组蛋白修饰在腹主动脉瘤发生和发展中的作用

王浙宇 薛冠华

腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm，AAA)是一种严重威胁人类健康的腹主动脉局限扩张性疾病。遗传、性别、吸烟和高龄是AAA发生的危险因素[1]，其中吸烟和高龄对表观遗传学改变的影响显著[2-3]。表观遗传学主要研究在不涉及DNA序列改变的情况下调节基因的表达，其机制主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、微RNA(microRNA，miRNA)和长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)等，这些机制在诸多疾病中扮演着重要的角色。组蛋白修饰是表观遗传学中一种重要的修饰方式，研究发现其与腹主动脉瘤形成密切相关，以下就组蛋白修饰在腹主动脉瘤发生和发展中的作用做一综述。

1 组蛋白修饰及其作用

组蛋白修饰是指在组蛋白翻译完成后，其氮端发生多种共价修饰。在正常情况下，该修饰过程可调控DNA复制、转录和修复。如组蛋白赖氨酸乙酰化中和了赖氨酸残基的正电荷，减弱了组蛋白和DNA中带负电荷的磷酸基团之间的吸引，导致该部分的基因向转录活性转变[4]；而组蛋白甲基化被相应效应器识别，导致转录相关分子的募集来改变染色质和转录状态[5]。

目前对组蛋白乙酰化与甲基化的研究较多，除此之外，磷酸、泛素、乳酸和聚-ADP-核糖基团等修饰已在组蛋白不同残基中被发现，这些修饰因素可调节基因的表达，影响基因的功能。

2 组蛋白修饰与AAA的发生和发展

2.1 组蛋白乙酰化 组蛋白乙酰化状态在组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferases，HAT)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDAC)的作用下保持动态平衡[6]，而组蛋白乙酰化的状态与AAA的发生和发展密切相关。AAA患者T细胞中组蛋白H3总体乙酰化程度和组蛋白H3第9位赖氨酸特异性乙酰化程度(histone H3 lysine 9 acetylation，H3K9AC)均高于健康人群组，异常的组蛋白乙酰化水平导致T细胞大量增殖和活化，并促进其向AAA组织浸润[7]。Han等[8]在人AAA组织中检测到HAT表达增加，以及组蛋白乙酰化修饰增加，尤其是人AAA中组蛋白H3第9位赖氨酸(histone H3 lysine 9，H3K9)和组蛋白H3第18位赖氨酸(histone H3 lysine 18，H3K18)的乙酰化程度比健康主动脉组织高2.8倍和1.8倍。

近年来，针对AAA与组蛋白乙酰化关系的研究逐渐增多。有研究[9]结果显示，在使用血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)诱导的小鼠AAA模型中，输注AngⅡ早期(输注后1周，即主动脉的炎症和氧化应激普遍存在，但AAA未形成之前)，H3K9、H3K18的乙酰化水平明显上调，而组蛋白H3第56赖氨酸(histone H3 lysine 56，H3K56)的乙酰化水平明显下调；输注AngⅡ的中后期(输注后2～3周，AAA形成的中后期阶段)，H3K9等的乙酰化水平下调。上述结果表明，H3组蛋白的动态乙酰化修饰参与了AAA形成的整个过程，AAA的病理过程多与组蛋白乙酰化水平的变化有关。众所周知，基质金属蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)2与AAA的持续扩张和破裂密切相关。Wang等[10]研究发现，在β-氨基丙腈(β-aminopropionitrile，BAPN)诱导的胸主动脉瘤中，沉默信息调节因子(sirtuin 1，SIRT1)过表达质粒转染显著降低了血管平滑肌细胞中MMP2启动子794-663 BP和430-298 BP区域中BAPN诱导的H3K9乙酰化水平，下调MMP2水平，从而抑制小鼠胸主动脉瘤的形成。Liu等[11]研究结果显示，通过限制热量的饮食可上调血管平滑肌细胞中SIRT1水平，降低MMP2启动子上的H3K9乙酰化水平，从而抑制MMP2在小鼠主动脉中表达。由此推测，组蛋白乙酰化水平的变化是AAA形成过程中一个重要的病理机制。

