杨志甫　综述，王丽珍审校（.包头医学院第一附属医院神经内科，内蒙古包头0400；2.包头医学院病理学教研室，内蒙古包头04060；3.包头医学院第一附属医院病理科，内蒙古包头0400）

Hcy与DNA甲基化修饰在脑梗死中的作用进展*

杨志甫1综述，王丽珍2，3审校（1.包头医学院第一附属医院神经内科，内蒙古包头014010；2.包头医学院病理学教研室，内蒙古包头014060；3.包头医学院第一附属医院病理科，内蒙古包头014010）

脑梗死；后成说，遗传；DNA甲基化；高半胱氨酸/血液；综述

脑梗死是脑血管病中最常见者，严重威胁着人类的身体健康。2008年中国居民第3次死因调查结果显示，脑血管病已成为国民第1位的死因，全国每年新发脑卒中患者约250万例，幸存750万例，其中2/3的患者致残［1］。据估计，随着人口增多、老龄化及越来越多的高血压和吸烟人群，脑梗死的发病率还会急速上升。脑梗死具有多种独立危险因素，发病机制复杂，包括一系列不同疾病过程及环境、血管、遗传和中枢神经系统因子之间的相互作用。本文就DNA甲基化修饰、同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）与脑梗死发病关系作一综述。

1　DNA甲基化修饰在脑梗死中的作用

虽然遗传因素和多种重要基因的突变参与了脑梗死的发生、发展，目前人们对脑梗死的发病机制尚不完全了解。大量证据表明基因和环境相互作用（即表观遗传调控）在脑梗死中发挥着重要作用［2］。其中DNA甲基化修饰是最常见的表观遗传调控机制，DNA甲基化模式改变会直接或间接地抑制基因转录，影响基因表达。这一病理生理过程虽然已经发现有数十年，但大多数研究重点是DNA甲基化与肿瘤的关系，近年来才引起心脑血管病研究者的关注。DNA甲基化的状态受到高血压、环境、饮食、衰老、吸烟等多种因素的影响，并发现与脑梗死的发病密切相关［3］。

1.1DNA甲基化与基因调控DNA甲基化是一种关键的表观遗传信号工具，通过改变DNA分子的空间构型，进而影响DNA与蛋白的结合，在基因DNA序列没有发生改变的情况下，基因功能发生了可遗传变化，并最终导致了表型变化。DNA甲基化作为一种基因天然修饰方式广泛存在于植物和哺乳动物中，参与机体的许多生物学过程，如基因转录抑制、基因组印迹、X染色体失活、染色质完整性的维持、细胞分化和发育的调控［4］。因此，正确建立和维护DNA甲基化模式对于正常的脑部发育，机体的正常运作至关重要。

DNA甲基化调控基因表达的作用机制是抑制基因转录，产生这一作用的机制可能与阻碍AP2、NF-κB、c-Myc 和E2F等转录因子与启动子的结合、特异性结合转录抑制因子（如甲基化结合蛋白）和改变染色质的结构有关［4-5］。DNA甲基化过程受到多种DNA甲基化转移酶（DNMT）的调控，主要包括DNMT1、DNMT3a和DNMT3b，其中DNMT1是维持甲基化的转移酶，其保证了在细胞分裂过程中甲基化谱从亲代到子代细胞中的延续性；DNMT3a/3b负责非甲基化双链DNA从头甲基化，是建立胚胎发育过程中的DNA甲基化模式。

一般认为，DNA甲基化使基因静默（silence），而去甲基化使基因活化。成年后基因组甲基化状态的改变通常被认为具有致病性［6］。有证据表明，包括肿瘤和心脑血管疾病在内的人类多种疾病，大多与某些主要基因的异常甲基化有关。

1.2DNA甲基化在脑梗死动物模型中的研究DNA甲基化在脑梗死中的作用是多方位的，影响包括全基因组和与中枢神经系统损伤相关的特异性基因。在大脑中动脉阻塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）小鼠的缺血性脑组织中，DNA甲基化水平明显增加，这种变化可能促进细胞死亡。而且采用DNA甲基化抑制剂治疗MCAO小鼠可以减少缺血性脑损伤的程度。此外，降低转基因小鼠的神经元DNMT1水平可显著缩小MCAO后梗死区，与之相反的是，没有神经元DNMT1的小鼠也不能保护脑组织免受缺血性损伤。这些研究表明动态调控DNMT表达和DNA甲基化状态是预防脑缺血细胞死亡的重要机制［7］。

