糖尿?。―M）是一種受多重復(fù)雜因素影響的慢性代謝性疾病，遺傳和環(huán)境因素的改變可導(dǎo)致DM 的發(fā)生。DM 常伴有大血管并發(fā)癥（如動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓和中風(fēng)）和微血管并發(fā)癥（如糖尿病腎病、視網(wǎng)膜病和神經(jīng)病變）。

    目前，DM 是繼心血管疾病和腫瘤之后的第三大非傳染性疾病，全球DM的流行給患者和社會帶來了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。近年雖然一些藥物可改善DM患者預(yù)后，但仍有很多患者出現(xiàn)糖尿病并發(fā)癥。

    目前已經(jīng)證實(shí)，患者在確診DM之前就已經(jīng)出現(xiàn)糖耐量異常，機(jī)體隨之形成了代謝性記憶，為以后可能出現(xiàn)的DM相關(guān)性血管并發(fā)癥埋下隱患。同時(shí)也提示，表觀修飾異?？赡芡ㄟ^影響代謝性記憶的發(fā)生而參與DM 及其并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制。

    目前表觀遺傳修飾包括：DNA 甲基化、組蛋白化學(xué)修飾、染色質(zhì)重塑和miRNA 4 種調(diào)控方式，筆者主要對其中的DNA甲基化、組蛋白化學(xué)修飾在DM及其腎臟并發(fā)癥中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

    一、表觀遺傳學(xué)的概述

    早在1942 年，康德拉?哈爾?沃丁頓就首次提出了表觀遺傳學(xué)（epigenetics）的概念，幾十年后，霍利迪針對表觀遺傳學(xué)提出了更新的系統(tǒng)性論斷，即表觀遺傳學(xué)是基因的DNA 序列不發(fā)生改變的情況下，基因的表達(dá)水平與功能發(fā)生改變，并產(chǎn)生可遺傳的表型。

    表觀遺傳對生物體各種類型細(xì)胞的生長和分化至關(guān)重要，然而隨著環(huán)境因素的影響或年齡的增長，細(xì)胞正常的表觀遺傳狀態(tài)也會被打破，這就使得表觀遺傳改變在一些復(fù)雜的多因素疾病，如糖尿病腎?。―N）的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮了重要作用。

    1. DNA 甲基化：

    DNA 甲基化是最基礎(chǔ)的基因表觀遺傳學(xué)修飾，不僅調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，而且對染色體保持穩(wěn)定起重要作用。在脊椎動(dòng)物中，DNA 甲基化主要發(fā)生在CpG 島。

    DNA 甲基化由DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶家族（DNAmethyltransferases，DNMTs）催化，將甲基基團(tuán)合成到5'?CpG?3'中胞嘧啶的第五位碳原子上。盡管基因組大部分基因是非甲基化的，但是基因啟動(dòng)子區(qū)的CpG 島在成長過程中易發(fā)生動(dòng)態(tài)甲基化改變。

    通?；騿?dòng)子區(qū)域的CpG 島處于非甲基化狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生甲基化時(shí)，可導(dǎo)致基因沉默的發(fā)生，而產(chǎn)生這一作用的機(jī)制可能與阻礙AP2、NF?κB、c?Myc和E2F等轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子的結(jié)合、結(jié)合轉(zhuǎn)錄抑制因子（如甲基化結(jié)合蛋白）和改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

    2. 組蛋白化學(xué)修飾：

    組蛋白是染色體基本結(jié)構(gòu)核小體的重要組成部分，包括：組蛋白H1、H2（H2A 和H2B）、H3、H4和H5。組蛋白尾部（N端氨基酸殘基）可發(fā)生乙酰化、甲基化、磷酸化及泛素化等多種共價(jià)修飾作用，且這些修飾作用大多是可逆的。

    組蛋白化學(xué)修飾通過影響組蛋白與DNA 雙鏈的親和性，從而改變?nèi)旧|(zhì)的疏松或凝集狀態(tài)，或通過影響轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子的親和性來發(fā)揮基因調(diào)控作用。

    組蛋白乙酰化（acetylation，Ac）修飾是一個(gè)快速動(dòng)態(tài)修飾的過程，主要是在組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histoneacetyltransferase，HATs）和組蛋白去乙酰化酶（histonedeacetylases，HDACs）的協(xié)調(diào)作用下進(jìn)行的。

    HATs 催化組蛋白乙?；?，導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄；而HDACs使組蛋白去乙酰化，導(dǎo)致染色質(zhì)凝聚，抑制基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白乙?；识鄻有?，核小體上有多個(gè)位點(diǎn)可提供乙?；囟ɑ虿课坏慕M蛋白乙?；腿ヒ阴；砸环N非隨機(jī)的、位置特異的方式進(jìn)行。

