基于表观遗传学探讨中医药防治神经系统疾病的研究

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表观遗传学(epigenetics)是研究非DNA序列变化所致、可遗传、基因表达变化的一门新兴学科。表观遗传修饰主要集中在DNA甲基化修饰、组蛋白修饰、染色体重塑及非编码RNA调控等方面。它是一种遗传可逆的基因表达调控方式，以此角度防治疾病是当前的主要研究方向。表观遗传学的整体观、动态观与中医的整体观念、辨证论治等理论不谋而合。神经系统疾病的发生机制极其复杂，中医药以其独特的优势在其防治上发挥着越来越重要的作用，因而基于表观遗传学研究中医药在神经系统疾病的发生发展及防治中的作用有可能揭示神经系统疾病病理基础，阐明中医药的作用机制及寻找新的防治靶标。

1 表观遗传学与神经系统疾病

1.1 脑小血管病(CSVD) CSVD即脑小的穿支动脉和小动脉、毛细血管、小静脉的病变导致临床、认知、影像学及病理表现的综合征，是导致脑卒中、痴呆的重要因素[1]。脑卒中动物模型的缺血性脑组织中DNA甲基化水平的相关研究，对脑小血管损伤的机制和CSVD的防治研究都极为重要[2]。基于基因序列变异之外因素的作用来研究CSVD发生机制，有助于深入全面认识CSVD[3]。表观遗传学为探索CSVD的发病机制提供了更好的研究手段和方法，而且表观遗传学的生物标志物对于CSVD的危险分层及其分子诊断也极有临床价值。揭示CSVD 的遗传危险因素，深入CSVD 表观遗传研究，对于阐明CSVD的分子机制、进行早期诊断及风险评估均非常重要。

1.2 阿尔茨海默病(AD) AD即一种以进行性认知功能障碍和记忆力损害为主的神经退行性疾病，为最常见的痴呆类型。β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积和 tau蛋白过度磷酸化是AD发病的重要病因。而表观遗传修饰与AD的发病密切相关。例如，双胞胎中正常者和患AD者尽管其遗传基因完全一样，然而其基因修饰却出现了不同的变化[4]。AD病人的颞皮层中DNA的甲基化水平明显低于正常对照的同卵同胞。Aβ沉积导致脑啡肽酶(NEP)启动子甲基化而抑制NEP表达，从而加剧了Aβ 沉积[5]。糖原合酶激酶3β(GSK3β)负责tau蛋白磷酸化，蛋白磷酸酶-2A(PP2A)则负责tau蛋白的去磷酸化。缺乏维生素B引起 GSK3β启动子去甲基化，导致GSK3β过表达。同时，PP2A启动子发生甲基化而抑制表达，两者共同作用导致tau蛋白磷酸化加速，从而导致AD的发生和AD病情加重[6]。表观遗传学调控障碍是AD发病的主要原因，表观遗传学修饰在AD发生发展中起着重要作用。表观遗传学改变能够在表观遗传药物作用下进行逆转，因而可以为AD的治疗开创一片新天地。

1.3 帕金森病(PD) PD即以运动症状如静止性震颤、肌强直、运动减少和姿势步态异常等为主要临床表现，并伴有非运动症状如嗅觉减退、睡眠障碍、自主神经功能减退、认知功能障碍等的一种常见神经系统退行性疾病。近年来，已经证实PD的发病过程中有表观遗传学修饰的参与。例如，PD发病机制的一个重要因素为α-synuclein(SNCA)基因表达。研究已经发现降低人SNCA基因内含子1 的甲基化水平可以促进SNCA基因的表达，这种情况在PD病人的黑质、核壳及皮层均有发现[7]，尸检大脑发现在PD病人的黑质中，CpG-2甲基化水平明显下降，CpG-2区域可能是SNCA基因的内含子调控元件，其甲基化水平调控着SNCA的表达[8]。因此表观遗传学机制调控着SNCA表达，影响PD的发病机制。表观遗传学机制不同程度地参与了PD的发病及发展过程，它为揭示PD的发病机制和更有效地防治PD提供新的思路和方法。

