代谢性脂肪性肝病表观遗传学当前的挑战与展望

冯巩 吕怡凡 李芮琦 赵文娟 陈玉艳 叶峰 弥曼

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除酒精以外的其他肝损伤因素导致的肝脏脂肪性病变,当疾病进展到晚期时,可能会导致肝硬化、肝衰竭,甚至肝癌[1]。2020年,国际专家小组对脂肪肝疾病进行重新定义:他们建议NAFLD应重新命名为代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MAFLD),MAFLD的诊断应基于代谢功能障碍的存在,其定义简单、实用,在识别未来肝脏和肝外预后高风险患者方面优于NAFLD的前定义,同时也提高了人们对脂肪肝疾病的认识[2]。

到目前为止,肝活检是确诊MAFLD的“金标准”,但由于其侵入性操作、取样误差等问题,临床广泛应用受限。超声检测结果往往受检查人员主观判断等诸多因素干扰。目前常用的无创检测方法是基于影像学或多种算法。基于影像的检查多为弹性成像、超声或磁共振。

表观遗传是指在DNA无修饰的条件下,通过表观遗传的方式,使基因的表达和功能发生变化,从而形成可遗传的表型。作为近些年的新兴领域,从表观遗传学角度研究MAFLD的发病与治疗手段,是疾病研究进程中的一个重要的切入点。

一、 MAFLD的表观遗传学研究现状

MAFLD的表观遗传学主要从非编码RNAs、DNA甲基化以及组蛋白修饰三大核心方面研究。

(一)非编码RNA与MAFLD 在非编码RNA中,microRNA(miRNA)、longncRNA(lncRNA)和circularRNA(circRNA)是研究最充分的非编码RNA[3]。有证据表明,非编码RNA在介导MAFLD的发展和进展中起着相当重要的作用。

1. MicroRNA(microRNA):miRNA是由长度约为22个核苷酸的内含基因编码,被认为是包括MAFLD在内的多种疾病诊断的潜在分子生物学标记[4]。一些miRNA在MAFLD进展和代谢改变中至关重要,影响着患者的血压、血清甘油三酯和个体的胰岛素敏感性水平[5]。在脂肪形成过程中,miR-425的表达受脂肪细胞中PPARG基因控制。miR-425过表达导致3T3-L1前脂肪细胞增殖减少,但加速了细胞脂肪生成分化。miR-425还影响脂肪生成,抑制脂肪生成的负调节因子的靶基因Mapk14[6]。

2. circularRNA:circRNAs具有稳定性、保护性和组织特异性的优点[3]。目前已被证实许多circRNA在脂质代谢调控和脂质紊乱疾病中发挥作用[19]。例如circScd1通过JAK2/STAT5途径,增加MAFLD中的肝细胞脂质蓄积和肝脂肪变性脂质沉积,是脂质代谢的关键调节因子[20]。Zhu等[21]发现,circH19在代谢综合征患者血清中表达上调,其缺失可促进人类脂肪干细胞的成脂分化。总体而言,目前关注circRNA和自身免疫性肝病的研究相对较少,需要进一步深入研究其作用机制。

3.Longnon-codingRNA:lncRNA的主要特点是具有较高的稳定性,可在转录后水平对目标基因进行转录。目前,体外研究揭示了lncRNA在MAFLD中的作用。例如,敲除lncRNACCAT1可抑制肝脂肪变性,这表明CCAT1介导肝细胞中的脂质积聚[22]。Guo等[23]研究表明,在MAFLD模型中lncRNAHOTAIR的水平上调,且其上调显著增加血液中甘油三酯(TG)和总胆固醇(TC)的水平。随着研究的不断深入,人们发现lncRNA在脂质代谢中充当着调节因子的作用,故对lncRNA的深入研究可以帮我们更加认识其在MAFLD中的治疗潜力。

(二)DNA甲基化与MAFLD DNA甲基化是导致MAFLD基因表达异常的主要表观遗传学改变之一[24]。其与基因启动子区域的转录抑制相关,在维持正常细胞功能、遗传印记、失活X染色体上的基因沉默和胚胎发育等方面发挥重要作用[25]。

多项研究分析了与MAFLD相关的全基因组甲基化变化,包括肝脏的脂质代谢调控位点。研究发现,干扰素调节因子6基因的启动子由于高甲基化而下调,不能有效抑制过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)及其靶点,从而引起体内脂肪代谢的异常[26]。PPARγ启动子区域的高甲基化与肝脏活检中的严重纤维化相关[27]。其在区分健康与MAFLD/NASH、NAFLD与NASH以及纤维化与非纤维化方面具有重大潜力。

