脱氧核糖核酸甲基化与冠状动脉粥样硬化性心脏病的关系*

李俊骍、廉姜芳综述，周建庆审校

脱氧核糖核酸甲基化与冠状动脉粥样硬化性心脏病的关系*

李俊骍、廉姜芳综述，周建庆审校

冠状动脉粥样硬化性心脏病是全世界范围内人类致死率和发病率居首位的疾病，由于其致病因素的多样性以及发病机制的复杂性，现有的研究尚不足以完全解释其病因和发病机制。脱氧核糖核酸（DNA）甲基化修饰是表观遗传现象中的一种，它是在不改变DNA序列的情况下而影响基因表达的表观遗传调控过程。DNA甲基化会抑制基因表达，去甲基化则会促进基因表达。目前有研究提示DNA甲基化修饰可能与冠心病的发生发展存在着关系，现就DNA的甲基化和调控，冠心病相关基因的甲基化进行综述。

冠状动脉粥样硬化性心脏病；表观遗传学；DNA甲基化

冠状动脉粥样硬化性心脏病，也被称作为缺血性心脏病，简称冠心病，是一种由于冠状动脉粥样硬化导致血管狭窄或者阻塞，从而使得心肌缺血缺氧而引起一系列临床表现的疾病。在全世界范围内，冠心病的发病率以及致死率都居于首位的，且上升趋势不断增加。每年因为冠心病而死亡的人数大约有700万[1]。据估计，在美国每25秒就有一个人会发生冠心病事件，几乎每分钟都会有一人因冠心病而去世[2]。

冠心病是一种由许多不同的环境以及遗传因素为诱因而引发的一种复杂性疾病[3]。流行病学研究显示，引发冠心病的主要危险因素有年龄、性别、血脂异常[4]，高血压，吸烟，糖尿病，肥胖等等[5]。不过引起冠心病最主要的危险因素是动脉粥样硬化。目前研究已表明，冠心病的发生是多种危险因素间及其各个环节间交互作用下发生的复杂性慢性炎症过程。人们对冠心病发生发展的机制尚不完全了解，现有的研究尚不足以完全阐明冠心病的病理机制。脱氧核糖核酸（DNA）甲基化修饰指的是在CpG双核苷酸序列的5’端的胞嘧啶环在复制完成后添加一个甲基，从而抑制基因的转录的表观遗传调控过程[6]。大量研究证明，DNA甲基化模式的改变可以直接或者间接的影响许多疾病的发生和发展。目前已有研究表明DNA甲基化程度的改变与冠心病发生存在关系。因此，本文就冠心病与DNA甲基化修饰的相关内容做一综述。

1 甲基化

DNA甲基化是指以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体，在DNA甲基化转移酶（DNA methylatransferase, DNMT）的催化作用下，在CpG双核苷酸序列的5’端的胞嘧啶环复制完成后添加一个甲基，使得胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶，同时S-腺苷甲硫氨酸转变为S-腺苷同型半胱氨酸的过程，但其并没有改变DNA链的结构。DNA的甲基化修饰使得DNA结合蛋白的部位—DNA双螺旋凹槽的外形发生改变，从而导致其与DNA结合蛋白的结合能力降低[7]。DNA甲基化主要发生在富含CpG核苷酸对的DNA序列上，这些富含CpG核苷酸对的序列被称为CpG岛。CpG岛通常位于管家基因的启动子区域，因此DNA发生甲基化修饰抑制基因转录，而低甲基化则激活基因转录。事实上，人类基因组中绝大多数的CpG双核苷酸序列都是甲基化的。

在表观遗传学领域中，DNA甲基化是一种已被广泛研究的表观遗传调控机制[8]，其包括从头甲基化和维持甲基化两种类型。催化和维持甲基化的酶被称为甲基化转移酶（methyltransferase,DNMT），主要包括DNMT1，DNMT2，DNMT3三种。DNMT1的作用主要是在DNA复制时维持甲基化[9]。DNMT3可以分为DNMT3A，DNMT3B和DNMT3L三种，DNMT3A和DNMT3B的作用主要是介导DNA的从头甲基化[10]，DNMT3L没有单独的催化活性，它是从头甲基化的调节因子，主要通过与DNMT3A和DNMT3B的C端结合，作为它们的辅助因子，协助DNA的从头甲基化[11]。

2 冠心病相关基因异常甲基化

DNA甲基化修饰自从被人们发现到至今已经有许多年的历史了。目前，已经有许多研究证明DNA的异常甲基化与多种恶性肿瘤的病理变化存在着关系。但是针对甲基化与冠心病的研究尚处于起步阶段，现有的研究仅发现了少量与冠心病有关的DNA甲基化改变。

