迟发性运动障碍与DNA甲基化之间关系的研究进展

韩佳睿 张苹 张媛

摘 要：DNA甲基化是最常见的表观遗传学修饰之一，异常的甲基化影响基因的转录和表达。有研究表明DNA甲基化可能在精神疾病的发生机制中发挥着很大的作用。本文通过综述迟发性运动障碍的研究进展及DNA甲基化可能发挥的作用，为预测TD的发生发展及临床治疗和预防提供理论依据。

关键词：DNA甲基化；精神分裂症；迟发性运动障碍

中图分类号：R741.02 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.20.010

文章编号：1006-1959（2018）20-0032-04

Abstract：DNA methylation is one of the most common epigenetic modifications，and abnormal methylation affects gene transcription and expression.Studies have shown that DNA methylation may play a large role in the mechanism of mental illness.This article provides a theoretical basis for predicting the occurrence and development of TD and clinical treatment and prevention by reviewing the research progress of tardive dyskinesia and the possible role of DNA methylation.

Key words：DNA methylation；Schizophrenia；Tardive dyskinesia

迟发性运动障碍（tardive dyskinesia，TD）主要是由于长期大量服用抗精神病药后引起的一种特殊并持久的异常不自主运动综合征，最为突出的是口、唇、舌及面部不自主运动，称为“口-舌-颊三联征”，表现为吸允、舐舌、鼓腮，有时伴有躯干及四肢舞蹈样动作或手部指划样动作[1， 2]。TD一旦发生，很难逆转，并且具有致残率高，预后较差等特点，但目前临床尚无特异性的治疗方法。所以对TD的发生机制的研究就变得尤为重要。

1 TD的发生机制

1.1机制假说 ①多巴胺受体（dopamine receptor，DR）超敏学说[3，4]：是目前最被认可与流行的假说，长期服用大剂量的抗精神病药物可阻滞突触后DR，使突出前多巴胺（DA）合成及释放反馈性增加，而突触后DR对DA敏感性增强，产生DR超敏反应，处于“去神经增敏状态”，对DA变得更为敏感。此观点可以解释增加抗精神病药物剂量会暂时抑制TD的症状，而突然撤退或使用DR激动剂会恶化甚至引发TD，但是不能解释在开始使用抗精神病药物几周就出现DR超敏，在药物使用一段时间后才出现TD[5，6]。但近来该理论受到质疑，在应用DA受体激动剂时，TD的原有症状并没有加重，也不能解释TD出现缓慢、停药后不能自行缓解的现象[7]。②神经元变性假说：患者长期应用抗精神病药物能增加体内的儿茶酚胺浓度，儿茶酚胺代谢产物自由基能破坏细胞蛋白，细胞膜及 DNA。基底节神经变性是TD发生的病理基础。自由基参与TD病理生理多个环节。包括神经细胞胞膜的破坏，特别是基底神经元的病理改变、抗氧化酶系统的失衡以及血浆脂质过氧化物诱导物浓度的增加等。大脑中儿茶酚胺神经递质的代谢为自由基的主要来源。对于精神疾患，由于镇静剂的运用阻断了儿茶酚胺神经递质受体，增加了DA 神经递质在突触间浓度以及代谢产物。而基底节儿茶酚胺以及离子浓度的升高，使基底节的神经变性最为严重，TD的产生可能和此处神经元持久改变密切相关[8]。③GABA功能低下学说：有学者报道在TD患者中存在部分纹状体GABA能中间神经元受损或功能障碍[9]。该理论在迟发性运动障碍的发病机理中也起到了一定的支持作用，主要认为在神经解剖环路控制运动的过程当中GABA不足，影响TD的发生。然而在临床治疗实验中，通过提升GABA的浓度却无法获得让人满意的疗效。目前尚不能确定具有GABA作用的药物在治疗TD方面的效能。人们对GABA在TD的发病机制中所起的作用尚有疑问[10]。④氧化应激假说：自由基具有神经毒性，损害神经元，最终导致不同神经递质系统的退行性变。此观点认为长期服用抗精神病药物可以增加自由基的生成[11]。此假说可以解释停用药物后TD症状的不可逆。

1.2分子遗传学研究 家系和动物实验的研究提示，遗传因素在TD的发生中起一定作用[12]。在临床实践中，不同个体对TD的易感性存在差异。同一种抗精神病药物，部分年轻患者可能服用数月后即可产生TD，而有些老年患者可能服用数十年也不出现TD，不同个体对同一种抗精神病药物的反应不同可能与其独特的基因图谱有关[13]。近年来，诸多学者为解释TD发生的遗传学机制对TD候选基因进行了基因多态性的研究，其中包括抗精神病药物代谢酶细胞色素P450基因多态性，如CYP2D6[14]、CYP3A4[15]；神经递质相关的基因，如儿茶酚胺氧甲基转移酶（catechol-o-methyltransferase，COMT）基因的Vall58Met[16]；5-羥色胺受体（5-hydroxy tryptamine receptor，5-HTR）基因多态性，如前额叶皮质5-HT7受体的表达水平降低[17]；γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受体基因多态性如GABRA3，GABRA4，GABRB2[18]和自由基清除酶如锰超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）基因多态性等。

