类端粒沉默干扰体1在心血管疾病中的研究进展

祝萍，丘金梅，廖长秀

类端粒沉默干扰体1在心血管疾病中的研究进展

祝萍，丘金梅，廖长秀

右江民族医学院药学院，广西百色 533000

类端粒沉默干扰体1（disruptor of telomeric silencing 1-like，DOT1L）属组蛋白H3K79甲基转移酶，其参与基因转录的表观遗传调控。研究表明，DOT1L参与调控心脏细胞的生长和分化，并影响心力衰竭发展进程，其表达抑制可延缓动脉粥样硬化发展进程。本文综述DOT1L与心肌梗死、动脉粥样硬化、高血压、心力衰竭等心血管疾病相关性的最新研究进展，以期为上述疾病的临床诊治提供新思路。

类端粒沉默干扰体1；心血管疾病；动脉粥样硬化；心力衰竭

心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）是威胁人类健康的“头号杀手”。研究表明，表观遗传可影响CVD的发生发展进程。多项研究表明，类端粒沉默干扰体1（disruptor of telomeric silencing 1-like，DOT1L）参与基因转录的表观遗传调控，与染色质沉默、基因表达调控、DNA损伤修复、细胞周期调控、胚胎发育等多种生物学过程密切相关，是表观遗传治疗的新兴靶点[1-3]。DOT1L可影响心脏细胞的生长和分化，心肌细胞DOT1L的特异性缺失可导致致死性心力衰竭（heart failure，HF），而动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）中DOT1L活性的抑制又可延缓AS的进展。

1 DOT1L概述

在低等真核生物中，催化组蛋白H3第79位赖氨酸（H3K79）甲基化的甲基转移酶称作端粒沉默干扰体1（disruptor of telomeric silencing 1，DOT1）；在哺乳动物中，DOT1保守的同源蛋白称作DOT1样蛋白[4-5]。人DOT1L包含1537个氨基酸，包含在酵母DOT1蛋白中保守的N端甲基转移酶结构域及将DOT1L引导至特定基因组位点的蛋白质相互作用C端延伸区[6]。DOT1L是一种独特的组蛋白赖氨酸甲基转移酶，属Ⅰ类甲基转移酶家族，具有保守的SET结构域及显著的三维结构特征；其生物学功能是将H3K79甲基化，形成大型蛋白质复合体，启动和（或）维持活跃的转录状态。与其他组蛋白甲基转移酶的底物位置不同，DOT1L的底物H3K79位于组蛋白H3的有序核结构中[7-8]。DOT1L利用S-腺苷-L-蛋氨酸（S-adenosyl-L-methionine，SAM）作为酶辅因子，催化H3K79的ε-氨基的甲基化反应直到三甲基化（H3K79me3），产生甲基化底物和S-腺苷-L-同型半胱氨酸[S-（5’-Adenosyl）-L-homocysteine，SAH]。研究表明，敲除DOT1/DOT1L可导致H3K79甲基化完全丧失。人DOT1L的1～351氨基酸序列在H3K79甲基转移酶中是保守的，但重组蛋白的酶活性不高。其C端的391～416氨基酸序列富含15个赖氨酸和精氨酸残基；与其他组蛋白甲基转移酶相比，DOT1L只能甲基化核小体，而无法甲基化组蛋白H3及其短肽。其391～416氨基酸序列中凝集的正电荷与核小体中的DNA负链之间的强静电相互作用对酶-底物的识别和结合至关重要；而组蛋白的翻译后修饰则可能对酶活性较为重要[9-10]。

2 DOT1L与CVD

2.1 DOT1L与心肌梗死

心肌梗死（myocardial infarction，MI）是冠状动脉相关疾病中最严重的情况之一。心肌纤维化是其主要病理特征之一，而成纤维细胞的病理性增殖及心肌细胞外基质的异常沉积是心肌纤维化的典型表现[11]。MI发生后，成纤维细胞被激活并在心脏修复中发挥关键作用。心脏修复反应会对成纤维细胞的激活进行严格调控；在MI愈合增殖阶段，基质合成肌成纤维细胞早期扩张，随后在成熟瘢痕中失活并获得静止成纤维细胞表型[12]。研究推测，纤维化的内源性负调节因子可能在保护MI后心脏免受不良重塑中发挥关键作用[13]。