1.4 癫痫(epilepsy) 癫痫是以脑部神经元过度放电所致的突然、反复及短暂的中枢神经系统功能失常为主要病理改变的慢性神经系统疾病。许多研究证实，DNA甲基化与癫痫发病密切相关。例如，Rett综合征经常伴发婴儿痉挛或其他严重癫痫综合征，其X染色体上MeCP2基因出现突变，使得甲基CpG结合域表达和功能异常[9]。通过直接和间接机制，MeCP2调控着癫痫发生有关的神经生物学程序[10]。癫痫动物模型中，与染色质重塑有密切关系的神经元限制性沉默因子REST及其亚型REST4 在惊厥时水平明显增高，并调控神经肽Y(NPY)及神经激肽B(NKB)等因子，而NKB在癫痫发生中发挥着重要作用[11]。抗癫痫药物丙戊酸为强效组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDAC inhibitors)，它可以抑制HDACs的活性，这说明丙戊酸可以通过调节组蛋白乙酰化或去乙酰化起到控制癫痫发作的作用[12]。癫痫病因及发病机制均非常复杂，通过对表观遗传修饰和癫痫关系及表观遗传修饰调控基因机制的研究可以更深入、更系统、更全面地揭示癫痫发生发展的表观遗传机制。

1.5 偏头痛(migraine) 偏头痛是临床最常见的原发性头痛类型，以发作性中重度、搏动样头痛为主要表现。全基因组关联研究已经发现了部分偏头痛相关基因，证实了与偏头痛病理生理有关的一些单核苷酸多态性蛋白的调节与表观遗传学相关。例如异黏蛋白(MTDH)和PR结构域蛋白 16(PRDM16)，MTDH的去乙酰化可以促进核因子κB(NF-κB)靶基因的表达[13]；而PRDM16 参与了去除果蝇嗅觉神经元分化进程中Notch靶基因的染色质修饰[14]。这说明一些偏头痛靶基因位点的表观遗传学修饰对偏头痛的发生发展起着重要作用。同步神经元活动例如扩展性皮层抑制(CSD)时的发作，可以改变参与神经元可塑性和保护性的标记[15]。这说明表观遗传学机制具有调控基础神经突触活动的作用。偏头痛病人神经元活动的增加可能改变了大脑的表观遗传学基因组，增加了症状的发作频率，使得症状发作的潜在兴奋途径更为敏感。表观遗传学联系环境因素和遗传因素，为深入了解偏头痛的发病机制找到新的切入点。

1.6 脑梗死(CI) CI即缺血性卒中。大量证据表明表观遗传调控在CI中具有重要作用[16]。DNA甲基化在CI中发挥着多方位的作用，影响包括全基因组和中枢神经系统损伤相关的特异性基因。大脑中动脉闭塞(MCAO)模型小鼠的缺血性脑组织中，DNA甲基化水平明显升高，从而可能导致脑部细胞凋亡。而采用DNA甲基化抑制剂治疗MCAO小鼠可以减少缺血性脑损伤的程度。降低转基因小鼠的神经元甲基转移酶(DNMT)1水平可以显著缩小MCAO后梗死区；反之，失去神经元DNMT1的小鼠无法避免脑组织缺血性损伤。因而动态调控DNMT表达和DNA甲基化状态可以防止脑缺血细胞死亡[17]。Baccarelli 等[18]检测CI病人的血DNA发现，和健康者比较，CI病人的基因组DNA甲基化(GDM)水平均明显降低。Carolina等[19]进一步发现，这种异常GDM在CI各亚型中却无明显差异。杨志甫等[20]发现，与对照组比较，CI组病人ER-α 基因启动子区甲基化率明显升高，可能参与了CI的发生发展。由此可见表观遗传学在CI的发病机制中起着重要作用，为CI的防治提供了新的途径和靶标。

