DNA甲基化与高脂血症的关系研究进展

韩颖，周宏宇，李子孝，3，4，5

高脂血症是心血管疾病的主要危险因素之一，而血脂水平是心血管疾病的可遗传、可改变的危险因素，HDL-C、LDL-C、TG和TC的遗传率在40%～60%[1]。一项大型全基因组研究发现了157个与血脂水平相关的基因座，但是这些位点仅可解释12%的血脂个体间变异[2]。还有其他因素可能对血脂水平的遗传与变异产生影响，其中包括表观遗传修饰。DNA甲基化是最常见的表观遗传修饰形式。既往研究表明，DNA甲基化在肥胖、血脂异常、2型糖尿病等代谢性疾病中发挥重要作用[3]。利用整体DNA甲基化、位点特异性甲基化和全表观基因组关联研究（epigenome-wide association studies，EWAS）方法，DNA甲基化与脂质水平的关系已经被广泛研究。还有研究发现外界因素（如药物）可能通过改变DNA甲基化影响血脂水平。然而，目前这些研究的结论并不一致，DNA甲基化与血脂的因果关系还未明确。

本文综述了DNA甲基化与血脂水平之间关系的现有研究成果，包括饮食、环境因素和降脂药物对两者关系的影响，并对未来的研究方向进行展望。

1 脂质相关甲基化基因

目前，表观遗传学研究发现较多基因的甲基化水平与脂质水平有关，本文主要介绍已经被广泛研究证实的相关基因，包括肉碱棕榈酰转移酶1A（carnitine palmitoyl transferase 1 A，CPT1A）基因、三磷酸腺苷结合盒转运体G1（adenosine triphosphate binding cassette transporter G1，ABCG1）基因、固醇调控元件结合蛋白1（sterol regulatory element-binding factor 1，SREBF1）基因、肿瘤坏死因子诱导蛋白3相互作用蛋白1（tumor necrosis factor α-induced protein 3-interacting protein 1，TNIP1）基因、24-脱氢胆固醇还原酶（3-β-hydroxysteroid-Δ-24-reductase，DHCR24）基因，同时简要介绍其他脂质相关基因的研究成果。

1.1 肉碱棕榈酰转移酶1A基因 通过线粒体进行的脂肪酸β-氧化是脂肪酸分解代谢的主要途径，CPT1位于线粒体外膜，是长链脂肪酸从线粒体膜外转运到膜内的关键酶。人体内存在3种组织特异性CPT1亚型，分别位于肝脏（CP T1A）、肌肉（CP T1B）和大脑（CPT1C）[4-5]。2014年，有研究者对991例降脂药物遗传学和饮食网络研究参与者（发现队列）进行了EWAS分析，发现CPT1A基因的4个胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（c y tosinephosphate-guanine，CpG）位点（cg00574958、cg17058475、cg01082498和cg09737197）的甲基化与TG水平和CPT1A的表达呈负相关。在复制队列中进一步证实了cg00574958位点与TG水平的相关性，该位点分别解释了发现队列和复制队列中TG变化的11.6%和5.5%[6]。CPT1A基因与TG的负相关性在之后的多项研究中被进一步证实[7-9]。还有研究在男性家族性高胆固醇血症的基因突变阴性患者中，发现cg00574958位点甲基化与LDL-C水平呈负相关[9]。

目前CPT1A基因甲基化与脂蛋白水平因果关系尚不明确。在目前研究脂质变化与表观遗传学机制相互作用和因果关系的方法中，以孟德尔随机化使用最广泛[10-11]。孟德尔随机化指用遗传变异来确定某因素和结果之间的观察性关联是否与因果关系一致。有研究者使用孟德尔随机化方法发现CPT1A基因甲基化变异是TG水平变化的结果而不是原因，TG水平越高，cg00574958和cg17058475位点的甲基化水平越低，同时CPT1A的表达水平越高[12-13]。而另一项双向孟德尔随机化研究结果发现，空腹TG水平对CPT1A基因cg00574958位点甲基化有影响，但反过来后者对TG水平也有影响，该研究提示了人体脂质稳态机制的复杂性[14]。

