肠易激综合征的表观遗传学研究进展

徐慧慧 王凯歌 董陆佳 李会芳 罗育骏 刘德纯,3*

河南科技大学临床医学院1(471003) 兰州大学第一临床医学院2 河南科技大学第一附属医院胃肠外科3

肠易激综合征(IBS)是一种以腹痛伴排便习惯改变为特征而无器质性疾病的常见功能性肠病，其发病是多种因素相互作用的结果，导致临床表现症状有所不同。随着生活压力的增大和生活水平的提高，IBS发病率不断升高。IBS缺乏可检测的生物学标志物，其是一种单纯基于症状的诊断。有鉴于此，了解IBS潜在的病理生理学、表观遗传学及其影响有助于IBS的诊断和治疗。表观遗传学改变包括DNA甲基化改变、组蛋白修饰、微RNA(miRNA)和长链非编码RNA(LncRNA)的差异表达。从表观遗传学角度解释IBS的变化可为了解其发病机制和疾病的治疗带来新的观点。本文就IBS的表观遗传学研究进展作一综述。

一、DNA甲基化

IBS与肠道慢性应激有关，慢性应激会改变下丘脑-垂体-肾上腺轴，促进肠道运动，并增加感知的内脏痛。Hong等[1]测量了糖皮质激素受体(NR3C1)编码基因的DNA甲基化和组蛋白乙酰化，证实慢性应激增强了大鼠外周神经系统内脏痛觉调控基因的甲基化。慢性应激导致L6-S2背根神经节启动子区甲基化增强，NR3C1基因表达减少。但目前对IBS患者中NR3C1的DNA甲基化尚未达成明确的共识。Mahurkar等[2]的全基因组DNA甲基化扫描和靶向测序研究发现，与健康对照组相比，IBS患者的全基因组DNA甲基化分子谱鉴定出133个差异甲基化位点(DMP)，平均差异≥10%(P<0.05)；这些基因与氧化应激和神经肽激素的活性有关，且SSPO、谷胱甘肽-S-转移酶-5和微管蛋白聚合可促进蛋白基因的差异甲基化。该研究还发现IBS患者SSPO基因表观遗传学变化与医院焦虑抑郁评分呈正相关。说明表观遗传学变化在IBS中具有重要作用，这可能为探讨IBS的发病机制提供了新的见解，需行更大规模的独立研究来确认相关基因的功能作用。

有研究[3]发现，与对照组相比，IBS大鼠结肠中309个基因表达上调，626个基因启动子区甲基化水平显著升高，其中参与上皮细胞连接和肠黏膜屏障的基因受到显著影响。通透性增加为IBS发病的主要机制。肠黏膜屏障完整性受损可能促进了微生物和有毒代谢产物等抗原渗入肠黏膜并刺激免疫反应，从而进一步使细胞上皮的通透性增加，促进低度黏膜炎症的发展[4-5]。当抗原渗入血液，表现出肠道外并发症时则称为肠漏综合征[6]。

二、组蛋白修饰

组蛋白尾部可发生多种共价修饰，包括赖氨酸乙酰化、甲基化、泛素化和素甲基化等[7]。乙酰化和甲基化是目前研究最多的组蛋白修饰。一般而言，核心组蛋白尾部的乙酰化导致染色质结构开放，允许转录，而组蛋白去乙酰化酶(HDACs)可抑制转录。压力生活事件特别是发生于童年时期，可能会对健康产生不利影响包括IBS。组蛋白乙酰化是一个关键的表观遗传学标志物，与许多应激相关的改变有关。HDAC3通过调节肠上皮细胞中的组蛋白乙酰化，可减轻肠上皮黏膜下水肿并降低炎症因子水平，维持肠上皮细胞正常的通透性[8]。Moloney等[9]通过母婴分离模型发现HDAC抑制剂SAHA可逆转早期应激诱导的内脏超敏以及应激诱导的排便。说明组蛋白乙酰化在早期应激诱导的成熟IBS模型内脏超敏的病理生理学中具有重要作用。有利于研发针对抗IBS表观遗传学机制的新型药物。

三、MiRNA

MiRNA是一种内源性非编码RNA，通过与靶向mRNA的3’非翻译区互补同源性结合，从而导致翻译抑制或mRNA降解，是最重要的基因表达调控因子。MiRNA与神经和免疫系统的相互作用可能作为控制痛觉反应的基因网络的主开关，并用于靶向治疗[10-11]。这种机制与胃肠道高度相关，神经免疫相互作用是控制胃肠道功能的关键因素。CLDN1是关键的紧密连接蛋白，可与维持肠道通透性的细胞内信号通路相互作用；NKRF是转录沉默蛋白，可抑制NF-κB的活性，与炎症和自身免疫病有关。Zhou等[12]发现在IBS大鼠模型中，miR-29过表达通过下调CLDN1和NKRF表达来增加肠道通透性，诱导微肠漏，产生慢性胃肠道症状；阻断miR-29可恢复肠道通透性。这些发现可能为通过miR-29调控肠道通透性的疾病的治疗提供新的治疗策略和靶点。