2.2 组蛋白甲基化 组蛋白的甲基化受组蛋白甲基转移酶(histone methyltransferases，HMT)和组蛋白去甲基化酶(histone demethylases，HDM)等调控，组蛋白甲基化发生在赖氨酸或精氨酸残基上，可为其他调节蛋白的招募提供结合点[12]。特定残基的甲基化，如H3K9和组蛋白H3第27位赖氨酸(histone H3 lysine 27，H3K27)等的甲基化与基因抑制有关，而基因的激活则与组蛋白H3第4位赖氨酸(histone H3 lysine 4，H3K4)和组蛋白H3第36位赖氨酸(histone H3 lysine 36，H3K36)等残基的甲基化有关[13]。甲基基团相对较小，将其添加到赖氨酸或精氨酸残基上不会中和其电荷，故组蛋白甲基化通常通过招募靶蛋白发挥作用，如DNA甲基转移酶和DNA甲基化结合蛋白可直接与组蛋白甲基化酶结合，紧密合作共同发挥作用[14]。

组蛋白甲基化在AAA的发展过程中亦起重要作用。Greenway等[9]在AngⅡ诱导的小鼠AAA模型中，检测到H3组蛋白甲基化的动态变化。通过对人AAA组织的单细胞RNA测序鉴定出主动脉单核细胞或巨噬细胞中HDM表达增加，导致炎症免疫反应增加[15]。通过进一步机制探索，在血管平滑肌细胞中，人蛋白精氨酸甲基转移酶1(protein arginine methyltranferase-1，PRMT1)通过上调心肌素启动子区域组蛋白H4第3位精氨酸(histone H4 arginine 3，H4R3)不对称二甲基化、H3K9乙酰化水平，下调抑制性的H3K27三甲基的富集而维持细胞正常收缩功能，随着年龄的增加，PRMT1含量减少，加剧血管功能障碍[16]。而在内皮细胞中，Brahma-相关基因1(Brahma-related gene1，BRG1)与赖氨酸去甲基化酶3A(Lysine demethylase 3A，KDM3A)共同下调H3K9二甲基化水平，促进集落刺激因子1(colony stimulating factor 1，CSF1)转录和巨噬细胞招募，使血管炎症长期存在，促进AAA形成；内皮细胞BRG1特异性缺失可抑制巨噬细胞募集，从而限制炎症反应的发生[17]。在调节组蛋白甲基化的过程中，亦有组蛋白乙酰化相关的酶参与，胸主动脉瘤的平滑肌细胞中BRG1可与去乙酰化酶HDAC9共同作用，形成复合物介导H3K27甲基化[18]。

母体高脂饮食会增加子代小鼠AAA的易感性，并伴有其主动脉内膜周围MMP活性增强，应用破骨细胞抑制剂治疗可延缓AAA的发展，表明破骨细胞样巨噬细胞的积累在AAA扩张中起关键作用，这是由于干扰素调节因子8(interferon regulatory factor 8，IRF8)启动子区域H3K27三甲基化水平增高，导致巨噬细胞向破骨细胞样巨噬细胞分化[19]。

2.3 组蛋白其他修饰 除组蛋白甲基化与乙酰化外，越来越多的组蛋白修饰方式被发现。赵英明教授团队首次发现乳酸化可作为组蛋白翻译后的一种修饰方式，调节基因的转录[20]；同时组蛋白乳酸化也通过糖酵解环节参与一些疾病的调控，如眼黑色素瘤[21-22]。乳酸作为糖酵解途径的产物，其产生的乳酰辅酶A可作为底物调控组蛋白的乳酸化水平[22]。而Oller等[23]发现，在胸主动脉瘤的血管平滑肌细胞中线粒体功能障碍导致乳酸产量增加，过量的乳酸可能可以作为组蛋白乳酸化的底物，导致主动脉瘤组织中组蛋白乳酸化水平上调，参与动脉瘤的发生和发展过程。

其他形式的组蛋白修饰在心血管疾病中也发挥着重要作用。Saadatmand等[24]在晚期心力衰竭患者的心室肌中发现，人血红蛋白转录相关区域组蛋白H3第28位丝氨酸(histone H3 serine 28，H3S28)高水平磷酸化，导致血红蛋白表达增加。Tang等[25]研究发现，人类肥厚型心肌病中心肌细胞组蛋白H3第18位赖氨酸(histone H3 lysine 18，H3K18)巴豆酰化和组蛋白H2B第12位赖氨酸(histone H3 lysine 18，H2BK12)巴豆酰化水平均升高，并受短链烯酰辅酶A水合酶调控。同时，也有主动脉内膜中浸润的中性粒细胞通过释放包含组蛋白的中性粒细胞的细胞外陷阱来参与AAA的形成[26]。目前，关于AAA中其他组蛋白修饰位点的研究仍较少，但是不同类型的组蛋白修饰调节在AAA里的作用不可忽视。