2.1FOXP3基因

FOXP3基因位于人类X染色体Xp11.23，包含11个外显子以及一个上游非编码内含子。FOXP3基因是FOX转录调节因子家族的一个成员，它的主要功能是在调节性T细胞（regulatory T cells, Tregs）内表达核酸蛋白质。Treg细胞在免疫应答过程中选择性抑制免疫系统对抗原产生过高的免疫应答，维持机体免疫系统的稳态，其细胞功能正常的发挥需要FOXP3基因持续和高水平的表达[12，13]。Fontenot等[14]研究发现，FOXP3基因缺失的雄性小鼠体内尽管存在着CD4+ CD25+Treg细胞，但却无法发挥Treg细胞的免疫抑制作用。由此可见，FOXP3基因在Treg细胞免疫抑制功能的调控以及它们的发育过程中起到了十分重要的作用[15]。

Jia等[16]在比较急性冠状动脉综合症（Acute Coronary Syndrome, ACS）患者和冠状动脉正常样本外周血中Treg细胞数量后发现，ACS患者外周血中Treg细胞数量明显少于对照组，并且发现Treg细胞FOXP3基因特异性去甲基化区的DNA去甲基化修饰与ACS的严重程度有关。通过检测外周血单核细胞（Peripheral Blood Mononuclear Cell, PBMC）中DNMTs的mRNA水平后，Jia等同时发现ACS患者PBMCs中的DNMT3b表达量较对照组有明显升高。

动脉粥样硬化是造成冠心病的最主要因素。大量研究表明，炎症在动脉粥样硬化的发生发展过程中起到了不可或缺的作用[17]，然而免疫应答在这过程中起到了何种作用尚不十分清楚。有研究表明Treg细胞对于动脉粥样硬化具有很强的抑制作用[18]，在动脉粥样硬化动物模型中Treg细胞的数量较非动脉粥样硬化动物模型是下降的。FOXP3基因调节性T细胞特异性去甲基化区的DNA去甲基化修饰已被证明对外周血中Treg细胞具有抑制作用[19，20]。因此，FOXP3基因调节性T细胞特异性去甲基化区的DNA去甲基化改变通过减少外周血中Treg细胞数量而参与了动脉粥样硬化的发生发展。

2.2PLA2G7基因

PLA2G7基因位于人类6p21-p12染色体区域，其编码产物脂蛋白相关磷脂酶A2（lipoprotein-associated phospholipase A2, Lp-PLA2）是近几年受关注度较高的一个炎症因子。Lp-PLA2是一种在粥样斑块中由炎症细胞所分泌的一种酶[21]，它在血液循环中大部分与低密度脂蛋白（low-density lipoprotein, LDL）结合[22]，其他少部分则与高密度脂蛋白和极低密度脂蛋白结合。Lp-PLA2能水解LDL上的氧化卵磷脂，在动脉粥样硬化部位生成大量氧化型游离脂肪酸和溶血卵磷脂，两者是很强的炎性介质，可以通过损伤血管内皮细胞、诱导单核细胞浸润等方式引起炎症的发生。因此可以推测，血液循环中的Lp-PLA2与冠心病的发生发展可能是存在相关性。

从2000年至今，已有研究证明了血液循环中Lp-PLA2的水平与心血管疾病存在着关系。Garza等[23]对Lp-PLA2和心血管疾病之间的关系做了一个荟萃分析，结果显示Lp-PLA2和心血管疾病之间存在着非常强的关联性，并且指出Lp-PLA2在未来可能作为一个降低心血管疾病风险的治疗靶点。Goncalves等[24]的研究证提出，血液循环中的Lp-PLA2水平可能在冠心病的发展过程中起到了十分重要的作用。Jiang等[25]就PLA2G7基因启动子区DNA甲基化的改变和冠心病之间是否存在关联做了一个病例组和对照组的研究，结果显示在女性冠心病患者中，PLA2G7基因甲基化与冠心病风险之间存在显著的相关性，并且这种相关性不受年龄、吸烟、糖尿病和高血压这些因素影响。Jiang等[25]的进一步研究发现PLA2G7基因甲基化与女性冠心病患者血浆中总胆固醇、甘油三酯和载脂蛋白B水平的升高有关，并指出在女性冠心病患者中，PLA2G7启动区甲基化的改变可能是通过改变血浆中总胆固醇、甘油三酯和载脂蛋白B的水平对冠心病的风险造成影响的，而非通过改变Lp-PLA2水平而对冠心病造成影响。因此，PLA2G7基因的甲基化改变究竟是通过何种途径影响冠心病的发生发展，还有待进一步研究。

