组蛋白修饰在高血压中的研究进展*

胡泽明，徐梦净，钟佳宁，陈 斌

(赣南医学院 1.2017级硕士研究生；2.2017级本科生；3.科研中心；4.第一附属医院，江西 赣州 341000)

多年以来，高血压一直被定义为持续性或间歇性的血压临界值超过140/90 mmHg，然而在2017年，美国心脏病协会(ACC)将其收缩压和舒张压临界值分别更改为130和80 mmHg[1]。尽管经过数十年来不断努力地研究它的治疗方法，高血压仍然是心肌梗死、心力衰竭、终末期肾病和中风的主要危险因素[2-3]。尽管如此，高血压的发病机制仍尚未完全阐明，这使它的相关治疗也止步不前。因此，阐明它的可能潜在机制对于开发新的治疗策略在临床应用中具有重大意义。

表观遗传学是指由基因组调控的在基因组范围内进行的研究，它可以改变基因活性但不改变DNA序列。近年来表观遗传学的研究引起了越来越多学者的关注，DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA已被认为是多种病理生理包括高血压的可能发病机制[4]。其中，组蛋白修饰对高血压的发病机制研究是现阶段的热点及难点，因此本文旨在对组蛋白修饰以及对高血压的相关研究进行系统阐述以期展望于临床治疗。

1 组蛋白修饰

组蛋白是由许多含有碱性侧链的氨基酸(特别是赖氨酸和精氨酸)组成的高碱性蛋白质。组蛋白的功能主要是将DNA进行包装并排序到一个称为核小体的结构单元中，它代表了染色质的主要蛋白质成分[5]。组蛋白修饰在染色质的重塑和基因调控中具有重要作用，根据核小体组蛋白在其尾端的特定氨基酸上由不同的化学基团共价标记的结果，可将组蛋白分为不同类型。研究最多的组蛋白修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等[6]。

1.1组蛋白甲基化组蛋白的甲基化修饰主要由甲基转移酶从中介导，甲基转移酶能将甲基转移到含有特定赖氨酸或精氨酸残基的组蛋白中[7]。与甲基转移酶活性相反的是，去甲基酶能够催化甲基基团从组蛋白上脱落，从而逆转这种表观遗传对特定基因表达的影响。赖氨酸残基可被单甲基化、二甲基化或三甲基化，根据甲基基团靶向赖氨酸残基的类型以及甲基化的程度，组蛋白甲基化与基因表达是否沉默或激活紧密有关。有研究表明，基因组某一启动子组蛋白H3的第4位赖氨酸残基三甲基化(H3K4me3)能增强基因的表达，而在同一组蛋白H3的第9和27位赖氨酸残基上三甲基化(H3K9me3和H3K27me3)却使基因的表达受到抑制[8]。

1.2组蛋白乙酰化组蛋白乙酰转移酶(HAT)能催化组蛋白进行乙酰化修饰，是真核细胞中用于调节基因表达的主要修饰之一。虽然组蛋白乙酰化已表现出与基因的表达活性相关，但由于存在组蛋白去乙酰化酶(HDAC)的作用，它能够脱去乙酰基团并因此抑制基因的表达，从而使基因的表达呈现一个动态平衡的过程[9]。组蛋白HAT将乙酰基团转移到组蛋白的赖氨酸残基上，使带负电荷的乙酰基团和带正电荷的赖氨酸残基相互结合，从而松弛DNA和组蛋白之间的紧密连接以增强DNA的转录水平[10]。与此相反的是，组蛋白HDAC会通过去除组蛋白中的乙酰基团并收紧染色质来抑制与组蛋白结合的DNA转录[11]。目前，有8种乙酰转移酶按其细胞定位可分为核型和细胞质型两种。有18种去乙酰化酶，如表1所示，可分为Ⅰ类、Ⅱa类、Ⅱb类、Ⅲ类和Ⅳ类[12]。在这些HDAC中，HDAC Ⅲ也被称为Sirtuins，是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依赖的去乙酰化酶[13]。