转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）是激活成纤维细胞的中枢介质，可刺激心脏成纤维细胞迁移，诱导整合素在细胞表面表达。在心肌成纤维细胞中，TGF-β主要通过Smad3级联反应或非Smad途径，参与细胞的增殖和分化、细胞凋亡及细胞外基质蛋白的不平衡转换。MI发生后，持续性的缺血、缺氧会导致TGF-β活化，Smad2/3高表达，促进纤维形成相关基因的转录，引起心肌细胞纤维化，进一步加重心肌损伤。MI发生时，减少心肌细胞的纤维化有利于改善心脏功能[14]。

组蛋白甲基化是一种由组蛋白甲基转移酶和去甲基化酶引导的平衡机制。DOT1L不仅能够调控H3K79me3的甲基化，还可参与染色体和异染色质的形成。在病理状态下，DOT1L可被招募至特定基因区域。在急性髓系白血病中，HOX位点出现异常H3K79甲基化模式[15]。非小细胞肺癌TGF-β1诱导的上皮间质转化研究发现H3K79me3减少，H3K79me3降低是TGF-β1作用的结果[16]。以血管紧张素Ⅱ诱导成纤维细胞增殖迁移、增强纤维化蛋白时，DOT1L通过脾脏酪氨酸激酶启动子H3K79me2修饰，促进脾脏酪氨酸激酶的表达；而脾脏酪氨酸激酶通过激活TGF-β1/Smad3信号通路，促进成纤维细胞的增殖和纤维化，抑制DOT1L可改善成纤维细胞的增殖和纤维化[17]。综上，DOT1L耗竭可能是MI纤维化的潜在治疗靶点。

2.2 DOT1L与AS

增殖性血管内膜病变是闭塞性血管疾病的主要致病原因，亦是AS及其术后再狭窄的发病基础，而血管平滑肌细胞表型转化是血管内膜病变的初始表现。正常动脉血管壁内皮可聚集生长因子和细胞因子等兴奋因子，形成内侧层庇护所，血管平滑肌可维持血管的收缩和舒张功能。在球囊血管成形术后，内皮细胞不可避免地被移除或损伤，导致血管平滑肌细胞突然暴露于血源性刺激物中，触发血管平滑肌细胞状态转变，并在管腔周围内膜下层形成新生内膜病变[18]。

研究显示，大鼠颈总动脉球囊损伤后，其DOT1L、H3K79me2和H3K79me3阳性染色细胞主要集中于新生内膜，DOT1L水平显著升高，表明DOT1L分子靶向翻译在内膜形成中起促进作用；DOT1L失活可降低平滑肌细胞增殖标记蛋白的水平[19]。Farina等[20]进一步研究证实，DOT1L在血管平滑肌细胞基因表达的表观遗传调控中发挥关键作用，DOT1L诱导H3K79me2直接调节炎症信号分子核因子κB-1和κB-2，促进趋化因子配体5和CXC趋化因子配体10等细胞因子表达。综上，DOT1L可能是AS治疗的潜在靶点。

2.3 DOT1L与高血压

高血压是一种以动脉血压升高为特征并伴有心脏、血管、脑和肾脏等器官功能性或器质性改变的全身性疾病。肾素–血管紧张素–醛固酮系统在控制血压、细胞外液量及维持电解质平衡等方面发挥重要作用，可调节尿液中Na+的排泄。该系统的过度激活是高血压主要的发病机制之一，可导致器官功能发生障碍，甚至导致患者死亡[21]。

醛固酮是肾素–血管紧张素–醛固酮系统的重要组成部分，也是Na+吸收的主要调节因子，其主要通过激活盐皮质激素受体增强转录、控制上皮Na+通道的功能而发挥作用[22]。研究发现，DOT1与转录因子AF9形成复合物结合在上皮钠通道（epithelial sodium channel，ENaC）启动子区域，DOT1a-AF9复合物通过直接结合和调节ENaCα启动子特定亚区靶向组蛋白H3K79的高甲基化，在抑制ENaCα的表达中发挥重要作用；醛固酮能够通过抑制DOT1a、转录因子AF9的表达，促进AF9的S435位点磷酸化，进而削弱DOT1a-AF9之间的相互作用，减少DOT1a-AF9的形成，增加ENaCα的表达。盐皮质激素受体则通过与DOT1a竞争性结合AF9来平衡DOT1a-AF9；转录因子AF17通过与DOT1a竞争性相互作用，抑制ENaCα[23-24]。Duarte等[25]研究显示白种人高血压患者使用氢氯噻嗪降压效果可能与DOT1L调节ENaCα相关。沈烨娇等[26]研究则表明过表达肽酶抑制蛋白16通过与血管平滑肌细胞中组蛋白H3K79特异性的甲基化转移酶DOT1L结合，升高H3K79位点的甲基化水平，在此基础上通过促进ATF4、KLF4等关键基因的转录与表达，最终显著改善血管紧张素Ⅱ诱导的小鼠高血压和血管纤维化程度。综上，推测DOT1L可能是高血压治疗的潜在靶点。

