表观遗传学在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的研究进展

申有承 综述 谷宁，赵永超，石蓓 审校

遵义医科大学附属医院心血管内科，贵州 遵义563000

冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称“冠心病”)是由于冠状动脉粥样硬化的基础上出现血管狭窄或闭塞，造成心肌供血、供氧不足导致心肌细胞坏死的一类心脏病。据《中国心血管健康与疾病报告2019概要》结果显示，我国每140个人中就有1例冠心病患者[1]。冠心病给个人、家庭带来了巨大的健康及经济负担，是我国需要面临的重大公共卫生问题。因此对于进一步深入研究冠心病的发病机制，为冠心病的治疗提供新的方向显得至关重要。

表观遗传学是指机体的基因序列在不发生改变的情况下，基因功能发生可逆的、可遗传改变的一门生物学学科。主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA。表观遗传学与众多疾病如恶性肿瘤、神经系统疾病、代谢性疾病的发生-发展密切相关[2-4]，近年来越来越多的研究表明表观遗传学在冠心病领域亦发挥着重要作用。本文就DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA在冠心病中的研究进展做一综述。

1 DNA甲基化与冠心病

DNA甲基化是指DNA序列上特定的碱基在DNA甲基转移酶(DNMT)的催化作用下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作为甲基供体，通过共价键结合的方式将胞嘧啶(C)转化为5-甲基胞嘧啶(5-mC)的过程，该过程由DNMT催化。在哺乳动物细胞中，胞嘧啶特异性甲基转移酶使CpG二核苷酸序列发生甲基化，从而调节基因表达和细胞分化[5]。DNA甲基化对于正常发育至关重要，并且与许多关键过程相关，包括基因组印记[6]、X染色体失活[7]、转座因子抑制[8]和致癌[9]作用。DNA羟甲基化是在TET酶存在的条件下，由5-mC氧化为5-羟甲基胞嘧啶的过程(5hmC)[10]。

JIANG等[11]研究发现，在44例冠心病患者与42例年龄、性别匹配的对照组患者外周血单核细胞中，冠心病组中的5-mC和5hmC显著高于对照组。进一步行Spearman回归分析后发现5-mC和5hmC与Gensini评分呈正相关。5-mC和5-hmcC可作为调整后冠心病的危险因素。AGHA等[12]对起初未患冠心病的11 461人(平均年龄64岁，67%女性，35%非洲裔美国人)进行长达11年的随访，研究发现52个CpG岛位点甲基化水平与冠心病或心肌梗死的发生密切相关(P＜0.05)。进一步研究发现这些CpGs与钙调控的关键基因(ATP2B2、CASR、guuca1b、HPCAL1)，以及基因组和表观基因组范围的血清钙(CASR)、血清钙相关冠心病风险(CASR)、冠状动脉钙化斑块(PTPRN2)和肾功能(CDH23、HPCAL1)研究中鉴定的基因有关。此外PARK等[13]通过检测50例稳定型冠心病(SCAD)与50例急性冠脉综合征(ACS)患者外周血白细胞的线粒体DNA拷贝数。结果发现相比较于稳定型冠心病患者，急性冠脉综合征患者外周血白细胞的线粒体DNA D-loop区甲基化明显更高，同时ACS组患者的线粒体拷贝数也明显降低。