2 中医药通过表观遗传学对神经系统疾病的防治

在无DNA 序列变化下基因功能的可逆、可遗传的改变是表观遗传学研究的主要内容，表观遗传学通过相互作用，多途径、多层次影响和调控遗传基因的功能与特性，而这些与中医药的整体观、天人相应的发病观、阴阳平衡理论、辨证论治的个体化治疗观等非常吻合。神经系统疾病发病的多种机制均受到表观遗传修饰和调控的影响，中医药可以通过多种途径对表观遗传修饰进行调节，从而对神经系统疾病起到防治作用，这也从客观证据上佐证了中医药防治神经系统疾病的科学性和有效性。

2.1 中药复方 补阳还五汤可以通过间充质干细胞分泌的胞外体提高miR-126的表达水平，而降低miR-221的表达水平，从而促进脑缺血后的血管新生[21]。活血解毒中药复方——血府逐瘀胶囊、四季三黄胶囊及其联合应用可以明显改善Apo E-/ -小鼠AS模型前列环素(PGI2)/ 血栓素A2(TXA2)比值、DNA甲基化与DNMT水平，从而对动脉粥状硬化起到一定的防治作用[22]。脑通栓可以减少缺血灶周边的星形胶质细胞、脑血管内皮细胞和神经元的凋亡，从而保护脑缺血再灌注大鼠的神经血管单元，促进神经功能的恢复[23]。温胆汤可以降低脂质代谢紊乱相关基因Adiponectin和LDLR甲基化率，从而改善脂质代谢[24]。本课题组目前正在基于表观遗传学调控研究临床效果显著的中药复方稳消Ⅲ号方[25]和恒清汤在治疗慢性缺血性脑血管病的作用机制，取得了令人满意的发现和成果。

2.2 中药有效成分 在防治神经系统疾病方面，中药有效成分的作用越来越受到人们的关注[26]。如人参的主要活性成分人参皂苷Rg1，可以降低体外人脐静脉内皮细胞miR-214的表达，升高内皮细胞一氧化氮合酶的表达，从而促进血管形成[27]。淫羊藿的有效成分淫羊藿苷可以促进SIRT1和PGC-1α的表达，保护实验性中风的缺血性神经损害[28]。N2a细胞系中，姜黄的有效成分姜黄素可以抑制CpG去甲基化诱导NEP的表达[29]。实验证实，杜仲的有效成分绿原酸可以激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)，提高肉碱棕榈酰转移酶(CPT)的表达，从而改善脂代谢[30]。

2.3 针灸 卢圣烽等[31]认为，研究DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传学调控及其相应调控蛋白酶，可以有助于深入阐述针灸的理、法、方、穴、术的物质基础。通督调神针灸预处理可能通过调控miR-290、miR-494及miR-664的表达降低水通道蛋白4、基质金属蛋白酶9相对表达量，从而诱导脑缺血耐受[32]。电针不仅可以激活miR-9调控NF-κB信号通路，而且可以降低信号通路相关促炎因子肿瘤坏死因子α的分泌，起到拮抗脑缺血再灌注损伤的作用[33]。针灸常联合百会与风府穴治疗老年痴呆，百会穴可能影响DNA甲基转移酶、组蛋白去乙酰化酶(HDAC)、乙酰化酶(HAT)表达水平和DNA甲基化、组蛋白修饰以及影响神经干细胞的增殖、分化；配伍风府穴可能提高DNMT、HDAC、HAT表达水平，提高组蛋白修饰和甲基化效果[31]。

3 总结与展望

表观遗传调控在神经系统疾病发生发展过程中发挥着重要作用，若以此为切入点进行中医药防治神经系统疾病的研究，将是今后研究的新思路和新方向。表观遗传调控特性与中医药作用整体性、综合性、双向性、功能性的特点具有异曲同工之处。因此，将表观遗传学的理念和技术引入中医药防治神经系统疾病研究中，具有很好的可行性、可操作性和实用性。今后应当以中医药理论为指导，结合长期临床实践积累[34-35]，借助于代谢组学[36]等系统生物学方法，将表观遗传调控在神经系统疾病发生发展过程的作用特点巧妙地融合其中，对探究中医药防治神经系统疾病具有深远的意义和良好的研究应用前景。