1.2.1乙酰转移酶抑制剂组蛋白乙酰转移酶抑制剂(HATi)是一类能干扰乙酰转移酶功能的化合物，目前已发现了几种HATi对乙酰转移酶具有高度的特异性。其中山竹醇(Garcinol)是一种聚异戊二烯化二苯甲酮类化合物，它提纯于印度番石榴，是一种天然的乙酰转移酶抑制剂，对p300 的HAT具有特异性。漆树酸(6-十九烷基水杨酸)是另一种乙酰转移酶抑制剂，对组蛋白乙酰转移酶p300和细胞的p300/CBP相关因子(PCAF)具有显著的抑制作用[14]。

1.2.2去乙酰化酶抑制剂组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACi)在结构上可分为四组：环肽、异羟肟酸、脂肪酸和苯甲酰胺[15]。拉格唑拉(Largazole)是由Luesch等发现的一种天然大环肽类似物，它具有高度的HDAC1选择性和抑制活性。有文献报道，它对高侵袭性的转化人乳腺上皮细胞和转化成纤维骨肉瘤细胞具有高度的选择活性[16]。异羟肟酸能够稳固地螯合组蛋白中的活性位点锌离子，是HDACi中最常见的锌结合基团(ZBG)[17-19]。有几种异羟肟酸衍生物如伏立诺他(SAHA)[20]、帕比司他(LBH-589)[21]和贝利司他(PXD-101)[22]已被FDA批准用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤、T细胞淋巴瘤或多发性骨髓瘤。恩替诺特(MS-275)是一种人工合成的苯甲酰胺衍生物，它可以特异性地抑制去乙酰化酶，已被用于治疗Ⅰ期和Ⅱ期临床试验中的白血病、淋巴瘤或实体瘤患者[23]。

1.3组蛋白磷酸化组蛋白的磷酸化和去磷酸化分别是由激酶和磷酸酶参与的动态修饰过程。苏氨酸、丝氨酸和酪氨酸是磷酸酶活性的主要靶点[24]。组蛋白磷酸化修饰对基因的表达会产生不同影响，并且会受到与其他表观遗传修饰交互作用的影响[25]。激酶可催化ATP中的磷酸基团加入到组蛋白中，而磷酸酶则催化磷酸基团的移除。由于磷酸基团带有负电荷，所以磷酸化一般与松开的常染色质相关，它会促进基因的转录[26]。不仅如此，激酶还和某些钙调蛋白激酶在病理性心肌肥厚中扮演着重要角色[27]。

1.4组蛋白泛素化组蛋白泛素化修饰在细胞功能中的作用是近几十年来研究的热点。泛素化是指通过E1活化、E2偶联和E3连接酶的顺序作用，添加大分子的多肽泛素到氨基酸残基上，泛素化的位点和程度取决于所涉及的酶复合物[28]。泛素连接酶将组蛋白中的赖氨酸残基NH3+基团与泛素相互连接，于是形成了单泛素化和多泛素化的组蛋白。目前，特异性组蛋白氨基酸残基泛素化的作用及其相关用途正在研究中，而且组蛋白H2B单泛素化是基因转录调控和染色质结构重塑的重要修饰方式[29]。

2 组蛋白修饰与高血压大鼠

有对高血压大鼠模型的研究表明，组蛋白修饰与ACE1的上调有关[30]。与此相似的是，用脂多糖来治疗患有高血压的大鼠，其后代表现出的ACE1基因过表达与ACE1启动子中的组蛋白H3乙酰化修饰(H3Ac)密切相关[31]。另有一项高血压成年大鼠的相关研究表明，HSD11B2基因下调与H3K36三甲基化修饰(H3K36me3)水平降低相关，这提示组蛋白修饰在大鼠患有高血压期间能够重塑染色质的结构[32]。