    組蛋白甲基化是指發(fā)生在組蛋白N 端精氨酸或賴氨酸殘基上的甲基化，由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（histonemethyltransferase，HMTs）和去甲基化酶（lysine demethylase，***）動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

    與組蛋白乙酰化不同，組蛋白甲基化更加穩(wěn)定和持久。根據(jù)組蛋白甲基化形式、甲基化位點(diǎn)和被修飾的氨基酸殘基類型的不同，組蛋白甲基化可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄的激活或抑制。如今，組蛋白修飾在表觀遺傳機(jī)制中起重要作用的觀點(diǎn)，被越來越多的人認(rèn)同，但其具體的作用機(jī)制還沒有被完全認(rèn)識。

    Vaissiere 等發(fā)現(xiàn)，CpG 島DNA 甲基化可促進(jìn)組蛋白去乙酰化，導(dǎo)致相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄抑制，且其通過調(diào)節(jié)H3K9me3的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1的募集可以進(jìn)一步增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄抑制。反之，組蛋白乙?；梢酝ㄟ^抑制DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶與CpG 島的結(jié)合來抑制DNA 甲基化。

    Murr 等發(fā)現(xiàn)DNA 甲基化及其它的組蛋白修飾之間也存在類似的相互作用。表觀遺傳機(jī)制間的相互作用使基因調(diào)控變得更加復(fù)雜，而它們在DM及其并發(fā)癥中的作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步的研究。

    3. 表觀遺傳修飾與代謝性記憶：

    所謂“代謝性記憶”現(xiàn)象是指高糖介導(dǎo)的微血管病變即使在后續(xù)血糖控制達(dá)標(biāo)后仍可持續(xù)進(jìn)展。研究表明，代謝記憶的分子機(jī)制是糖尿病誘導(dǎo)的關(guān)鍵靶細(xì)胞中特定轉(zhuǎn)錄復(fù)合器在血糖恢復(fù)正常后仍持續(xù)啟動(dòng)，介導(dǎo)后續(xù)核內(nèi)基因表達(dá)譜異常。

    相關(guān)研究提示即使不再存在環(huán)境因素**，組蛋白異常修飾及DNA 甲基化改變也不會恢復(fù)，這種持久的改變可遺傳給后代。

    國外學(xué)者采用染色質(zhì)共沉淀?測序技術(shù)分析了高糖負(fù)荷條件下血管平滑肌細(xì)胞的表觀修飾模式，發(fā)現(xiàn)組蛋白H3K9、H3K14 呈高度乙酰化修飾，并參與了內(nèi)皮功能異常的發(fā)生。

    同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，預(yù)先進(jìn)行高糖培養(yǎng)的系膜細(xì)胞2 d 后再恢復(fù)正常糖濃度培養(yǎng)3、6、9 d，H3和H4 乙?；鞍姿饺暂^正常糖濃度組顯著上調(diào)，與Zhong等在細(xì)胞和糖尿病大鼠記憶模型中的研究結(jié)果相似。以上結(jié)果表明高糖可誘導(dǎo)靶細(xì)胞、染色質(zhì)組蛋白乙?；厮埽以撔?yīng)在血糖恢復(fù)正常后仍持續(xù)存在。

    有趣的是，即使短期的高血糖**也可以導(dǎo)致長期的表觀遺傳修飾的改變。El?Osta 等通過體外分離培養(yǎng)的上皮細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上皮細(xì)胞暴露于高糖環(huán)境16 h后，在正常糖濃度中培養(yǎng)若干天，其NF?κB、p65表達(dá)持續(xù)增加，同時(shí)啟動(dòng)子H3K4me1標(biāo)志物表達(dá)持續(xù)增加，伴隨組蛋白甲基化酶SET7在p65啟動(dòng)子區(qū)募集增多。但上述這些改變可以被線粒體電子傳遞鏈阻礙復(fù)合體阻斷。

    總之，目前的研究均表明高糖可以導(dǎo)致靶細(xì)胞表觀遺傳改變，且即使血糖控制在正常水平時(shí)，表觀遺傳改變?nèi)钥梢詫?dǎo)致DM 微血管及大血管并發(fā)癥發(fā)病相關(guān)基因持續(xù)表達(dá)。