3 调节组蛋白修饰作为药物治疗靶点

目前对AAA的治疗策略仅限于对有高破裂风险的AAA进行侵入性手术修复，尚无有效的药物来阻止AAA的发生、发展和破裂。他汀类药物、强力霉素、维生素E、Cox-2抑制剂、ACEI和Ang Ⅱ受体阻断剂等药物被认为可降低AAA的扩张程度，但其中仅他汀类药物的作用相对明确，其余药物尚无确切的证据表明其临床效益[27]。

Galán等[28]研究发现，与健康供体相比，AAA样本中HDAC的表达增加，使用Ⅰ类HDAC抑制剂(MS-275)或Ⅱa类HDAC抑制剂(MC-1568)治疗可提高AAA小鼠的存活率，降低AAA发生率及其严重程度，并且两种抑制剂均有效地减少了弹性蛋白和胶原蛋白纤维发生紊乱，以及淋巴细胞和巨噬细胞浸润。目前临床应用的HDAC抑制剂主要针对靶向癌的治疗，如用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤的伏立诺他[29]和罗米地辛[30]，或是治疗外周T细胞淋巴瘤的西达本胺[31]，均已获批准上市。除了通过HDAC抑制剂来调节组蛋白乙酰化外，Vinh等[32]研究发现Metacept-1(一种最新合成的异羟肟酸衍生物)可通过抑制组蛋白的去乙酰化来调节尿激酶型纤溶酶原激活物和MMP9的表达。而Zhang等[33]研究发现，帕比司他、曲古抑菌素A和伏立诺他等泛HDAC抑制剂增加了小鼠罹患胸主动脉瘤的易感性；因此，对于胸主动脉瘤患者或有可能发展为胸主动脉瘤的个体，治疗中应谨慎使用泛HDAC抑制剂。

Cao等[34]研究结果显示，HMT抑制剂WDR5-0103全身给药可使小鼠H3K4三甲基化水平显著降低，记忆相关行为发生显著减少，有望改善阿兹海默症患者的症状。组蛋白甲基化酶zeste基因增强子同源物2(enhancer ofzestehomolog 2，EZH2)抑制剂，盐酸3-去氮腺嘌呤A(3-Deazaneplanocin A，DZNep)可抑制体内组蛋白甲基化。Jiang等[35]研究发现，DZNep可抑制肝星状细胞H3K27三甲基化调节肝星状细胞活化和肝纤维化。此外，使用EZH2抑制剂可通过抑制巨噬细胞组蛋白甲基化水平恢复干扰素调节因子8(interferon regulatory factor 8, IRF8)的表达，部分逆转子代小鼠罹患AAA的易感性[19]。目前获FDA批准上市的HMT抑制剂包括他泽司他，已用于上皮样肉瘤和滤泡性淋巴瘤的治疗[36]。

综上所述，使用HDAC抑制剂治疗在动物AAA模型中有较好的效果，可延缓AAA的发展和减少瘤体破裂发生，但具体机制仍不清楚，尚无法真正应用于临床。随着各种针对肿瘤的HDAC抑制剂和HMT抑制剂的上市，使HDAC抑制剂作为AAA的药物治疗手段成为可能。

4 总结与展望

AAA的发病机制复杂，近年来关于组蛋白异常修饰与AAA发病机制的研究不断深入，越来越多的学者认识到组蛋白可通过乙酰化和甲基化修饰调控AAA相关基因的转录，从而影响AAA的发生和发展。这种异常的组蛋白修饰具有可逆性，使其成为AAA药物治疗的重要靶点。目前针对肿瘤和神经内科疾病等治疗的组蛋白异常修饰的药物已获FDA批准上市，但用于治疗AAA尚需进一步的研究。深入研究组蛋白修饰在AAA发生和发展中的作用丰富了表观遗传学的内容，深化临床医师对AAA发生、发展机制的认识，同时为AAA的药物治疗手段提供了新思路和新靶点。