近年来，大多数学者认为遗传易感性、环境及基因与环境的相互作用在精神疾病中发挥很大的作用。精神分裂症的发病机理主要是脑内递质出现异常，导致脑内存在病变，而遗传因素和环境因素在精神分裂症的发病过程中均起到重要作用，可能是两者相互作用共同导致精神分裂症的发作。基因与环境交互作用的中介是表观遗传[19]。TD是由于长期服用抗精神病药物所引起的一种异常不自主综合征，因其发病机制不清楚，从而给患者的治疗带来很大的困难。因为既往的假说均不能很好的解释TD的发生与发展，所以以表观遗传角度为切入点进行研究或许会有所发现。

2 药物与表观遗传学研究

2.1表观遗传与DNA甲基化 Csoka AB等提出药物表观遗传的假说：认为表观遗传是基因与环境相关作用的产物，是基因受环境刺激的影响而引起的持久变化，环境中的化学物质包括化学药物使这一变化更加显著。临床使用的诸多药物也可引起持久的表观遗传变化。药物可能通过直接和间接的机制导致表观遗传变化。直接机制可能包括由药物引起的DNA甲基化、染色质重塑等，由此改变基因表达；间接机制可能是药物通过改变受体、信号分子以及必须蛋白的表达，进而影响遗传调控通路。由于长期服用药物，机体可能发生一系列的变化适应，如DNA甲基化、染色质重塑、RNA沉默等，形成永久的表观遗传网络[20]。DNA甲基化是一种常见的遗传学修饰。DNA甲基化是指甲基化合物（S-Adenosyl-L-methionine，SAM）在甲基转移酶（DNA methytransferase，DNMTs）的激活下，将甲基基团转移到DNA分子中特定碱基上的过程，最普遍的是在胞嘧啶上形成5甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5-mC）。DNA甲基化是一种进化上保守且具有重要生物学功能的表观遗传机制，它可以在不改变DNA一级结构的情况下调控基因表达。目前认为，DNA甲基化参与基因表达的调控，基因调控元件（如启动子）的CpG岛甲基化修饰会阻碍转录因子复合物与DNA的结合。更重要的是，甲基化的DNA结合CpG结构域蛋白（methyl-CpG-binding domain proteins，MBDs）。随后MBDs招募染色质重塑蛋白到结合位点，导致染色质发生异染色质化，从而抑制基因转录。甲基化状态的改变与基因位点突变、基因缺失及基因表达异常的发生密切相关[21，22]。因此DNA低甲基化可能会通过导致基因缺失、异位等，从而使某些相关基因的转录、翻译、蛋白质等发生异常。高甲基化可使基因转录发生沉默，导致蛋白质的表达异常，从而影响蛋白质相对应的生物学功能。该理论假说也很好地解释了TD在患者服药一段时间后出现，撤药后仍不能自然缓解或消失的这一临床现象。

近年来，随着DNA甲基化研究的不断深入，DNA甲基化检测技术也变的越来越多，如芯片技术和高通量测序技术，使不同类型的甲基化的研究变为可能。用于甲基化研究的主要技术包括第三代高通量测序技术（三代测序）[23]，此技术通过分子量区分不同的碱基，因此甲基化修饰的碱基也可以通过分子量差异被检测出。避免了重亚硫酸盐处理，同时读长优势降低了重复序列的比对和拼接难度。第二代高通量测序 （二代测序）技术[24]，此技术使得成本大幅降低、测序时间缩短和准确度提升，从而深度测序得以实现，这对于一些低拷贝变异的检测是至关重要的。该技术的缺点是 DNA 进行重亚硫酸盐处理后海量测序数据比对、拼接难度高。基因芯片检测技术（microarray）[25]具有检测速度快，数据平行性、准确性、稳定性高，价格低的优势。基因芯片采用全基因组范围内设计探针，但并非全基因组的 CG 位点都作为探针被检测，因此不能获得基因组上全部的甲基化数据。

2.2精神分裂症与DNA 甲基化 有研究证据提示，DNA甲基化在精神障碍患者的GABA能神经元失衡中起重要作用。在精神分裂症患者中，reelin基因的表达与其启动子的甲基化状态相关，高度甲基化可降低reelin基因的表达水平[26， 27]。精神分裂症小鼠模型试验表明，L-甲硫氨酸通过调节RELN基因启动子的甲基化而降低RELN基因的mRNA表达水平，从而加重精神分裂症的症状，如小鼠自发活动增加、刻板行为等。一项全基因组的表观遗传研究显示，在精神分裂症中谷氨酸受体基因、谷氨酸转运体基因和一种调节GABA受体产生的蛋白基因（MARLIN-1）的CpG岛都存在DNA甲基化异常[28]。 Petronis A等发现精神分裂症发病差异的同卵双生子的DRD2启动子区甲基化存在差异[29]。近年來，表观全基因组关联研究结果进一步证实了GABA能相关基因的表达在精神分裂症中发挥一定的作用，在精神分裂症患者的脑中存在谷氨酸脱羧酶1调控网络中基因[30，31]的甲基化异常。

3 总结

不断研究的证据显示表观遗传学因素可能在精神分裂症发病机制中起到一定作用。DNA甲基化作为一种表观遗传学机制，可能与神经精神疾病和抗精神病药物作用相关的异常表达调控相关。而TD是由于长期服用抗精神病药物引起的，由此推测，TD也可能与表观遗传中的DNA甲基化相关。由于有关精神疾病的表观遗传学研究刚刚起步，通过系统文献检索，关于TD与DNA甲基化关联的报道研究还很少。通过研究DNA甲基化在TD中所产生的作用，为预测TD的发生及临床治疗和预防提供理论依据。

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收稿日期：2018-8-8；修回日期：2018-9-4

编辑/成森