2.4 DOT1L与HF

HF是大多数CVD发展的终末阶段，患者心肌细胞的坏死及凋亡、心肌细胞肥厚、心肌细胞外基质沉积及基因表达异常等均可加重HF进程。Nguyen等[27]通过心脏特异性KO模型证明，小鼠心脏特异性敲除DOT1L，可导致心室扩张死亡率增加、心肌细胞死亡增加、收缩功能障碍和传导异常。DOT1L功能缺失可使出生后和成年后小鼠出现致命性心肌扩张或充血性HF。Cattaneo等[28]研究显示，DOT1L是小鼠心肌细胞分化和成熟的关键酶，其介导的H3K79me2修饰并调控小鼠心肌细胞分化和成熟的表观遗传特征。

心肌细胞再生研究结果显示，AF9在GATA4指引下招募DOT1L并结合到肌球蛋白重链（recombinant myosin heavy chain，MYH）6、MYH7启动子区域，催化H3K79me2修饰，促进心脏祖细胞相关基因的活跃表达；而H3K79me2富集于心脏分化过程中表达的基因可调节心脏分化期间特异性基因的表达，促使祖细胞向心肌细胞转化[29]。

3 总结与展望

DOT1L参与MI、AS、高血压、HF的发生和发展进程。充分了解CVD关于DOT1L的分子机制对改善其临床诊疗具有重要作用。针对DOT1L靶向用药进而干预DOT1L表达，或许可为CVD的防治提供一个新的思路。目前关于DOT1L与CVD的深层次作用机制仍知之甚少，应进一步加大基础及临床研究，探讨其在CVD发病中的作用机制，为CVD的防治提供理论依据。

[1] LIU Z, LIANG S, WEI X, et al. Defibrotide improved the outcome of monocrotaline induced rat hepatic sinusoidal obstruction syndrome[J]. BMC Gastroenterol, 2022, 22(1): 525.

[2] WANG Y, YANG Y, ZHANG T, et al. LncRNA SNHG16accelerates atherosclerosis and promotes ox-LDL-induced VSMC growth via the miRNA-22-3p/HMGB2 axis[J]. Eur J Pharmacol, 2022, 915: 174601.

[3] VATAPALLI R, SAGAR V, RODRIGUEZ Y, et al. Histone methyltransferase DOT1L coordinates AR and MYC stability in prostate cancer[J]. Nat Commun, 2020, 11(1): 4153.

[4] VALENCIA-SÁNCHEZ M I, DE IOANNES P, WANG M, et al. Structural basis of DOT1L stimulation by histone H2B lysine 120 ubiquitination[J]. Mol Cell, 2019, 74(5): 1010–1019.

[5] CUTLER J A, PERNER F, ARMSTRONG S A. Histone PTM crosstalk stimulates DOT1 methyltransferase activity[J]. Trends Biochem Sci, 2021, 46(7): 522–524.

[6] LEE S, OH S, JEONG K, et al. DOT1 regulates nucleosome dynamics by its inherent histone chaperone activity in yeast[J]. Nat Commun, 2018, 9(1): 240.

[7] WOOD K, TELLIER M, MURPHY S. DOT1L and H3K79 methylation in transcription and genomic stability[J]. Biomolecules, 2018, 8(1): 11.

[8] SONG T, ZOU Q, YAN Y, et al. DOT1L O-GlcNAcylation promotes its protein stability and MLL-fusion leukemia cell proliferation[J]. Cell Rep, 2021, 36(12): 109739.

[9] ANGLIN J L, SONG Y. A medicinal chemistry perspective for targeting histone H3 lysine-79 methyltransferase DOT1L[J]. J Med Chem, 2013, 56(22): 8972–8983.

[10] NGUYEN A T, ZHANG Y. The diverse functions of DOT1 and H3K79 methylation[J]. Genes Dev, 2011, 25(13): 1345–1358.

[11] SNIDER J C, RILEY L A, MALLORY N T, et al. Targeting 5-HT2Breceptor signaling prevents border zone expansion and improves microstructural remodelingafter myocardial infarction[J]. Circulation, 2021, 143(13): 1317–1330.

