析，找出与高血压病理改变相关联的基因，可能为进一步理解高血压的发病机制提供新的思路。Kato等[36]进行了全基因关联分析和重复研究，在320 251例的东亚、欧洲和南亚患者中确定了12个与血压调节相关的新位点。Meric等[37]发现随着高血压患者外周血细胞全基因组甲基化水平的降低，高血压分级逐渐增加。本课题组前期通过对高血压组和正常组全基因组DNA甲基化芯片分析发现，高血压组全基因组DNA甲基化水平降低。筛选出甲基化差异表达基因输卵管糖蛋白（OVGP1）和羧肽酶（CPO），随后扩大样本量采用焦磷酸测序技术重复前期结果，结果显示OVGP1基因启动子区甲基化程度在两组间有显著差异[38]，由此推测OVGP1基因的甲基化程度可能在血压调控中起到一定的作用。另有全基因组甲基化芯片研究表明[39]，硫酸脂酶1(SULF1) 基因的CpG岛二核苷酸位点的甲基化程度在高血压组中显著升高，并在随后的实验中证明了这一发现。此外，全基因组DNA甲基化与心血管疾病的生物标志物高同型半胱氨酸（HCY）相关，且在高血压患者及其子女中，血浆HCY均有升高。高HCY可通过影响DNA甲基转移酶的活性引起DNA低甲基化，刺激平滑肌细胞增生，从而导致血压升高[40]。因此，全基因组DNA甲基化的水平可能参与调控高血压的发病机制。

7 甲基CpG结合蛋白2（MECP-2）调控甲基化参与高血压的发生

MECP-2由MECP基因编码，是一个密切参与调节甲基化敏感基因表达的转录调节因子[41]，其在DNA合成过程中与基因启动子区甲基化CpG位点结合并招募DNA甲基转移酶，从而导致基因表达沉默[42]。MECP-2能使去甲肾上腺素转运蛋白（NET）基因甲基化，从而沉默NET的表达。研究发现[43]，在原发性高血压患者中，NET的表达量相比对照组显著性降低。NET功能下降会导致交感神经兴奋，促进血压升高。苯乙醇胺N-甲基转移酶（PNMT），能将去甲肾上腺素转化为肾上腺素。据报道[43]，PNMT作为DNA甲基化酶，发挥类似的MECP-2 的基因沉默作用，通过增加肾上腺素释放，减少去甲肾上腺素再摄取，并增加儿茶酚胺在全身的浓度，进一步增强胆碱能神经元的作用，扩大个体的自主反应性，从而参与血压调节。

8 总结

综上所述，高血压是一种复杂的多因素疾病，其发病机理由遗传和环境因素相互作用的复杂关系影响个体患高血压的风险。表观遗传途径为基因调控提供了新的视角，与高血压病相关的基因（如ATR1b、11β-HSD-2等）通过甲基化调控参与高血压的发生发展。通过进一步的研究，表观遗传学可能对原发性高血压的预防和治疗方法提供指导。DNA甲基化对高血压具体作用的研究近年来正在向前发展，然而，许多表观遗传研究仍然受到限制，高血压的多基因性、复杂性以及对相关标志物有限的认识，解释其确切的机制具有挑战性，单一基因甲基化对于高血压的发病机制仅有有限的认识，需要探索新的方法以更好地了解高血压的发病机制。

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