1.2 三磷酸腺苷结合盒转运体G1基因 脂代谢中的逆转运途径是指HDL颗粒将胆固醇从外周组织转运到肝脏。在动脉粥样硬化斑块处，巨噬细胞吞噬氧化的LDL-C后，通过细胞膜上的ATP结合盒转运体（adenosine triphosphate binding cassette transporter，ABC）（包括ABCA1和ABCG1）将胆固醇转移到HDL颗粒中。HDL颗粒是逆转运途径的关键参与者，具有降解动脉粥样硬化斑块和防止新斑块形成的作用[15]。多项关于DNA甲基化和脂质水平的研究发现，ABCG1基因的cg06500161位点甲基化与HDL-C水平负相关，与TG水平正相关[8，16-17]，另外有研究在男性高胆固醇血症患者的白细胞中发现了ABCG1-CpGC3与LDL-C的负相关性[18]。进一步的研究表明，肥胖患者ABCG1基因cg06500161位点的甲基化与该基因的低转录活性有关，同时与高TG水平和TG/HDL-C比例增高有关[19]。ABCG1基因低表达还被报道与脂蛋白脂肪酶（lipoprteinlipase，LPL）的生物利用度和活性降低有关，后者的主要作用是水解TG[20]。一项孟德尔随机化研究表明，低TG水平或高HDL-C水平均可诱导ABCG1的cg06500161和cg27243685位点低甲基化，该基因低甲基化与ABCG1的高表达有关，该研究结果提示，脂质水平改变可以诱导ABCG1的DNA甲基化[12]。

外周组织细胞膜上的ABCA1参与胆固醇逆转运途径，在逆转运过程中，ABC A1与ABCG1具有协同作用[15,21]。较多研究发现，ABCA1基因甲基化与HDL-C水平负相关[22-24]。还有研究表明，老年人群（≥61岁）白细胞中的ABCA1基因甲基化与TG、TC、LDL-C水平正相关[25]。另一项研究发现，妊娠期女性胎盘和脐带血中ABCA1-CPG5基因甲基化与HDL-C和TG水平均呈负相关[26]。目前还缺乏ABCA1基因甲基化与脂质水平因果关系的孟德尔随机化研究。

1.3 固醇调控元件结合蛋白1基因 SREBF是一个调节脂质稳态的膜结合转录因子家族，受TC水平的影响。SREBF可以直接激活合成和摄取胆固醇、脂肪酸、TG和磷脂等脂质的基因表达。当循环中胆固醇不足时，细胞内的SREBF经过一系列蛋白酶作用，与靶细胞固醇反应元件（sterol regulatory element，SRE）结合并激活靶基因的转录。人体内主要包含SREBF2和SREBF1c两种SREBF蛋白，其中SREBF2优先激活胆固醇代谢基因，而SREBF1c优先激活脂肪酸和TG代谢基因[27]。

2015年一项针对1776例受试者的EWAS分析证明，血液中SREBF1基因cg11024682和cg20544516位点甲基化与TG水平正相关，并且这种相关性在脂肪和皮肤组织中也存在[7]。之后的研究进一步证明了SREBF1基因cg11024682位点甲基化水平与TG具有正相关性[8，17]。编码于SREBF1内含子17的微小RNA——miR33B是靶向胆固醇代谢和脂肪酸氧化相关途径的基因[28-29]，其蛋白产物可导致极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）中TG含量的增加[30]。Dekkers等[12]通过孟德尔随机化研究证明了SREBF1基因甲基化是TG升高的结果而不是原因。SREBF1基因还可以通过miR33B抑制ABCG1、CPT1A等基因的活性，降低ABCG1和CPT1A的表达，从而影响脂质代谢平衡[7]。

1.4 肿瘤坏死因子诱导蛋白3相互作用蛋白1基因TNIP1基因编码T N I P1蛋白，既往研究发现，TNIP1基因的cg22178392位点与LDL-C水平正相关，与TG水平负相关[7]。另外，TNIP1蛋白是核受体中过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferatorsactivated receptors，PPARs）和维甲酸受体（retinoic acid receptors，RAR）转录活性的辅抑制因子[31-32]。研究发现PPARα/γ激活因子和PPARγ可以诱导巨噬细胞中ABCA1的表达[33-34]，而激活的RAR可以诱导巨噬细胞中ABCA1和ABCG1的表达[35]。这些研究结果表明，TNIP1基因可能通过影响ABCA1和ABCG1基因的表达间接影响脂质代谢。目前仍缺乏关于TNIP1基因甲基化与脂蛋白之间因果关系的研究。

