中药调控DNA甲基化修饰的研究进展

汤琛琛++++++刘亚敏++++++石玉琳++++++陈启龙

[摘要] 表观遗传学是生物体表型或基因表达的遗传改变，但是它的改变没有影响DNA序列的变化，它强调了基因和环境的相互作用，已逐渐变为热点内容在生命科学前沿研究中。作为表观遗传研究进展内容中的一部分和应答机体内外环境变化的一种可逆修饰方式，DNA甲基化模式的异常与很多疾病有关。有研究表明，中药可以通过干预DNA甲基化修饰过程来发挥其疗效。本文分别从不同药性中药、中药单体及中药复方等方面对中药在调控DNA甲基化修饰过程的研究进行综述，以期为进一步研究中药在疾病治疗过程中的作用靶点及其机制提供理论依据。

[关键词] 中药；DNA甲基化；研究进展

[中图分类号] Q523 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）06（c）-0030-04

[Abstract] Epigenetics is a genetic change of the organism phenotype or gene expression， but its alterations do not involve the changes of DNA sequences， which emphasizes the interaction between genes and environment， and it has been becoming a hot content in the frontier research of life sciences. As one content of the research progress of epigenetics and a kind of reversible modification in response to internal and external environmental changes， the abnormal of DNA methylation pattern is associated with many diseases. Previous studies show that the traditional Chinese medicine plays a role for disease treatment by DNA methylation modification. This paper summarizes the recent studies of traditional Chinese medicine in regulating the DNA methylation from the aspects of different drug properties of traditional Chinese medicine， traditional Chinese medicine monomer and Chinese compound formula， so as to provide theoretical basis for further studying the targets and mechanism of traditional Chinese medicine in the process of treatment.

[Key words] Traditional Chinese medicine； DNA methylation； Research progress

表觀遗传学是将遗传因素和环境因素的系统整合，使得生物系统不仅具有像基因组一样复杂系统的稳定性，同时还具有很好的适应性和精准的反应性[1]。因此，现代表观遗传学原理与中医的整体观念、天人相应等理论不谋而合。DNA甲基化是表观遗传学重要的研究内容之一，通常是指由DNA甲基转移酶的催化的DNA序列中腺嘌呤（A）或胞嘧啶（C）中的碱基与甲基（-CH3）发生共价结合，DNA甲基化可以通过细胞分裂传递给子细胞。现代研究表明，中药具有很强的调节DNA甲基化水平的能力。本文综述了中药在对DNA发生甲基化修饰所产生的影响，进而进一步探索了中药与DNA甲基化修饰之间所具有的关系。

1 DNA甲基化的概述

DNA甲基化是表观遗传机制中最早被发现与基因沉默相关的内容[2]，一般是在基因调控元件（如启动子）的CpG区域发生-5mC的修饰，即在DNA甲基化转移酶（DNA-methyl transferase，DNMT）作用下，甲基基团合成到CpG中胞嘧啶第5位碳原子上[3]的过程。因此，DNA甲基化转移酶在对调控DNA甲基化、遗传印记、胚胎发育、正常细胞功能的维持以及人类疾病的发生均起着重要作用。DNMT在哺乳动物家族中包含5个成员，分别为DNMT1、DNMT2、DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L，但具有甲基转移活性只有DNMT1、DNMT3A和DNMT3B[4]。当细胞中非甲基化CpG被甲基化后，甲基结合蛋白便与之结合，染色质构象发生改变并导致基因表达沉默。如果在启动子区域发生DNA甲基化，转录因子与启动子结合将直接受到阻碍，导致基因转录水平降低或不能转录[5-6]。研究表明，DNA甲基化修饰可通过多种途径调控特定基因的表达，影响细胞发展进程，维持细胞稳定，一旦甲基化修饰出现异常，就会引起相应疾病的发生[7]。DNMT家族在DNA甲基化修饰过程中起到了非常重要的调控作用，而中药对DNA甲基化调控作用正是通过调节DNMT家族表达水平来实现的。

