脑源性神经营养因子和血清素再摄取转运体编码基因甲基化与卒中预后的关系

闫然，闵妍，全柯华，李子孝，3，4（

甲基化是最早发现且研究最多的表观遗传学修饰途径，是通过将一个或多个甲基添加到胞嘧啶5号碳位上（5-mC）来改变局部染色质的结构，对基因组的功能调控和稳定性维持具有重要意义[1]。DNA甲基化在卒中发生后通过改变相关基因的表达水平，影响神经可塑性及脑缺血、缺氧后的损伤和修复过程。目前较多动物实验和临床研究证实DNA甲基化与卒中预后相关[2-3]。脑源性神经营养因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）及血清素再摄取转运体编码基因——溶质载体家族6成员4（solute carrier family 6，member 4，SLC6A4）基因表达均受甲基化调控，且可能与卒中功能康复及情绪障碍等多种因素相关[4-7]，与卒中临床预后息息相关。本文通过探讨BDNF及SLC6A4基因甲基化水平与卒中预后的相关性及可能的作用通路，为改善卒中临床预后提供可能的干预靶点。

1 脑源性神经营养因子基因甲基化与卒中预后

随着对卒中后大脑内源性修复机制的研究不断深入，越来越多的证据表明神经可塑性是脑损伤后神经功能恢复的基础[8]。BDNF是脑内含量最丰富的神经营养因子，BDNF及其受体在神经系统广泛表达，在突触可塑性及神经元生长等方面发挥重要作用。当神经元受损时，BDNF能发挥改善神经元的病理状态、防止神经元死亡并促进其再生及分化等生物效应。DNA甲基化是BDNF基因转录的主要表观遗传调控机制[9]，高甲基化状态与BDNF基因的低表达密切相关。

1.1 脑源性神经营养因子基因甲基化与卒中后功能康复的关系 研究表明，BDNF与卒中后运动、感觉、认知等功能恢复，尤其是运动功能的恢复密切相关[10]。BDNF基因的Val66Met单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNP）是指6 6 密码子（Val66Met）上发生氨基酸替换（缬氨酸-蛋氨酸），是目前BDNF基因多态性研究最为广泛的位点。而Val66Met次要等位基因A携带者甲基化水平显著增加，对BDNF相关病理生理的影响尤为重要[11-12]。Kim等[3]通过对286例卒中患者的研究发现BDNF启动子区域的高甲基化水平与较差的远期（1年）预后独立相关，包括运动功能及认知功能，但与短期（2周）预后无关。可能的原因是BDNF基因启动子区域的甲基化会导致BDNF的合成减少，从而抑制细胞黏附、细胞增殖、血管生成，进而促进神经元凋亡[13]。此外，BDNF基因甲基化对卒中后康复治疗的影响在近年来也逐渐被认识。卒中后神经的可塑性为神经康复治疗提供了理论基础。运动康复训练能够通过突触可塑性（包括增加树突分枝并重建脑半球间的轴突连接，以及改善缺血性卒中后对侧锥体束的再生等）促进运动功能的恢复[14]。研究表明BDNF基因与运动皮质可塑性相关[12]，这可能解释其对卒中后康复治疗的影响。Santoro等[12]的研究表明BDNF基因A等位基因携带者接受康复治疗后启动子区域甲基化增加，获得良好预后的比例较低，这可能与运动皮质神经可塑性降低有关。在卒中发生后6个月接受经颅直流电刺激的患者中，BDNF基因Val66Met位点A等位基因携带者康复第9天时运动技能评分较差[4]。此外，卒中后Val66Met位点A等位基因携带者比非携带者需要更多的时间学习跑步机行走训练，适应能力较差[15]。

1.2 脑源性神经营养因子基因甲基化与卒中后情绪障碍的关系BDNF基因甲基化水平降低也可能在未来作为卒中后抑郁（post stroke depression，PSD）及卒中后焦虑（post stroke anxiety，PSA）的早期预测指标[6]。Yang等[16]的研究结果提示，卒中第1天血清BDNF水平＜5.86 ng/mL与卒中急性期发生PSD独立相关（OR28.992，95%CI8.014～104.891），提示BDNF可能用于识别卒中后PSD的风险。Kim等[17]发现BDNF基因启动子区域的高甲基化水平与卒中2周后PSD的发生独立相关，且与1年后抑郁症状的恶化显著相关。Kang等[18]对BDNF基因甲基化和多态性与卒中后2周及1年PSA的发生进行了研究，发现无论基因多态性如何，BDNF平均甲基化水平较高的患者在1年后更有可能出现焦虑。这可能因为BDNF基因甲基化受环境应激因素的影响，平均甲基化水平较高导致BDNF表达下降，进而使卒中患者的杏仁核和海马体对恐惧的反射增强，导致卒中患者更容易出现焦虑、抑郁症状。包括药物治疗和心理治疗方法在内的干预有助于降低BDNF的高甲基化水平，且治疗前甲基化水平越高，治疗效果越好。