    二、表觀遺傳調(diào)控在糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)展中的作用

    1. DNA 甲基化與糖尿病及其并發(fā)癥：

    研究發(fā)現(xiàn)某些DNA 甲基化參與了DM 發(fā)生。例如DM 狀態(tài)下，轉(zhuǎn)錄輔助活化因子1α（ PGC?1α）啟動(dòng)子區(qū)DNA 甲基化增加，而PGC?1α表達(dá)下降。

    由于PGC?1α與葡萄糖**胰島素的分泌呈正相關(guān)，提示DNA甲基化修飾通過抑制PGC?1α表達(dá)導(dǎo)致糖尿病db/db 小鼠胰島素分泌減少。

    此外，全基因組研究表明，在高糖條件下細(xì)胞內(nèi)組蛋白DNA 甲基化存在明顯差異，且血管內(nèi)皮細(xì)胞炎性反應(yīng)基因啟動(dòng)子區(qū)的DNA 甲基化呈現(xiàn)長期持久的變化，提示表觀遺傳調(diào)控可能與糖尿病代謝機(jī)制有關(guān)。

    同樣在DN 和慢性腎臟病（CKD）患者中均發(fā)現(xiàn)有不同程度的DNA 甲基化。DNA 甲基化也受到與腎衰竭相關(guān)的尿毒癥成分的影響。研究表明，CKD 和終末期腎?。‥SRD）患者均可出現(xiàn)高同型半胱氨酸血癥，伴S腺苷同型半胱氨酸升高。

    同型半胱氨酸前體S?腺苷同型半胱氨酸是S?腺苷甲硫氨酸依賴的甲基轉(zhuǎn)移酶的強(qiáng)拮抗因子，同時(shí)也是導(dǎo)致DNA 甲基化改變的重要因子之一，在多種高同型半胱氨酸血癥性疾?。ò蚨景Y）中均顯著增高。

    事實(shí)上，血清中S?腺苷同型半胱氨酸水平升高在伴有血管疾病的CKD患者中已有報(bào)道。上述研究均提示DNA 甲基化異常可能通過影響啟動(dòng)子區(qū)域的基因結(jié)構(gòu)來參與CKD的發(fā)生發(fā)展。

    最新研究報(bào)告顯示，對唾液中提取的DNA 基因進(jìn)行甲基化水平測定，發(fā)現(xiàn)在糖尿病腎病（DN）不同發(fā)展階段，DNA 甲基化修飾存在顯著差異，并可識別糖尿病終末期腎病與無腎臟并發(fā)癥的糖尿病患者，兩組至少有兩個(gè)CpG 位點(diǎn)甲基化存在明顯差異。這表明DNA 甲基化水平差異可能在預(yù)測疾病易感性及疾病進(jìn)展方面起作用。

    2. 組蛋白修飾與糖尿病及其并發(fā)癥：

    目前研究表明組蛋白修飾在DM 及其并發(fā)癥中起重要作用。Miao 等發(fā)現(xiàn)體外分離培養(yǎng)高糖**的單核細(xì)胞及DM 患者外周血中的單核細(xì)胞內(nèi)TNF?α和COX?2 基因啟動(dòng)子上H3K9和H3K14Ac 水平增高，還發(fā)現(xiàn)HAT（pCAF）與NF?κB 信號通路的轉(zhuǎn)錄因子p65 結(jié)合能力增加且促進(jìn)了NF?κB 途徑的轉(zhuǎn)錄活性，提示DM時(shí)炎性反應(yīng)相關(guān)基因的過度表達(dá)與組蛋白過乙酰化反應(yīng)相關(guān)。

    Boekhoudt 等發(fā)現(xiàn)TNF?α誘導(dǎo)單核細(xì)胞趨化蛋白1（monocyte chemoattractant protein?1，MCP?1）基因啟動(dòng)子區(qū)發(fā)生高乙?；磻?yīng)，增加Sp1和p65在該調(diào)控區(qū)的結(jié)合而促進(jìn)MCP?1基因表達(dá)。

    上述研究均表明組蛋白高乙?；揎椗c病理狀態(tài)下NF?κB信號通路的活化及下游調(diào)控基因的高表達(dá)密切相關(guān)。Reddy等還發(fā)現(xiàn)氯沙坦作用于體外高糖培養(yǎng)的腎小球系膜細(xì)胞時(shí)，可部分逆轉(zhuǎn)其RAGE、血漿纖溶酶原活化因子抑制劑1（plasminogen activator inhibitor?1，PAI?1）及啟動(dòng)子MCP?1已經(jīng)增加的H3K9/14乙酰化水平，為糖尿病腎病提供了更加有效的靶向治療策略。