2 中药对DNA甲基化的调控

2.1 不同药性中药对DNA甲基化的影响

中药的药性分为寒、热、温、凉，而不同药性的中药对DNMT家族的调控作用也不同。一般来说，寒、凉药具有清热、泻火、利尿、化痰、凉血、滋阴、通便、开窍、熄风等作用。例如绿茶对DNMT表达起到抑制作用的是它的主要成分茶多酚和生物黄酮，进而调控DNA甲基化水平[8]。中药野生甘菊的主要成分是小白菊内酯，小白菊内酯可利用其自身携带的γ-亚甲基内酯环与Cys1226 巯基发生烷基化反应[9]，通过催化结构域硫醇盐来干扰转录因子Sp1与DNMT1启动区结合，抑制DNMT1表达，从而导致细胞在G1期出现静息[10]。研究发现，雷公藤根提取物雷公藤甲素可有效抑制乳腺癌细胞MCF-7中DNMT1、DNMT3A和DNMT3B基因的表达，进而调控p53和p73基因启动子区的甲基化水平，抑制MCF-7细胞增殖[11]。雷公藤甲素还可通过抑制人髓系白血病细胞系HL-60细胞DNMT1和DNMT3B基因表达来调控DAPK-1基因的甲基化水平，并促使DAPK-1基因表达水平上升来抑制HL-60细胞增殖及诱导细胞凋亡[12]。与寒凉药不同，温热药一般具有温阳、散寒、利水、通络以及暖肝散结、回阳救逆等作用。例如有一种很好的DNA甲基化抑制剂姜黄素，它主要从我国传统中药姜黄根茎中提取，能通过抑制DNMT1活性来调控整个基因组的DNA甲基化水平。在中药丹参提取物丹参酮ⅡA处理后的肝癌HepG2细胞中，发现DNMT1的mRNA表达水平明显下降，提示丹参酮可通过调控DNA甲基化水平来抑制HepG2细胞的增殖[13]。

2.2 中药单体成分对DNA甲基化的调控作用

在恶性肿瘤中DNA甲基化水平的异常是很常见的现象，可呈现出局部CpG岛甲基化不同程度增高以及整体甲基化水平低下[14]。系统性红斑狼疮的基因组DNA甲基化水平普遍较低，而中药砒霜中的主要成分三氧化二砷则可以通过提高自发性狼疮小鼠脾脏单个核细胞DNMT1基因表达水平来提升DNA甲基化水平[15]。研究发现，对乳腺癌细胞系T47D的p16基因启动子区CpG岛，中药成分CDP有去甲基化作用[16]。同时，CDP对抑癌基因GSTPl启动子区的高甲基化状态逆转也具有一定的作用，从而提高其转录活性[17]。从中药栝楼根提取的有效成分天花粉蛋白（trichosanthin，TCS）可有效抑制人乳腺癌MDA-MB-231细胞增殖，并诱导细胞凋亡，其主要作用机制就是通过TCS抑制DNMT家族的活性，进而调控SYK基因甲基化水平来实现的[18]。利用苦参碱处理白血病K562细胞后发现，DNA甲基化平均水平在整体细胞中出现明显下降，并由此诱导了K562细胞的凋亡[19]。在不同浓度姜黄素处理的不同癌细胞中，均发现MGMT基因和p16基因的启动子区CpG甲基化水平出现下降趋势[20]。姜黄素还可降低鼻咽癌细胞中RECK基因的甲基化水平，通过调控MMP9的活性来抑制癌细胞生长，表明姜黄素在很多肿瘤细胞中均具有较好的去甲基化作用[21]。除此之外，在DU145前列腺癌细胞系中柚皮苷，香叶木苷和橙皮苷均具有去甲基化作用[22]。

中药对DNA甲基化诱导的心血管疾病有逆转作用，研究发现，动脉粥样硬化和高血压与11β-HSD2 基因有很强的关联性，导致该基因转录活性及表达水平有所下降主要由该基因启动子及第一外显子区的CpG岛发生甲基化引起，进而导致了血压升高[23]。Liu等[24]通过将姜黄素和DNMT1的相互作用的分子对接发现，姜黄素发挥抑制DNMT的作用主要通过与DNMT1发生共价结合。贾镭[25]发现影响DNMT3的表达是由可可及其产物来实现，DNMT3的表达可以改变动脉粥样硬化进程。而在眼科疾病研究中，Farinelli等[26]发现视网膜色素变性会导致DNMT3a的表达增加，而DNA发生甲基化的水平增加则会引起相对应的位点基因的转录下降。视网膜母细胞瘤及葡萄膜黑色素瘤甲基化的高发生率也已被证实，其中抑癌基因启动子区甲基化是导致癌症发生的重要因素之一[27-28]。吴文婷等[29]通过对具有调节甲基化作用的中药进行总结后认为，依据中医的“同病异治、异病同治”的经典理论，具有补肾填精、益气健脾活血、化痰散结等作用的中药同样也可作为眼科疾病的治疗。