有学者报道血管紧张素Ⅱ引起的大鼠主动脉NKCC1基因的转录与翻译表达水平增强与组蛋白H3的低甲基化修饰相关，这提示表观遗传修饰能够调控NKCC1的转录，并通过相关的肾钠重吸收影响血压的高低[33]。Mehrotra等的研究表明，高血压容易引起靶器官损害，如高盐饮食诱导的高血压大鼠易致其心肌肥厚，并表现出高水平的AcH4和H3K4me3修饰，而过表达的心房利钠利尿肽(ANP)和脑利钠利尿肽(BNP)基因启动子中的H3K27me3和H3K9me3修饰水平则较低[34]。此外，WNK4是一种丝/苏氨酸激酶，是Na+-Cl-协同转运蛋白(NCC)的负调节因子，上皮细胞的Na+通道通过降低肾远曲小管对钠的重吸收，在维持正常的血压方面发挥着关键作用[35]。啮齿类动物WNK4基因表达下调导致的盐感敏性高血压与组蛋白修饰紧密相关[36-39]。Mu等报道，高盐饮食诱导的组蛋白H3和H4乙酰化修饰导致糖皮质激素受体介导的WNK4基因表达被抑制，同时NCC过表达导致钠潴留并最终导致高血压的发生[40]。根据目前国内外学者的研究，总结以上相关基因的组蛋白修饰见表2。

表2 高血压大鼠相关基因的组蛋白修饰

3 组蛋白修饰与血管平滑肌细胞

血管平滑肌细胞(VSMCs)可以通过影响血管张力的变化从而在调节血管外周阻力中发挥不可或缺的作用。VSMCs具有显著的去分化能力，它能够根据环境压力的变化在收缩和合成状态之间进行转换，因此VSMCs在高血压的病理生理进程中发挥着关键作用[41]。有研究表明，VSMCs中收缩和合成状态之间的这种表型转换可能受到表观遗传修饰的影响[42]。

普遍认为，轻度慢性血管炎症是高血压的重要病理生理机制。NLRP3炎性小体是一种在早期炎症反应中被激活的胞质复合体，它可以通过活化caspase-1来产生促炎细胞因子，如白细胞介素1 (IL-1)和白细胞介素18 (IL-18)，而这些细胞因子与高血压的发生密切相关[43]。最近的研究表明，在轻度慢性血管炎症的VSMCs中，NLRP3基因启动子上的H3K9和HAT的表达增强。更重要的是，姜黄素可以通过抑制HAT的表达来阻止轻度慢性血管炎症的 VSMCs中NLRP3炎性小体的激活、VSMC表型转换和增殖等[44]。这些研究表明，通过降低NLRP3基因启动子上的组蛋白乙酰化修饰水平来抑制促炎因子IL-1和IL-18的释放，可能在控制高血压的慢性炎症和减少疾病的发生发展方面有潜在疗效。

4 组蛋白修饰与血管内皮细胞

VSMCs是血管壁中层的重要组成部分，但血管内皮细胞能与循环系统的刺激物直接接触，其控制血压的作用研究较为广泛。血管内皮细胞功能障碍在高血压的致病中起重要作用，而组蛋白修饰也参与了高血压血管内皮细胞的调控。

内皮细胞可以释放各种血管活性因子，其中有血管舒张因子，如一氧化氮(NO)、前列环素(PGI2)和内皮衍生超极化因子(EDHF)等；还有血管收缩因子，如血栓素(TXA2)和内皮素-1(ET-1)等[45]。内皮一氧化氮合酶(eNOS)主要在内皮细胞中表达，是血管中产生NO的主要机制。NO释放紊乱与血管收缩因子的过表达有关，而血管收缩因子在循环系统中会进行一种恶性循环也是高血压发生的重要病理生理机制[46]。一项人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的体外实验表明，H3K9和H4K12的超乙酰化以及H3K4在eNOS基因启动子上的二甲基化和三甲基化可以上调eNOS的基因表达，并导致NO释放紊乱从而促进血管收缩因子的表达，进一步导致高血压的发生，这一结果表明组蛋白乙酰化修饰对eNOS的mRNA水平的变化可能在人类高血压发病中发挥重要作用[47-49]。

综上所述，组蛋白的甲基化或乙酰化修饰可对高血压大鼠的多种基因进行调控，不同的修饰方式或修饰水平表现出不同的相关效应，不仅如此，组蛋白修饰还可对VSMCs和血管内皮细胞的相关基因进行调控从而影响血压的变化。随着越来越多的研究，组蛋白修饰在体内外实验研究中对高血压相关基因的表达调控未来在临床上将展现出一种可期的治疗前景。