2 组蛋白修饰与冠心病

组蛋白可分为5个家族：H1/H5、H2A、H2B、H3和H4[14]，组蛋白修饰即组蛋白结构的改变。在哺乳动物基因组中，组蛋白则可以有很多修饰形式，包括组蛋白末端的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等，这些修饰主要通过改变组蛋白的静电电荷及其与DNA的相互作用来调节转录。目前研究最为深入的是组蛋白乙酰化修饰。它在不改变DNA序列的情况下，改变染色质(主要由细胞核内的DNA和组蛋白组成)的凝聚，被认为是某些疾病潜在的治疗靶点。组蛋白乙酰化主要由组蛋白乙酰转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶共同调节(HDACs)[15]。人类基因组共编码18种不同的组蛋白去酰化酶(HDACs)，可分为Ⅳ类、2大家族。一大家族是HDAC家族，包括Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅳ类，Ⅰ类HDAC包括了HDAC1/2/3/8；Ⅱ类HDAC包括了Ⅱa类和Ⅱb类，其中Ⅱa类包括了HDAC4/5/7/9，Ⅱb类包括了HDAC6/10；Ⅳ类HDAC仅含有HDAC11。另一大家族是Sirtuin家族，包括了Sirt1-7，与HDAC家族不同的是，Sirtuin家族的催化中心需要依赖NAD+的存在[16]。组蛋白乙酰化会导致组蛋白的正电荷中和，损害组蛋白与带负电荷的DNA之间的亲和力[17]。

许多关于HDACs缺失和过表达的研究表明，HDACs在信号通路修饰和基因转录调控中起着至关重要的作用。心肌过表达组蛋白乙酰转移酶(HAT)可促进心肌梗死后的左室(LV)重构[18]。WRIGHT等[19]发现心肌梗死的小鼠腹腔注射HDACs抑制剂(SAHA)后，梗死边界区Wisp1分泌明显增加，腹腔注射SAHA后，小鼠心梗边界区Wisp1表达上调，促进冠状动脉内皮细胞增殖及减轻梗死区纤维化反应保护心功能。另一项研究通过C646抑制SIRT3敲除小鼠体内的组蛋白乙酰转移酶p300可以明显增加冠状动脉的血流恢复，减轻心肌间质的纤维化水平，改善射血分数(EF)[20]。组蛋白乙酰化也广泛参与血管内皮炎症过程。YANG等[21]用血管紧张素Ⅱ处理大鼠主动脉内皮细胞后，发现HDAC4表达明显上升，同时血管内皮细胞(VECs)的自噬通量和炎症介质明显增加，敲除HDAC4可显著改善血管炎症。进一步研究发现HDAC4可以通过促进转录因子forkhead box O3a(FoxO3a)去乙酰化来调控自噬，从而提高其转录活性。CHEN等[22]发现在TNF-α处理的脐静脉内皮细胞中，Tubacin(一种选择性HDAC6抑制剂)可以不通过抑制HDAC6活性，而是通过稳定eNOS mRNA来改善内皮炎症反应。此外，血管平滑肌细胞迁移到内皮下层并由收缩型向分泌型的表型转化在动脉粥样硬化病理过程中同样起着重要作用[23]。ZHENG等[24]在体外以血小板源性生长因子(PDGF-BB)培养血管平滑细胞(VSMCs)，促进其病理性增生。结果发现PDGF-BB处理组HDAC4及miR-125a-5p表达水平显著上升，与此同时，IRF1及LncRNA MEG3表达明显降低。siHDAC4沉默HDAC4后，LncRNA MEG3表达明显上升，而miR-125a-5p表达受到抑制。血管平滑肌细胞增殖明显受到抑制。表明抑制HDAC4可以通过调节MEG3/miR-125a-5p/IRF1轴抑制PDGF-BB诱导VSMCs增殖。众多的研究已表明抑制组蛋白乙酰化可以保护内皮，抑制血管平滑肌细胞增殖，因此组蛋白去乙酰化酶抑制剂在冠心病中的临床应用具有非常广阔的前景。

3 非编码RNA与冠心病

非编码RNA(Non-coding RNA)是指不编码蛋白质的RNA，根据RNA长度不同，可分为微小RNA(miRNA)和长链非编码RNA(lncRNA)。微小RNA(miRNAs)是长度为20～22个碱基对的非编码小核糖核酸分子，在转录后水平通过阻断mRNA翻译或诱导mRNA降解调控基因表达中发挥重要作用。在某些情况下，miRNAs可以增强基因的转录或mRNA的翻译，从而增加蛋白质产物的水平[25]。近年来的研究发现miRNAs与血管炎症、内质网应激及支架内再狭窄密切相关[26]。LncRNAs是长度超过200个碱基对的非编码RNA，LncRNAs根据其定位及其与DNA、RNA和蛋白质的特定相互作用，可以调节染色质的功能，调节无膜核体的组装和功能，改变细胞质mRNA的稳定性和翻译，干扰信号通路。随着研究的深入，已有数千个LncRNA被证实参与细胞生长、分化、增殖和凋亡等多种生物学过程。近年来越来越多的研究发现lncRNAs与冠心病之间的密切关系。