2.3 中药复方成分对DNA甲基化的调控作用

中药相对于西药能够作用多靶点，具有不容易产生耐药性和副作用小等特点[30]。由茵陈、党参、栀子等13味中药组成的复方愈肝颗粒则可以同时调控DNMT1、DNMT3A和DNMT3B等3个DNA甲基化转移酶的表达水平，进而从多个维度调节肝细胞DNA甲基化水平以达到保肝防癌的作用[31]。由半夏、天南星、茯苓、白芥子、陈皮、全蝎、鸡内金、炙甘草等组成消痰散结方，郭维[32]运用消痰散结方对胃癌细胞系的抗癌作用机制进行研究，发现其可以逆转p16基因甲化，提高了p16mRNA的表达量，这个研究目前仅限于对单个癌细胞甲基化p16基因的逆转，消痰散结方对于癌症的别的基因的甲基化是否有逆转作用，目前具体作用机制尚不明确，DNA去甲基化对癌基因抑制功能恢复的研究以及对新的去甲基化药物筛选的研究均将成为新型肿瘤基因的治疗手段。

在骨髓增生异常综合征的治疗中，由不同比例青黛和雄黄组成的青黄散对患者的治疗效果不同，药物中雄黄的比例越大，作用效果越明显。高飞[33]研究发现，含雄黄比例高的青黄散通过抑制DNMT1 mRNA的表达，减少了SAM向DNA甲基化，降低了DNA的甲基，从而改变了患者的高基化状态，使得患者的外周血象发生改变，达到治疗的目的。雄黄为含砷剂的化合物，砷可以在机体中竞争甲基体进一步影响SAM及其代谢产物的变化，达到竞争甲基基团的作用。汪琛颖等[34]研究发现，由太子参、黄芪、玄参、丹参、僵蚕、水蛭等组成的中药复方糖维康在治疗糖尿病的过程中能通过脱去CpG岛甲基来活化一些基因，从而对疾病的治疗起到了作用。王蕾等[35]研究表明，由人参、鹿茸、杜仲、巴戟天等药组成的参茸补血丸通过抑制DNA甲基化酶的活力来降低DNA甲基化水平，进而使肝肾组织中的RNA聚合酶活力提高，促进了相关功能基因的表达，促进生殖器官发育或提高组织修复。

由此可见，中药既可以通过提高DNA甲基化水平来抑制基因的过表达，也可以通过降低DNA甲基化水平来促进低表达水平基因的表达。人体达到“阴阳”平衡的状态并实现对疾病调控作用在多基因、多靶点、多成分方面，可以通过中药不同组合。

3 小结与展望

目前，研究发现的对某些抑癌基因高甲基化具有作用的特异性抑制DNA甲基转移酶，这些具有特异性抑制的酶尚未发现对基因组和原癌基因的低甲基化表现出治疗作用，虽然已经开发出一些针对DNA甲基轉移酶调控基因的表观遗传学机制的药物，但这些药物作用位点多体现在某一特定的位置，临床应用发现这些药物毒副作用相对较强，另外，相比这些单味中药复方的优势可能更为显著，对于疾病而言，不同药物的组合从多种途径共同作用却是中药研究的重点难点[36]。阴阳平衡状态多依据中医所遵循的整体观念，从整体调节，通过中医的五行相生相克关系，中医药通过调节各个脏腑的功能实现对疾病或不同疾病证候的治疗，从微观角度看，达到治疗的目的主要通过调控基因的转录及其表达，使之重新恢复平衡状态。相信随着DNA甲基化在中药干预下的研究不断延伸和扩展，以及对中药及其复方与DNA甲基化系统性研究的力度的变大，DNA甲基化和DNA去甲基化未来在中药及其复方干预下它们的具体靶点和机制也会逐渐被明确，这些都将会促进对中药的性质阐述及其客观化判别进程。通过药物或基因疗法等手段有目的地改变基因的甲基化状态进而影响疾病发展进程是一项很有吸引力的研究工作，具有广阔的应用前景。

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