1.5 24-脱氢胆固醇还原酶基因DHCR24基因编码DHCR24，主要通过催化脱氢胆固醇转化为胆固醇参与脂质代谢[36-37]。2017年，Braun等[8]通过EWAS发现DHCR24基因cg17901584位点甲基化与HDL-C水平正相关，与TG水平负相关。之后，另一项EWAS研究进一步证实了cg17901584甲基化水平与HDL-C水平存在正相关性[16]。Dekkers等[12]通过孟德尔随机化研究发现，DHCR24基因cg27168858位点的甲基化水平与LDL-C正相关，且LDL-C水平变化是DHCR24甲基化水平变化的原因。另一项孟德尔随机化研究也发现，DHCR24基因cg17901584位点甲基化是脂质变化的结果而不是原因[13]。DHCR24的表达调控也是由SREBF介导的[38]。此外，DHCR24基因位于与胆固醇水平相关的PCSK9基因附近，因此有研究者提出DHCR24基因甲基化与HDL-C之间的关联可能是由PCSK9单核苷酸多态性变异引起的[2]。

1.6 其他脂质相关基因甲基化 Fas凋亡抑制分子2（Fas apoptotic inhibitory molecule 2，FAIM2）是一种肥胖相关基因，有研究探讨了FAIM2启动子甲基化与中国儿童肥胖和血脂异常的相关性，结果发现FAIM2启动子8个CpG位点的DNA甲基化水平与TG、TC、LDL-C水平正相关，与HDL-C水平负相关[39]。瘦素（leptin，LEP）和脂联素（adiponectin，ADIPOQ）基因编码主要由脂肪组织分泌的脂肪因子，在肥胖导致葡萄糖和胰岛素稳态损害中发挥作用。Houde等[40]测量了73例严重肥胖患者的皮下脂肪、内脏脂肪和血液样本中LEP和ADIPOQ基因的DNA甲基化水平，发现这两个基因甲基化与TC和LDL-C水平正相关，与HDL-C水平负相关。

既往研究显示，硫氧还蛋白相互作用蛋白（thioredoxin interacting protein，TXNIP）基因表达对脂代谢和糖代谢有影响。一项关于产前饥荒暴露与成年期血脂水平的研究发现，TXNIP基因cg19693031位点甲基化与TG水平呈正相关[41]，而另一项EWAS研究发现，该位点甲基化与总血浆TG水平负相关[17]。针对cg19693031位点甲基化与基因表达的关联分析发现，该位点基因与脂质相关基因SREBF1和ABCG1的表达相关[16]。

其他值得关注的脂蛋白相关基因，如胰岛素样生长因子2（insulin like growth factor 2，IGF2）基因编码胰岛素样生长因子2，与TC水平正相关[42]；细胞因子信号通路抑制因子3（suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3）基因参与瘦素和胰岛素信号传导，与TG水平负相关，与HDL-C水平正相关[43]；载脂蛋白A5（apolipoprotein A5，APOA5）基因与空腹和餐后TG水平正相关[6]。

截至目前，已经发现了众多可能与脂质相关的甲基化基因，但关于这些基因的研究尚未形成统一观点，上述基因的甲基化水平与脂质水平相关性的因果关系及具体机制也未明确，未来还需更多针对性的研究进行深入探索。

2 饮食和环境因素对DNA甲基化和血脂的影响

不良饮食习惯是高脂血症的危险因素之一，饮食对血脂水平影响的表观遗传学机制被广泛研究。既往有研究提示CPT1A基因cg00574958位点DNA甲基化与TG水平负相关，Lai等[44]检验了碳水化合物（carbohydrate，CHO）和脂肪（fat，FAT）摄入量、总膳食能量百分比，以及CHO/FAT比值与CPT1A基因cg00574958位点甲基化和代谢性疾病风险之间的关系，结果表明，CHO摄入量和CHO/FAT比值与cg00574958甲基化呈正相关，而FAT摄入量与cg00574958甲基化水平呈负相关。同时，CPT1A表达水平与CHO摄入量呈负相关，与FAT摄入量和TG水平呈正相关。中介分析支持CHO摄入诱导CPT1A基因甲基化，从而降低TG水平，而FAT摄入抑制CPT1A基因甲基化，从而提高TG水平。餐后血脂（postprandial lipemia，PPL）反应是指高脂饮食后血浆TG浓度升高，是心血管疾病的独立危险因素。Lai等[6]对979例受试者高脂饮食后血脂和DNA甲基化水平进行EWAS分析后发现，脂磷酸磷酸酶（lipid phosphate phosphatase，LPP）、CPT1A、APOA5、SREBF1和ABCG1基因的甲基化与PPL反应正相关，CPT1A甲基化与PPL反应负相关。果糖摄入是另一个血脂异常的危险因素。有研究喂食大鼠果糖14周，发现CPT1A基因启动子的甲基化程度升高，大鼠肝脏CPT1A的表达减少[45]。来自日本的一项研究发现，女性摄入维生素会使ABCA1基因呈低甲基化，后者与HDL-C负相关，研究者分析，维生素可能通过ABCA1基因低甲基化间接提高HDL-C的含量[23]。