综上所述，BDNF作为脑内含量最丰富的神经营养因子，在脑损伤后神经功能修复过程中发挥重要作用，因此BDNF一直是多种神经系统疾病治疗的研究热点[19]。目前BDNF基因甲基化已被证明与卒中后康复治疗及情绪障碍相关，且其高甲基化水平与较差的临床预后相关。受限于目前该领域临床研究数量较少且样本量小，BDNF基因甲基化水平是否可以作为卒中患者康复治疗及情绪障碍的生物学标志尚无法定论。进一步的大样本量临床研究将有助于未来对卒中患者预后进行预测并提供针对性治疗。

2 血清素再摄取转运体编码基因甲基化与卒中预后

血清素再摄取转运体也被称为5-羟色胺转运体（5-hydroxytryptamine transporter，5-HTT），由SLC6A4基因编码，通过将5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）从突触间隙转运到突触前神经元而调节5-HT的含量，与包括抑郁、焦虑在内的多种神经精神疾病的病理生理机制相关[20]。研究表明SLC6A4基因启动子区域甲基化水平升高会导致5-HTT mRNA水平降低，5-HTT表达及5-HT再摄取减少[21]，进而造成5-HT能系统功能失调。

2.1 血清素再摄取转运体编码基因甲基化与卒中后功能康复的关系 多项研究表明SLC6A4基因甲基化与卒中后的功能结局及康复治疗相关。近期，Kang等[22]发现SLC6A4基因启动子区域的高甲基化水平与卒中后8～14年发生复合心脑血管事件（包括复发性卒中、心肌梗死和血管性死亡）风险升高相关。这可能是因为SLC6A4基因启动子区域高甲基化水平降低了5-HTT的转运功能，导致5-HT的可利用性下降，5-HT能轴调节障碍，进而促进大脑和外周血小板聚集和局部血管收缩，增加了复合心脑血管事件的发生风险[23]。Santoro等[5]发现卒中亚急性期患者接受常规及物理康复治疗6周后，根据改良的Barthel指数及日常生活能力评分进行预后评价，与预后不良的患者相比，预后良好的患者SLC6A4基因启动子区域甲基化水平显著降低。这一变化可能会导致5-HT再摄取障碍，运动皮质的兴奋性以及神经元的可塑性发生改变[24]。5-HT能系统与下丘脑-垂体-肾上腺（hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA）轴相互作用，影响体内炎症因子及免疫介质的释放[25]，进而阻碍卒中的恢复。综上，SLC6A4基因甲基化可能成为卒中患者管理的生物标志物。

2.2 血清素再摄取转运体编码基因甲基化与卒中后情绪障碍的关系 在情绪障碍方面，5-HT是5-HT能神经传递的关键调节因子，可调节海马神经元的可塑性，维持犬尿氨酸（kynurenine，KYN）轴及HPA轴平衡[25]，参与抑郁症发生发展的病理学过程[26]。目前已有研究表明SLC6A4基因多态性与卒中后情绪障碍相关[27]，然而有关抑郁障碍的大型全基因组关联研究（genome-wide association studies，GWAS）却没有发现5-HTT的SNP与抑郁症之间的联系[28]，这可能是因为经典的GWAS方法只研究单个SNP的直接作用，而没有考虑其内在联系及表观遗传学的影响。Kim等[7]对SLC6A4启动子区域甲基化状态与PSD的相关性进行了研究，发现SLC6A4启动子区域的高甲基化水平与卒中2周和1年后的PSD发生独立相关，并且与1年后抑郁症状的恶化显著相关，DNA甲基化为PSD的发生机制提供了一个新的视角。SLC6A4甲基化不仅影响PSD的发生，同时在抗抑郁治疗中发挥了一定作用。研究表明SLC6A4基因启动子区域低甲基化状态可使抗抑郁药物的治疗反应性降低，这可能是由于SLC6A4基因启动子区域的低甲基化水平使5-HTT的表达增加，从而反馈性导致突触间隙中可利用的5-HT减少，抵消了5-HT能抗抑郁药的作用[29]。

综上所述，SLC6A4基因启动子区域的甲基化水平通过调节5-HT能系统，影响海马神经元及运动神经元的可塑性，参与HPA轴及KYN轴的平衡，影响炎症因子及免疫介质的释放，进而影响卒中远期预后，且与抑郁障碍的发生发展以及抗抑郁治疗密切相关。SLC6A4基因甲基化对卒中预后多维度的影响，为未来的神经可塑性康复治疗以及疾病修饰治疗提供了参考依据。

3 展望

随着基因组测序技术的迅速发展，DNA甲基化的临床应用前景广阔。BDNF和SLC6A4基因甲基化通过调节BDNF及5-HT水平，调节神经元突触的可塑性参与到卒中恢复及康复过程，同时调节海马、杏仁体参与的相关回路，在卒中后情绪障碍中发挥了重要作用。目前已有研究表明二者存在相同的回路及相互作用，共同参与到不同的行为心理过程中。未来卒中预后相关的BDNF基因甲基化研究，需要更多的集中于卒中的功能结局方面进行验证，针对SLC6A4基因甲基化与卒中预后的相关性，也需要更多的研究支持。精准诊疗与康复已经成为个体化医疗的核心，癌症的表观遗传疗法已经应用于临床。期待将来会有更多大样本、前瞻性、随机临床试验来为DNA甲基化的临床应用提供更多循证医学证据。