DNA甲基化和组蛋白修饰在糖尿病肾病中的研究进展

[摘要]糖尿病肾病（diabetickidneydisease，DKD）是糖尿病患者常见的微血管慢性并发症之一，临床主要表现为微量白蛋白尿、肾小球滤过率（glomerularfiltrationrate，GFR）下降和肾功能进行性损伤。近年来，研究发现DKD的病程进展与表观遗传学机制相关。表观遗传学机制主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等，通过基因甲基化、组蛋白泛素化、乙酰化、磷酸化等分子机制加重GFR下降、肾脏纤维化、炎症反应等进程。本文就DNA甲基化、组蛋白修饰在DKD中的研究进展及对DKD的治疗方向进行综述，为临床提供借鉴。

[关键词]糖尿病肾病；DNA甲基化；组蛋白修饰；靶向治疗

[中图分类号]R587.2[文献标识码]A[DOI]10.3969/j.issn.1673-9701.2024.28.024

2017年，国际糖尿病联合会全球糖尿病地图显示，全球约有4.25亿糖尿病患者。据估计，2045年糖尿病患者的数量将增加到7亿[1]。中国的糖尿病发病率约为10%，糖尿病患者达1.14亿，占全球糖尿病患者总数的1/3[2]。糖尿病肾病（diabetickidneydisease，DKD）是糖尿病患者常见的慢性微血管并发症，是导致终末期肾病的常见原因之一[3]。DKD的主要临床表现为微量白蛋白尿、持续肾小球滤过率（D0SEII430nogDL+M0aumrA==glomerularfiltrationrate，GFR）下降、肾功能进行性损伤、慢性高血压等。研究发现DKD的进展与人体糖代谢、脂代谢、炎症反应、氧化应激、细胞因子、免疫因素有关，且表观遗传学也是DKD发病主要机制之一。表观遗传修饰通过DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA参与DKD发病机制的基因表达。研究发现表观遗传学对DKD治疗有潜在作用靶点，未来或可提供DKD治疗的分子靶向药物或早期诊断标志物。本文就DNA甲基化和组蛋白修饰在DKD发病中的作用和治疗前景作一综述。

1DNA甲基化对DKD发展的影响

1.1DKD患者的DNA甲基化状态

与血糖正常的DKD患者比较，高血糖DKD患者的DNA甲基化酶（DNAmethyltransferase，DNMT）活跃程度更高，促进DNA去甲基化酶等通路表达上调，提示DKD的进展程度与血糖水平有关，且在血糖异常的情况下，DNA甲基化程度更高，推测DNA甲基化与DKD进展有关[4]。Wang等[5]在此基础上对现有DKD患者的组织特异性基因表达和甲基化数据进行网络分析，发现ANXA2、UBE2L6、MME、IQGAP、SLC7A7等基因是促进DKD发生发展的关键因素，它们的甲基化状态与DKD患者恶化程度呈正相关。Bomsztyk等[6]对血液白细胞的全基因组调查揭示与慢性肾脏疾病相关的基因调控区域的差异甲基化DNA位点，发现DKD相关基因（APOL1、PLG）存在甲基化差异，且甲基化程度上调。通过测定DKD患者与正常人的白细胞基因组DNA甲基化水平发现DNA甲基化与DKD进展相关，其甲基化程度越高，转录活性越低，部分基因的甲基化程度可调节基因转录的延伸和切片，促进DKD进展，但DNA甲基化并非DKD发病的独立因素，表明DNA甲基化虽参与DKD发病进程，但却不是决定因素[7]。

1.2DNA甲基化与DKD患者肾小球内皮细胞受损

蛋白尿和GFR下降是DKD患者最显著的临床表现，同时也进一步加重患者的肾脏损伤。最近一项涉及国外多种族DKD患者的荟萃分析表明，白细胞DNA甲基化差异与不同种族患者队列中的GFR和尿白蛋白与肌酐比值密切相关，甲基化程度越高，mRNA表达越低，肾小球内皮细胞功能损害越大[8]。国内研究也发现DKD患者和对照组的基因存在较大甲基化差异，且DKD患者GFR下降程度与相关基因甲基化程度有关，甲基化测序鉴定出3个胰岛素信号通路基因，包括mTOR、RPTOR和IRS2，通过降低胰岛素分泌和减少脂质合成损伤肾小球内皮细胞滤过功能，导致蛋白尿和GFR下降[9]。