2.3ABCA1基因

血浆高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol, HDL-C）的浓度被认为是心血管疾病，尤其是冠心病风险的重要预测因素。血浆HDL-C的浓度与冠心病的发病率呈负相关。在所有影响血浆HDL-C浓度的因素中，遗传因素的影响被认为占到了60%。目前，一定数量的基因已被证明与血浆HDL-C的浓度有关，这期中就包括ABCA1基因[26]。ABCA1基因位于人类染色体9p31区，其编码蛋白为三磷酸腺苷结合盒转运子A1（ATP binding cassette transporter 1, ABCA1）。ABCA1是细胞膜上的一种整合膜蛋白，它能以ATP为能源，介导细胞内游离的胆固醇和磷脂游出，是胆固醇逆向转运和高密度脂蛋白（high density lipoprotein, HDL）生成起始环节中重要的物质。因此，ABCA1基因表达水平的高低与血浆中胆固醇、HDL的水平以及冠心病的发病风险有着密切的关系[27]。

Guay等[28]在研究发现，存在冠心病病史的家族性高胆固醇血症（familial hypercholesterolemia, FH）患者白细胞中ABCA1基因甲基化水平高于无冠心病病史的FH患者，同时他们也发现ABCA1基因上游第一个外显子区的低甲基化与血液循环中的高HDL-C水平存在着关系，并且这两者之间也是存在关联的。由此可以推测，ABCA1基因的高甲基化导致血浆中HDL-C的浓度下降，进而增加了冠心病的风险。

2.4F7基因

凝血因子Ⅶ是一种由肝脏合成并分泌的维生素K依赖性蛋白酶，当血管受损后，FⅦ与组织因子形成复合物，在一系列反应后转化为活化的凝血因子Ⅶ（FⅦa）,大大增强了促凝活性。由于FⅦ在凝血过程中的重要作用，它被认为与动脉粥样硬化的发生存在着一定的关系。已有研究发现，血浆中FⅦa的浓度升高是冠心病的一个重要风险因素[29]。

FⅦ基因位于人类13号染色体长臂，含有8个内含子和9个外显子。Friso等[30]研究发现，冠心病A1A1基因型组PBMCs中FⅦ基因启动子区甲基化程度低于对照组，这导致冠心病组有更高的FⅦa浓度。他们的研究提示了FⅦ基因启动子区的甲基化水平增高可以减少血浆中FⅦ浓度，从而减少冠心病的发病风险。

2.5F2RL3基因

F2RL3基因也称作PAR4基因，位于人类染色体19p12区，是蛋白酶活化受体家族的一个成员，其编码产物为蛋白酶活化受体-4（protease-activated receptor-4, PAR4）。PAR4属于G蛋白偶联受体家族，它能独立介导血小板活化，并且维持晚期血小板的聚集过程。Kasuda等[31]研究发现，乙醇可以通过抑制PAR4信号和减少Ca2+内流从而抑制血小板聚集，这可能有助于减少冠心病的发病率。

吸烟是影响冠心病死亡率和发病率的重要因素，Breitling等[32]研究发现F2RL3基因甲基化与吸烟存在着显著的关系，由于环境因素是引发DNA异常甲基化的一个因素，提示吸烟可能诱发了F2RL3基因的异常甲基化。Breitling等[33]在进一步的研究中发现F2RL3基因的低甲基化与冠心病的发病率存在的关系。这可能是由于低甲基化使得F2RL3高表达，增加了PAR4的信号传导作用导致血小板凝集增强，从而增加的冠心病的发病率。

3 展望

随着表观遗传学研究的兴起， DNA甲基化在调控基因表达上的重要作用，已越来越受到人们的重视。目前DNA甲基化与相关疾病的研究大部分集中在肿瘤发生的研究上。冠心病作为人类致死的头号疾病，与其相关的各种研究也从未停止过。然而，相对于肿瘤而言，DNA甲基化与冠心病的研究仍处于起步阶段。DNA甲基化本身是可逆的，并且环境因素的改变也会对其造成影响，这就使得DNA甲基化的研究在疾病治疗领域研究中占有了一定的地位。现有的研究已经表明DNA甲基化与冠心病的发生发展存在着重要的联系，随着研究的深入，环境因素与DNA甲基化和冠心病的关系；DNA甲基化影响冠心病的确切分子调控机制；冠心病危险因素与甲基化的关系这些问题有望得到进一步的解决。这将对DNA甲基化在冠心病诊断和治疗方面做出巨大贡献。

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2014-05-06)

（编辑：汪碧蓉）

浙江省自然基金项目（LY13H020008）；浙江省自然科学基金（LY13H020009）；国家自然科学基金（81370207）

315211 浙江省宁波市，宁波大学医学院（李俊骍）；宁波大学附属李惠利医院 心血管内科（廉姜芳，周建庆）

李俊骍 硕士研究生 研究方向为冠心病发病相关分子机制 Email: 550509813@qq.com 通讯作者：周建庆 Email: hjmpin@163.com

R54

A

1000-3614( 2014 ) 12-1051-03

10.3969/ j. issn. 1000-3614. 2014.12.023