(三)组蛋白修饰与MAFLD 组蛋白是一个基本蛋白质家族,其正电荷使它们与细胞核中的DNA结合,并帮助它们将其凝聚成染色质。组蛋白修饰酶进行多种组蛋白化学修饰,影响特定DNA结合位点,导致特定基因的转录激活或沉默[28]。

组蛋白经历了各种乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化、苏酰化和核糖基化反应,其中乙酰化已被广泛应用[29]。Sirtuins是一种充当NAD+依赖性脱乙酰酶的蛋白质,分为7类,与MAFLD发展最相关的是SIRT1和SIRT3。最近研究表明,SIRT1是肝脏脂质稳态的重要组成部分,它是过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)的激动剂配体,促进脂质的氧化活性[28]。SIRT3缺乏导致PPARα中的DNA结合活性降低,从而减少PPARα激活分子的产生,促进脂肪酸氧化[30]。

二、 针对MAFLD表观遗传学靶点的干预手段

miRNAs、甲基化以及蛋白修饰构成了人类MAFLD生物标志物的丰富来源。第一个用于治疗丙型肝炎的抗miRNA药物米拉维森是一种抑制miR-122的锁定核酸[31]。G-101是一种寡核苷酸,被用于治疗丙型肝炎病毒的新型抗miR-122[32]。上述药物均处于临床实验阶段,临床尚无有效药物干预靶标。目前除在肝细胞中高度富集的miR-122,还不能确定与MAFLD相关的其他生物标志物来源。因此,选择潜在MAFLD生物标志物或干预靶点将是一个巨大挑战。

(一) 中药类 中医药具有多系统、多靶点的独特功能,针对MAFLD病理机制能充分发挥它的综合优势。黄连素主要从黄连中分离出来,它可以促进脂肪的分布,减少肝内脂肪的含量,提高血清中的转氨酶浓度。其作用机制是通过激活SIRT3/AMP激活蛋白激酶/乙酰-CoA羧化酶在肝脏细胞中的表达,从而引起脂肪变性的降低[33]。白藜芦醇可通过减少脂肪生成和增加脂肪酸氧化来减少活性氧生成并下调脂质积累[34]。综上所述,中药类化合物可以通过抗氧化、抗炎、降低肝组织的脂肪含量、抗纤维化等机制来防治MAFLD,具有较好的应用前景,有望将其开发为临床治疗MAFLD的有效药物。

(二) 激动剂与拮抗剂 核因子样蛋白2(NRF2)具有抗炎、抗氧化的作用,并在一定程度上参与了脂质代谢。栀子苷增加NRF2的水平并激活过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等抗氧化基因,从而降低肝细胞氧化应激,抑制磷酸化-雷帕霉素复合物的机制靶点和固醇调节元件结合蛋白-1c的磷酸化,导致脂肪酸合成减少[35]。大麻素受体CB1和CB2在2型糖尿病和MAFLD等疾病中过度表达。CB1的拮抗剂利莫那班降低了miR-466和miR-762在治疗饮食诱导肥胖小鼠的过度表达。在肝脂肪变性的情况下miR-466会过度表达,所以CB1拮抗剂对MAFLD的治疗可能是有效的[36]。

(三) 抗氧化剂 活性氧增多引起氧化应激导致的肝损伤是MAFLD病情发展的重要因素。姜黄素来源于植物姜黄的根茎,其可以通过抑制X-box结合蛋白1相关肌醇依赖酶1α和果糖-6-磷酸转氨酶表达,有效抑制蛋白O-连接乙酰葡糖胺修饰,进一步下调内质网应激,降低活性氧水平,从而改善脂质积累[37]。未来可对其机制进一步研究,来确定其对MAFLD的治疗潜力。

(四) 降脂降糖类药物 二甲双胍是双胍衍生物。它可以降低血浆葡萄糖水平而不引起低血糖,并改善胰岛素抵抗。二甲双胍在NASH患者中的胰岛素反应性、胆固醇和转氨酶水平上调,这些变化影响了基因和表观基因组的表达,此特性可用于MAFLD的治疗[38]。

三、 MAFLD表观遗传学研究面临的挑战

随着MAFLD研究的不断深入,表观遗传学在其发病机制研究中扮演着越来越重要的角色。然而,MAFLD表观遗传学研究仍然面临着许多挑战,主要包括以下几个方面:

(一) 表观遗传学在实际研究中面临的挑战 实验方法和技术的局限性:当前的表观遗传学研究方法和技术尚存在一定局限。例如,在DNA甲基化研究中,高效液相色谱法可检测全基因组中5mC含量,准确度高,但不能了解甲基化的位置信息;亲和富集技术结合二代测序条件较温和,灵敏度高,但不能提供单碱基分别率的DNA甲基化图谱,这些可能影响研究结果的准确性。

尽管许多表观遗传学研究揭示了MAFLD患者中表观遗传标志物的异常改变,但这些改变与疾病发病机制之间的因果关系仍不明确。因此,如何通过实验验证这些表观遗传标志物在MAFLD发病过程中的具体作用仍然是一个巨大的挑战。

(二) 表观遗传学在临床上面临的挑战

1.临床样本的获取和处理:表观遗传学研究通常需要大量的临床样本,但肝组织样本的获取往往受到诸多限制。此外,样本处理过程中可能存在不同来源、处理方法、保存条件等方面的差异,都会对结果产生影响。

2.临床应用的转化:尽管表观遗传学研究为MAFLD的诊断和治疗提供了新的思路,但如何将这些研究成果应用到临床实践中,实现对MAFLD患者的个性化治疗,仍然面临很多困难。

(三) 表观遗传学在其他方面面临的挑战

1.个体差异和环境因素的影响:表观遗传学研究中的结果受到个体遗传背景、环境因素和生活方式等多种因素的影响。例如,环境化学物成分复杂,对机体产生的影响不但存在组织、器官特异性,还有明显的时间-剂量依赖性和阈值,这在一定程度上增加了circRNA的研究难度。如何排除这些干扰,以便更准确地研究表观遗传学在MAFLD发病机制中的作用,是另一个挑战。

2.表观遗传学调控网络的复杂性:表观遗传学调控机制涉及DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等多种方式,它们之间存在复杂的相互关系。如何在这些相互关联的调控网络中确定关键节点和信号通路,以及如何揭示这些节点和通路在MAFLD发病过程中的作用,仍然是一个具有挑战性的问题。

四、 MAFLD表观遗传学未来研究方向

MAFLD表观遗传学的未来研究方向将涉及多个方面,主要包括:

(一) 表观遗传学在流行病学的研究方向 开发和优化表观遗传学检测方法:随着表观遗传学技术的发展,未来研究需要开发更高效、敏感、经济的检测方法,以提高实验结果的准确性和可重复性。

1.开展多中心、大样本、长期随访的研究:为了克服单中心研究中患者来源、样本量和研究时间等方面的局限性,未来研究应开展多中心、大样本、长期随访的研究。这将有助于揭示表观遗传学在不同种族、地区和生活方式背景下的普遍性和精确性。

2.整合多组学数据进行研究:表观遗传学仅是影响MAFLD的众多因素之一。为了更全面地了解MAFLD的发病机制,未来研究需要将表观遗传学数据与基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等多组学数据进行整合分析,以揭示这些因素在MAFLD发病过程中的相互作用和调控网络。

(二) 表观遗传学在临床应用的研究方向 探索表观遗传学在MAFLD诊断和治疗中的应用:随着对表观遗传学在MAFLD中作用的深入了解,亟需更加精确的检测技术推动对DNA和RNA修饰的探索,将其应用于病情的早期诊断、病程监测和预后评估。此外,研究还应关注针对表观遗传学调控的药物,如DNA甲基化酶抑制剂、组蛋白去乙酰化酶抑制剂和非编码RNA拮抗剂等,以期为MAFLD的治疗提供新的策略。

(三) 表观遗传学在其他方面的研究方向

1.深入研究表观遗传学调控机制:为了揭示MAFLD发病机制,未来研究应深入探讨DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等多种表观遗传学调控方式在MAFLD中的作用及其相互关系。此外,研究还应关注表观遗传学调控在脂肪代谢、炎症反应、肝纤维化等关键生物过程中的具体作用。

2.研究表观遗传学与基因-环境相互作用:表观遗传学调控与遗传因素、环境因素及生活方式等多种因素密切相关。因此,未来研究应关注这些因素如何通过表观遗传学途径影响MAFLD的发生和发展,以期发现新的预防和干预策略。

五、 总结

近年来,MAFLD表观遗传学研究取得了显著进展,揭示了DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传调控机制在MAFLD发病过程中的关键作用。这些研究为深入理解MAFLD的发病机制提供了新的视角,并为其诊断和治疗带来了新的启示。然而,目前对于表观遗传学在MAFLD中的作用及其调控网络的认识仍不完全,需要进一步开展系统的研究。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。