1.3DNA甲基化与DKD患者肾脏纤维化

多项研究证明DKD进展与DNA甲基化有关。有研究对DKD患者进行甲基化分析，发现miR-29b下调可促进DNMT调节DNA甲基化，从而加剧DKD患者的肾纤维化，miR-29b还参与位于基因启动子上的miR-130b甲基化，通过上调甲基化程度进一步加重DKD患者肾小管纤维化[10]。Akhouri等[11]通过对DKD患者血清进行基因分析，发现多个DKD相关基因（mTOR、RPTOR、IRS2）激活DKD患者的肾素-血管紧张素-醛固酮轴，加重肾纤维化。Khurana等[12]对芬兰DKD患者的队列研究发现其基因COL1A2甲基化程度上升，促进肾间质纤维化。

1.4DNA甲基化与DKD患者肾脏炎症反应

在DKD患者肾活检中发现，大多数患者肾单位中含有大量淋巴细胞、巨噬细胞和中性粒细胞，这些炎症细胞释放的炎症因子往往加重肾脏损伤。Park等[13]发现DKD患者的肿瘤坏死因子较正常人群增加，其甲基化程度和肾小管炎性损伤呈正相关。此外，不同时期的DKD患者甲基化程度也不一样。Lecamwasam等[14]发现晚期DKD患者的半胱氨酸分泌蛋白2基因启动子携带12个高甲基化的基因序列位点，可能是加重炎症损伤的原因之一。晚期DKD患常有脂质和激素代谢紊乱，导致晚期糖基化终末产物的积累和蛋白激酶C的激活，激活的蛋白激酶C可减少内皮型一氧化氮合酶（endothelialnitricoxidesynthase，eNOS）的产生，eNOS激活核因子介导的炎症通路，诱导内皮功能障碍等[15]。

2组蛋白修饰对DKD发展的影响

2.1组蛋白甲基化对DKD患者肾脏的影响

组蛋白甲基化主要是赖氨酸（lysine，Lys）和精氨酸（arginine，Arg）在酶的催化下共价结合甲基，调控基因产物的表达。组蛋白甲基化对转录有不同的潜在影响。Arg甲基化促进转录激活，而Lys甲基化根据甲基化位点的不同可激活或抑制转录[16]。在临床实验中，通过对DKD患者和正常人群进行组蛋白甲基化水平检测，发现DKD患者的组蛋白H3第4位的Lys在组蛋白甲基化转移酶催化下发生三甲基化程度高于正常人群，并证实H3K4是参与DKD患者蛋白尿和GFR下降的因素之一[17]。高糖条件下诱导大鼠系膜细胞发现其H3K4启动子水平增加，Ⅰ型胶原蛋白α1、纤溶酶原激活物抑制剂1、结缔组织生长因子在系膜细胞中的基因表达水平也上调，加重肾间质纤维化，促进DKD进展[18]。DKD患者中白细胞介素-6、巨噬细胞集落刺激因子的启动子处H3K9水平下降，血管平滑肌细胞（vascularsmoothmusclecell，VSMC）中炎症基因表达上调，进一步加重患者肾脏炎性损伤[19]。另一项研究发现DKD患者的H3K27水平上调和H3K27去甲基化酶降低通过促进环氧化酶-2和单核细胞趋化蛋白1的增加进而加重患者的肾脏损害[20]。

2.2组蛋白乙酰化对DKD患者肾脏的影响

组蛋白乙酰化即通过乙酰基转移酶，将乙酰基从乙酰辅酶A转移到组蛋白中的Lys残基上，从而使组蛋白与DNA的结合变松，影响基因表达。与组蛋白甲基化不同，组蛋白乙酰化主要发生在促进靶基因表达的启动子和增强子中。组蛋白在乙酰化的同时，也通过组蛋白脱乙酰酶（histonedeacetylase，HDAC）进行去乙酰化，HDAC主要分为Ⅰ类（HDAC1、2、3和8）、Ⅱ类[由Ⅱ-a（HDAC4、5、7和9）和Ⅱ-b（HDAC6和10）组成]、Ⅲ类（SIRT1～7）和Ⅳ类（HDAC11）[21]。不同的HDAC通过不同的途径参与DKD的发病机制。在这4类细胞中，HDAC1促进肿瘤坏死因子诱导的细胞凋亡，HDAC2可促进肾脏间质纤维化[22]。DKD患者通过促进白细胞介素乙酰化，进而诱导组蛋白H3K9乙酰化，H3K9乙酰化可增加硫氧还蛋白互作蛋白表达，间接加剧DKD患者肾小球氧化应激[23]。研究发现通过药物诱导降低DKD患者肾脏足细胞中SIRT6的表达，可升高Notch1和Notch4蛋白启动子处H3K9乙酰化水平，加重肾脏炎性损伤[24]。HDAC3作为一种促纤维化因子，在DKD的发生过程中发挥关键作用。Chen等[25]发现DKD患者肾小管上皮细胞中HDAC3表达水平上调，并通过抑制抗纤维化蛋白的转录促进肾纤维化。