[12] JANBANDHU V, TALLAPRAGADA V, PATRICK R, et al. HIF-1a suppresses ROS-induced proliferation of cardiac fibroblasts following myocardial infarction[J]. Cell Stem Cell, 2022, 29(2): 281–297.

[13] BARTKO P E, DAL-BIANCO J P, GUERRERO J L, et al. Effect of losartan on mitral valve changes after myocardial infarction[J]. J Am Coll Cardiol, 2017, 70(10): 1232–1244.

[14] ZHANG Q, WANG L, WANG S, et al. Signaling pathways and targeted therapy for myocardial infarction[J]. Signal Transduct Target Ther, 2022, 7(1): 78.

[15] ARYAL S, ZHANG Y, WREN S, et al. Molecular regulators of HOXA9 in acute myeloid leukemia[J]. FEBS J, 2023, 290(2): 321–339.

[16] EVANNO E, GODET J, PICCIRILLI N, et al. Tri- methylation of H3K79 is decreased in TGF-β1- induced epithelial-to-mesenchymal transition in lung cancer[J]. Clin Epigenetics, 2017, 9: 80.

[17] LI F, LI L, ZHANG J, et al. Histone methyltransferase DOT1L mediates the TGF-β1/Smad3 signaling pathway through epigenetic modification of SYK in myocardial infarction[J]. Hum Cell, 2022, 35(1): 98–110.

[18] HUANG Y, URABE G, ZHANG M, et al. Nullifying epigenetic writer DOT1L attenuates neointimal hyperplasia[J]. Atherosclerosis, 2020, 308: 22–31.

[19] PURSANI V, BHARTIYA D, TANAVDE V, et al. Transcriptional activator DOT1L putatively regulates human embryonic stem cell differentiation into the cardiac lineage[J]. Stem Cell Res Ther, 2018, 9(1): 97.

[20] FARINA F M, SERIO S, HALL I F, et al. The epigenetic enzyme DOT1L orchestrates vascular smooth muscle cell-monocyte crosstalk and protects against atherosclerosis via the NF-κB pathway[J]. Eur Heart J, 2022, 43(43): 4562–4576.

[21] MUZI-FILHO H, JANNUZZI L B, BOUZAN A C S, et al. Histone deacetylase activity and the renin- angiotensin-aldosterone system: Key elements in cardiorenal alterations provoked by chronic malnutrition in male adult rats[J]. Cell Physiol Biochem, 2020, 54(6): 1143–1162.

[22] ILATOVSKAYA D V, LEVCHENKO V, PAVLOV T S, et al. Salt-deficient diet exacerbates cystogenesis in ARPKD via epithelial sodium channel (ENaC)[J]. EBioMedicine, 2019, 40: 663–674.

[23] ZHANG W, XIA X, REISENAUER M R, et al. Aldosterone-induced Sgk1 relieves DOT1a-AF9-mediated transcriptional repression of epithelial Na+channel alpha[J]. J Clin Invest, 2007, 117(3): 773–783.

[24] CHEN L, ZHANG X, ZHANG W. Regulation of αENaC transcription[J]. Vitam Horm, 2015, 98: 101–135.

[25] DUARTE J D, ZINEH I, BURKLEY B, et al. Effects of genetic variation in H3K79 methylation regulatory genes on clinical blood pressure and blood pressure response to hydrochlorothiazide[J]. J Transl Med, 2012, 10: 56.

[26] 沈烨娇. 肽酶抑制蛋白16抑制血管紧张素Ⅱ诱导的高血压和血管重构的机制研究[D]. 南京: 南京医科大学, 2018.

[27] NGUYEN A T, XIAO B, NEPPL R L, et al. DOT1L regulates dystrophin expression and is critical for cardiac function[J]. Genes Dev, 2011, 25(3):263–274.

[28] CATTANEO P, KUNDERFRANCO P, GRECO C, et al. DOT1L-mediated H3K79me2 modification critically regulates gene expression during cardiomyocyte differentiation[J]. Cell Death Differ, 2016, 23(4): 555–564.

[29] 杨翔宇. AF9在高效蛋白质转导技术重编程BM-MSCs为心脏祖细胞中的作用[D]. 广州: 南方医科大学, 2017.

（2023–02–02）

（2023–07–19）

R541

A

10.3969/j.issn.1673-9701.2023.22.028

广西一流学科建设青年学术骨干项目（DC2200001944）

廖长秀，电子信箱：76704799@qq.com