Hou等[13]的研究发现多种miRNA参与调节IBS的肠道通透性，其中miR-144表达明显上调，导致OCLN和ZO1表达下调，OCLN和ZO1可能是miR-144的直接靶点，可促进肠道高渗透性，损害上皮屏障的保护作用，并可能成为IBS潜在的治疗靶点。白细胞介素1α(IL1A)是IL-1的一种亚型，在细胞炎症过程中发挥作用。IBS大鼠模型中IL1A、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-2、IL-6等炎性细胞因子表达升高，表现出低度炎症的状态，而miR-181c-5p表达降低。MiR-181c-5p过表达可下调IL1A、TNF-α、IL-2和IL-6表达，通过抑制炎症反应而在IBS发生中起抑制作用[14]。

四、LncRNA

LncRNA在不同细胞环境和生物学过程中发挥作用，在转录和转录后水平对基因表达具有调节作用。对整个结肠黏膜转录组进行的研究[15]发现，IBS患者中参与调控平滑肌收缩的LncRNA表达与健康对照组相比出现了下调。胃肠道Cajal间质细胞(ICC)数量和完整性的改变可诱导IBS的发生。Zhao等[16]的研究以TNF-α处理ICC后，可诱导ICC的凋亡和促炎细胞因子的表达，刺激炎症的发生。NF-κB是炎症过程中的关键转录因子，NF-κB通路和Notch通路在IBS中被激活，参与炎症反应。LncRNA TUG1过表达通过下调miR-127，使NF-κB通路和Notch通路失活来减轻IBS的炎症损伤；沉默LncRNA TUG1可促进凋亡和促炎细胞因子的表达。由此可见，LncRNA有望成为减轻IBS炎症的潜在靶标。

五、微生物组和饮食作为环境因素介导IBS表观遗传学

IBS是一种压力敏感性疾病，推测环境因素可诱发表观遗传学变化。研究表明表观遗传学可调控肠道微生物群与宿主代谢之间的相互作用[17-18]。DNA甲基化和组蛋白修饰是部分受甲基化酶和乙酰化酶等调控的表观遗传学标志，而这些酶的活性取决于在这些反应中起底物和辅助因子作用的宿主和微生物代谢物。微生物群-营养代谢-表观遗传学轴在疾病发生中起有作用[19]。证据表明，表观遗传学事件是动态的，可受营养有效性和微生物改变的影响[20-21]。微生物及其代谢物在IBS表观遗传学机制中的直接作用尚未被研究，但有间接证据表明微生物产物参与表观遗传学修饰作用[22]。肠道细菌相互作用形成一些代谢产物包括神经递质或短链脂肪酸(SCFAs)，可能在IBS的脑-肠道菌群轴中发挥重要作用[23]。SCFAs已被证实通过抑制组蛋白去乙酰化酶促进活跃的染色质状态，从而促进转录来调节转录后的组蛋白修饰[24]。营养基因组学研究饮食与基因组因素的相互作用，是研究IBS的新兴话题，饮食和微生物代谢产物通过影响表观遗传学途径中的化合物或酶库来影响表观基因组。食物中的多酚与负责DNA甲基化和组蛋白乙酰化的酶相互作用，影响肠道组织中发生表观遗传学变化，通过调节肠上皮细胞中模式识别受体和炎症信号分子，抑制肠道炎症[25]。此外，饮食成分、辅助因子和维生素，包括S-腺苷蛋氨酸、叶酸、维生素B12、维生素B6、乙酰辅酶A在调节组蛋白修饰或DNA甲基化水平中发挥作用[26-27]。因此，研究饮食、微生物群和表观遗传学因素之间的相互作用，对理解IBS的病因学和研发IBS的个性化治疗方案可能具有重要意义。

六、结语

IBS是一种多因素相互作用的复杂性疾病，目前治疗仍以经验性治疗和减轻症状为主。不断探索其发病机制可对患者进行精准化治疗。研究IBS的表观遗传学对理解该疾病的病理生理学至关重要。压力、遗传、微生物、饮食等环境因素与表观遗传学相互作用。未来应不断深入研究，以便发现诊断IBS的生物学标志物和有效的治疗靶点。