SONG等[27]在心梗的小鼠心肌内原位注射富含miR-21的囊泡，分别在注射后1 h、2 h、4 h qPCR结果显示，注射富含miR-21的囊泡后小鼠心肌内miR-21含量相比较于对照组明显增加。4周后发现富含miR-21的小鼠缺血边界区凋亡的心肌细胞及内皮细胞显著少于对照组。研究发现miR-21可降低PDCD-4(一种促凋亡蛋白)的表达抑制心肌细胞及内皮细胞凋亡。进一步研究发现miR-21还可以使SPRY1的表达减少从而抑制ERK-MAP激酶激活抑制心肌纤维化反应。LI等[28]研究了69例冠心病患者(其中急性心肌梗死患者24例，不稳定心绞痛24例，稳定型心绞痛24例)与27例有胸痛症状但没有冠状动脉狭窄或痉挛患者外周血单核细胞(PBMCs)miR-21水平，发现冠心病组患者外周血单核细胞miRNA-21含量较对照组显著上调。上调的miR-21降低了循环Treg细胞的频率，降低了foxp3、TGF-β1和smad7的表达水平，降低了TGF-β1分泌到血浆的量。表明miR-21在PBMCs中通过TGF-β1/smad独立信号通路负向调控循环Treg细胞的频率。GAO等[29]对50例急性心肌梗死患者及50名健康对照组患者外周血进行分析，结果发现相比较于健康对照组患者，急性心肌梗死患者血中HOTAIR(一种LncRNA)表达明显降低。在小鼠心梗模型中同样发现心梗小鼠血中HOTAIR较对照组明显降低，荧光素酶报告基因结果显示HOTAIR与miRNA-1存在相互作用。进一步研究发现HOTAIR过表达可下调miR-1表达水平，而HOTAIR过表达可上调miR-1表达。此外过表达HOTAIR还通过下调Bax和c-Caspase-3蛋白表达，上调Bcl-2蛋白表达抑制心肌细胞凋亡。敲除LncRNA MALAT1通过miR-145调节TGF-β1活性，促抑制心肌梗死后心肌纤维化和心脏功能恶化。以上LncRNA均通过间接机制作用影响于miRNA影响心肌细胞凋亡及心肌纤维化。LncRNA还可以直接作用于下游靶基因发挥作用。HAO等[30]通过过表达及敲除H9C2心肌细胞LncRNA GAS5，结果发现过表达LncRNA GAS5可以显著减少心肌细胞凋亡，而敲除LncRNA GAS5后心肌细胞凋亡明显增加。与此同时，在过表达LncRNA GAS5的同时发现蛋白sema3a表达明显下降，进一步行下拉实验及免疫共沉淀发现LncRNA GAS5可与蛋白sema3a紧密结合。表明LncRNA GAS5可通过调节蛋白sema3a的表达影响心肌细胞凋亡。

4 结语

冠心病是由遗传与环境因素共同作用所致的一种心脏病，其发生率逐年攀升。已成为我国国民致死的头号杀手，严重加剧了国民的经济负担。近年的研究表明表观遗传参与了冠心病的发病过程，表观遗传学极大地改变了冠心病调控的认识。然而，必须认识到，由于所分析的组织和疾病过程的异质性、所研究患者的人口统计学及治疗方法的差异，表观遗传学研究的结果迄今为止是不一致的。此外，表观基因组中多种异常可能同时存在，并相互调节，这些相互作用尚未得到充分解释。因此，未来亟需更加严谨充分的研究来统一表观遗传机制在冠心病中的作用，从而实现表观遗传学应用于冠心病的诊断、预后和潜在治疗方法的突破。