1.3整个基因组甲基化状态与脑梗死Lund等［8］的研究表明，在apoE基因缺陷小鼠尚未出现任何组织学上可以检测的血管病变前，在外周血单核细胞中已经出现异常甲基化，这表明甲基化的异常改变很可能是动脉粥样硬化（AS）的早期标志。也有研究发现基因组DNA甲基化与衰老及多种病理过程相关，提示随着时间的推移，基因组甲基化状态会发生改变［9-11］。对AS及衰老等脑梗死危险因素的相关研究还发现，AS、衰老个体基因组呈低甲基化水平［11-12］。Baccarelli等［13］通过对脑梗死患者血DNA检测证实，脑梗死患者与健康对照者相比，整个基因组DNA甲基化（global DNA methylation，GDM）水平明显降低。Carolina等［14］的结果进一步发现，这种异常GDM在脑梗死各亚型中无明显差异。由此可见，无论是在人或动物体内均已证实基因组低甲基化与脑梗死有关，基因组DNA的广泛低甲基化可能通过影响某些基因表达来引起血管损伤、神经细胞凋亡等，在脑梗死发生中发挥重要的调控作用。

1.4相关基因甲基化修饰与脑梗死目前，女性卒中危险性低于男性，但在绝经后几年这种差异会消失。动物实验证明，雌性动物缺血后脑损伤较雄性动物轻，这种现象随雌性动物衰老和内源性卵巢激素的去除而消失。这些研究均提示雌激素有脑保护作用。而雌激素的脑血管保护作用是通过雌激素进入细胞后与受体结合，形成激素-受体复合物，再进入细胞核，诱导功能不同蛋白质的合成来发挥的。雌激素的血管保护作用主要是通过与雌激素受体-α（ER-α）结合介导的，ER-α表达减少将降低雌激素的脑保护作用。杨志甫等［15］报道，脑梗死患者ER-α基因启动子区甲基化率明显高于对照组，可能参与脑梗死的发生、发展，而Lin等［16］研究表明，缺血性脑卒中的女性患者在ER-α基因启动子区域的14个CpG位点有较低的甲基化水平，这一差异仅发生于大动脉粥样硬化性脑卒中和心源性脑卒中女性患者，男性患者不存在。这项研究虽具有局限性，但仍提示女性脑卒中患者的ER-α去甲基化所致表达上调可作为天然的保护机制，预防神经元的进一步损伤。

脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic pactor，BDNF）是神经营养因子家族中的重要成员，主要分布在中枢神经系统中。BDNF可增加自由基清道夫的活性，减少氧自由基诱导的神经元凋亡；促进神经干细胞的分化和神经细胞生长，故BDNF能改善运动功能，有利于感觉器官的恢复。目前认为，脑梗死后认知功能障碍的发生是由于缺血损伤通过多种途径引起神经元坏死、凋亡而导致的。Miyake等［17］研究发现，脑缺血后大脑皮质及海马BDNF mRNA及蛋白表达水平升高，并认为BDNF在脑缺血后起到了保护作用。BNDF表达也受DNA甲基化的调控，已发现基因启动子区域CpG甲基化水平升高与BDNF合成减少相关，并使患急躁抑郁症的风险增加［18-19］。Kim等［20］通过检测脑梗死后1年的患者BDNF基因启动子甲基化状态发现，预后差者其BDNF基因启动子区呈现高甲基化状态，至于如何影响分泌有待进一步研究。基于这些研究结果，可以推测BDNF启动子甲基化状态与脑梗死的发生、预后密切相关。

2　高Hcy血症在脑梗死中的作用

同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）是一种含巯基的氨基酸，是人体必需氨基酸——甲硫氨酸的中间代谢产物。正常空腹状态下血浆总Hcy浓度为5～15 μmol/L，在人体中浓度升高具有细胞毒性。各种遗传或获得性因素导致的空腹血浆总Hcy水平升高称为高同型半胱氨酸血症（hyperhomocysteinemia，HHcy）。自1969年McCully发现Hcy水平升高与动脉粥样硬化性血管病相关以来，国内外众多学者围绕这一课题展开了大量研究，经过几十年的临床研究和流行病学调查显示HHcy已成为脑梗死发生的一个重要危险因素［21］。