环境也可以通过影响DNA甲基化改变血脂水平。环境内分泌干扰物（environmental endocrine disrupting chemicals，EDCs），如广泛应用于人类各种消费品的对羟基苯甲酸酯、双酚类和邻苯二甲酸酯等，均可导致多种代谢性疾病。Lu等[46]通过测量24 h尿EDCs排泄物，对622例参与者进行了基于血液的EWAS分析，发现了20个差异甲基化的CpG位点与EDCs相关，其中酪酪肽（peptide tyrosine tyrosine，PYY）、MIR1246和锌指蛋白641（zinc finger protein 641，ZNF641）等8个基因位点差异甲基化与血脂水平异常有关。砷是一种重要的环境污染物，多存在于受污染的饮用水中，与多种血管疾病的发生有关。有研究发现，砷暴露可以通过氧化应激介导DNA甲基转移酶1的转录和活性上调，导致ABCA1基因高甲基化，抑制巨噬细胞的胆固醇外流，从而影响脂代谢水平[47]。

3 DNA甲基化与高脂血症的治疗

目前DNA甲基化的分子机制仍未完全明确，通过改变DNA甲基化水平治疗高脂血症的研究还不充足。青钱柳多糖是从中国特有的植物——青钱柳中提取的生物大分子物质，已被发现具有抗癌、抗菌、抗高血脂、抗氧化和抗炎等多种生物活性。Yang等[48]发现，对高脂乳剂诱导的高脂血症小鼠应用高浓度青钱柳多糖后，小鼠肝脏全基因组DNA甲基化水平降低，并通过调节腺苷酸激活蛋白激酶（adenosine 5’-monophosphateactivated protein kinase，AMPK）激活的蛋白激酶信号通路、脂肪酸代谢通路、脂肪酸生物合成通路和脂肪细胞因子信号通路，最终起到降低血脂的作用。非诺贝特是一种用于治疗血脂异常的PAR-α抑制剂，具有良好的抗炎作用。Yusuf等[49]对接受每日160 mg非诺贝特治疗患者的炎症反应进行了表观基因组研究，发现KIAA1324L、鞘磷脂磷酸二酯酶3（sphingomyelin Phosphodiesterase 3，SMPD3）、突触足蛋白2（synaptopodin 2，SYNPO2）、白细胞介素增强子结合因子3（interleukin enhancer binding fac tor 3，ILF3）、富脯氨酸3（prolinerich polypeptides 3，PRR3）、G蛋白核仁1（guanine nucleotide binding protein like 1，GNL1）、序列相似度为50的家族成员B（family with sequence similarity 50 member B，FAM50B），以及几个基因间区域的CpG位点甲基化与炎症细胞因子的血浆浓度变化显著相关。羟甲基戊二酰辅酶A（DL-3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A disodium，HMG-CoA）还原酶抑制剂（他汀类）降脂药物被广泛用于心脑血管疾病，有研究认为，他汀类药物对人体的表观遗传修饰也有影响[50]。Ochoa-Rosales等[51]的研究发现，使用他汀类药物与DHCR24、ABCG1和甲基甾醇单加氧酶1（methylsterol monooxygenase 1，MSMO1）基因甲基化水平改变有关，其中他汀类药物暴露与ABCG1基因甲基化升高和ABCG1表达降低相关，并能诱发糖尿病等代谢性疾病。

综上所述，目前的研究发现DNA甲基化水平与血脂水平改变存在相关性，并且已在多个队列中得到验证。两者之间的因果关系可以用孟德尔随机化研究方法来检验，现有的研究结果更多倾向于DNA甲基化是脂质水平改变的结果而不是原因，但是研究证据尚不充分。目前该领域的大型研究主要为横断面研究，研究地区主要集中在西方国家，研究结论也尚未统一。未来研究还应继续探究DNA甲基化与血脂水平相关性的因果关系及其具体机制，以探索DNA甲基化在高脂血症的诊断和治疗等临床实践中的应用价值。

【点睛】综述现有针对DNA甲基化与血脂水平关系的研究结果，包括饮食环境因素和降脂药物对两者关系的影响，并展望未来研究方向。