2.3组蛋白其他修饰对DKD患者肾脏的影响

除组蛋白甲基化和乙酰化外，组蛋白修饰还有许多类型，如泛素化、磷酸化等，这些修饰虽然没有甲基化和乙酰化广泛，但在DKD患者病情进展中也有其独特的作用。组蛋白泛素化主要出现在组蛋白H2A和组蛋白H2B的羧基末端的特定赖氨酸残基上[26]。泛素化与乙酰化类似，是可逆的，去泛素化酶可逆转这一过程。研究发现DKD患者的泛素A-52残基核糖体蛋白融合产物1基因表达水平上升，随着血糖的升高，其表达上调并加重肾脏滤过屏障损伤[27]。除此之外，还发现部分DKD患者组蛋白H2A泛素化水平升高，组蛋白H2B泛素化水平降低。组蛋白磷酸化与细胞增殖有关，主要参与基因转录表达和染色体修饰。在DKD患者中，组蛋白H3丝氨酸10磷酸化程度增加可促进血管细胞黏附分子1表达，从而导致GFR下降和蛋白尿[28]。

3DNA甲基化和组蛋白修饰相关药物与DKD治疗的相关机制

近年来，随着表观遗传学研究的兴起，许多学者将DKD治疗目光转向DNA甲基化和组蛋白修饰，发现多个有效的治疗靶点和药物。表儿茶素黄烷醇是DNA甲基化抑制剂，可通过与DNMT1/DNMT3结合减轻DKD患者肾小球血管炎症和改善内皮功能障碍，降低蛋白尿对DKD患者的损害[29]。已有实验证明实藜芦醇通过抑制DNMT1阻碍肾小球VSMC增殖，并可能延缓同型半胱氨酸诱导的肾动脉粥样硬化，维持GFR在正常水平，延缓DKD进展[30]。甲基硫腺苷是一种组蛋白甲基转移酶抑制剂，可阻止氧化低密度脂蛋白所引起的炎症细胞因子基因表达，同时通过降低H3K4水平延缓肾小球毛细血管纤维化，延缓DKD患者的肾功能恶化[31]。HDAC抑制剂丙戊酸则通过影响组蛋白修饰途径延缓肾功能恶化，丙戊酸是一种短链脂肪酸，可结合并激活HDAC9，减轻DKD患者肾小管炎症损伤，减少蛋白尿和预防肾纤维[32]。丁酸钠也是一种短链脂肪酸，主要通过减少组蛋白丁酰化，减轻肾小球炎症反应和氧化应激，减少蛋白尿的发生[33]。最新研究发现钠-葡萄糖耦联转运体2抑制剂与组蛋白修饰亦有关，其可增加血浆和组织中酮3-羟基丁酸水平，诱导脂肪细胞中脂联素基因Lys9处H3的β-羟基丁酸化，从而预防DKD患者内环境紊乱[34]。

4结语与展望

DKD是糖尿病患者最常见的微血管并发症之一，是2型糖尿病常见的死亡原因之一。近年来，人们逐渐关注DNA甲基化和组蛋白修饰在DKD中的发病机制，希望从中找到治疗靶点。已有研究证实DNA甲基化和组蛋白修饰与DKD病情进展相关联，可通过上调或下调某些分子通路或生物因子改变基因表达，促进DKD发展。因此，进一步探索DNA甲基化和组蛋白修饰在DKD中发挥的作用可为DKD带来新的防治方向。但目前根据表观遗传学机制提出进入临床试验的DKD相关药物较少，效果也不显著，有待更进一步的研究拓展。相信随着研究的深入，DNA甲基化和组蛋白修饰在DKD中的作用机制将更加明晰，为成功研制靶向药提供依据。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

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（收稿日期：2024–06–21）

（修回日期：2024–08–30）