2011年美国心脏协会和脑卒中协会共同发布的脑卒中一级预防指南指出，血浆Hcy水平升高，患缺血性脑卒中的风险增加2～3倍［22］。Eikelboom等［23］对澳大利亚西部人群的病例对照研究显示，血浆Hcy水平与大动脉粥样硬化型脑梗死之间存在较强的等级关系，与心源性脑栓塞和其他原因所致的脑梗死无明显相关性。因此，根据目前的对照试验表明，逆转高Hcy血症治疗可明显降低心脑血管病发病率及死亡率。

2.1HHcy的影响因素血浆Hcy浓度受多种因素的影响，有些因素是不可控制的，如年龄、性别、遗传等，有些是可控因素，如营养、药物等。其中研究最多的是代谢相关酶的基因突变及营养问题。如Hcy代谢过程中的某些关键酶：甲硫氨酸合成酶、N5，N10-亚甲基四氢叶酸还原酶、胱硫醚合成酶基因缺陷或点突变导致酶活性降低，Hcy代谢障碍；或由于Hcy代谢过程中重要的辅助因子叶酸、维生素B12、维生素B6缺乏引起上述3种酶活性下降，从而产生HHcy。

2.2HHcy与DNA甲基化在脑梗死中的作用Hcy可通过氧化应激，诱导内皮细胞损伤，促进平滑肌细胞的增殖，改变血小板功能及抗凝状态等多种途径诱导脑梗死的发生。近年来，表观遗传学的飞速发展逐渐显示DNA甲基化修饰在脑梗死发病中的重要性，而Hcy是甲硫氨酸循环的重要一环，其水平的异常升高则很可能影响DNA的甲基化过程，进而影响某些基因的表达来促进疾病的发生、发展。

甲硫氨酸经S-腺苷甲硫氨酸（SAM）递出甲基后形成S-腺苷同型半胱氨酸（SAH），SAH脱腺苷生成Hcy。过多的Hcy可逆向生成SAH，血浆总Hcy增加常与SAH平行增加，SAH增加而DNA甲基化供体SAM减少，导致整个基因组DNA甲基化水平降低。陈大鹏等［24］对HHcy大鼠主动脉基因组总甲基化水平的研究显示，HHcy组主动脉组织DNA甲基转移酶活力和基因组总甲基化水平明显低于对照组。SAH是所有以SAM作为甲基供体的甲基化反应的产物，且是大多数DNMT的抑制剂，SAH含量增加可抑制其活性，使机体表观遗传特性发生改变，导致基因异常表达或沉默。Jiang等［25］利用不同浓度Hcy培养人脐静脉平滑肌细胞，同时检测SAM 和SAH的浓度、SAH水解酶表达、DNMT活性变化及DNA甲基化水平的变化，结果显示，随着Hcy水平的升高，SAH水解酶水平下降，SAH增加，SAM减少，SAM/ SAH比率下降。因此，人们推测Hcy对血管内皮细胞毒性的直接原因可能是SAH的增加［26］。以上研究结果提示Hcy可能通过改变基因甲基化状态损伤血管内皮细胞，诱导平滑肌细胞增殖，形成斑块并参与脑梗死的发生、发展。

3　展　望

近年来，DNA甲基化调控AS、血管重塑，神经细胞分化及有关脑梗死后遗症的报道较多，为阐明脑梗死这样一种遗传和环境因素相互作用所导致的复杂性疾病开拓了新的领域，并引起了极大关注。然而，表观遗传领域的最大难题是清理出致病路径，如DNA甲基化修饰能引起疾病，而有些致病因素又能诱发DNA甲基化，这种变化到底是因还是果，仍未明确；DNA甲基化与基因突变、基因多态性之间是否相互影响，Hcy所致的DNA甲基化异常在脑梗死发病中是怎样发挥作用的也有待于研究。

已知有些DNA甲基化修饰是遗传的，有些是后天获得的，也可能由于Hcy代谢异常所致，鉴于DNA甲基化在脑梗死发生中的作用、在某种程度上的可逆性，为脑梗死的防治提供了新的靶点，为个体化药物治疗提供依据。血浆总Hcy水平的测定将会与血脂、血糖一样成为脑梗死患者临床常规的检测项目。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.11.020

A

1009-5519（2016）11-1658-04

内蒙古自治区自然科学基金资助项目（2013MS1110）；包头市医药卫生科技计划项目（Wsjj2013060）。

（2015-12-31）