    Yuan等應(yīng)用體外分離培養(yǎng)的原代腎小球系膜細(xì)胞，以PAI?1 和P21 基因作為研究中心，觀察高糖及轉(zhuǎn)化生長因子β1（transforming growth factor β1，TGF?β1）**對細(xì)胞內(nèi)靶基因啟動(dòng)子區(qū)組蛋白乙?；揎椨绊懠癏AT/HADC 的表達(dá)變化，觀察與目標(biāo)基因表達(dá)密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子Smad2/3和Sp1蛋白乙酰化修飾的改變，以及這些化學(xué)修飾改變對靶基因轉(zhuǎn)錄水平的影響，并應(yīng)用糖尿病動(dòng)物模型，觀察高糖環(huán)境以及胰島素治療對腎小球內(nèi)乙?；揎?、基因表達(dá)以及腎小球肥大的影響。

    結(jié)果顯示，糖尿病大鼠肥大的腎小球及高糖環(huán)境下系膜細(xì)胞內(nèi)PAI?1 和p21 基因啟動(dòng)子上的組蛋白H3K9 及Smad2/3、Sp1 蛋白發(fā)生高乙?；揎?，提示高乙?；揎梾⑴cPAI?1 與p21 基因表達(dá)調(diào)控，并與糖尿病性腎小球肥大的發(fā)生有關(guān)。ECM的過度蓄積和腎小管上皮細(xì)胞上皮?間質(zhì)轉(zhuǎn)型有關(guān)，是導(dǎo)致腎小球?yàn)V過率下降進(jìn)而出現(xiàn)腎功能損害的主要病理表現(xiàn)。

    有研究證明，HDACs特別是HDAC?2的活性在DN 模型db/db 小鼠體內(nèi)明顯增強(qiáng)，在以TGF?β1 處理過的正常鼠腎小管上皮細(xì)胞中也有相同表現(xiàn)，且HDACs 抑制劑能明顯減少ECM 成分基因的mRNA 和蛋白表達(dá)，并能防止腎小管上皮細(xì)胞上皮?間質(zhì)轉(zhuǎn)型。

    這些研究表明HDACs 在腎臟纖維化和TGF?β1 致纖維化作用相關(guān)的DN等慢性腎臟損傷模型中發(fā)揮重要作用。

    Kaur 等研究發(fā)現(xiàn)，作為體內(nèi)重要的HAT，p300 在高糖處理的內(nèi)皮細(xì)胞NF?κB 信號通路活化以及DM 相關(guān)的腎臟ECM 沉積中發(fā)揮重要作用。

    進(jìn)一步研究表明，高糖增加p300的表達(dá)，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞ECM基因和血管活性因子啟動(dòng)子區(qū)組蛋白乙?；黾?。有趣的是，在體外分離培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中p300 抑制劑如姜黃素，能阻礙高糖誘導(dǎo)的糖尿病血管并發(fā)癥相關(guān)基因的表達(dá)。

    遺憾的是，在進(jìn)行小鼠實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，無論在誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生DM 之前或之后，進(jìn)食姜黃素均不能減少糖尿病小鼠蛋白尿。

    Francis 等采用小干擾RNA 表達(dá)的腺病毒載體轉(zhuǎn)染BTC3 細(xì)胞系，抑制PDX?1 基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染細(xì)胞胰島素基因啟動(dòng)子鄰近區(qū)域的H3K4me2 水平也明顯下降，同時(shí)TNF?α誘導(dǎo)的NF?κB 依賴的炎性反應(yīng)基因，如MCP?1、TNF?α和IL?8 的表達(dá)也顯著減少。

    Li 等通過體外分離培養(yǎng)的人THP?1單核細(xì)胞和HEK293細(xì)胞系實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高糖**時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)Set7/9 表達(dá)增多，其活化的NF?κB的表達(dá)也增多。

    沉默Set7/9 也能減少NF?κB 途徑P65 亞單位和p300 募集到MCP?1和TNF?α啟動(dòng)子上，同時(shí)MCP?1和TNF?α啟動(dòng)子上的H3K4me相應(yīng)減少。

    這些結(jié)果提示，Set7/9也許通過啟動(dòng)子H3K4 甲基化修飾來共激活NF?κB的轉(zhuǎn)錄，從而對糖尿病環(huán)境下的炎性反應(yīng)**物作出反應(yīng)。

    Sun 等發(fā)現(xiàn)采用siRNA 沉默SET7/9 基因，能顯著減少TGF?β1 誘導(dǎo)的ECM 相關(guān)基因表達(dá)，并且發(fā)現(xiàn)TGF?β1抗體不僅能阻礙高糖誘導(dǎo)的ECM 基因的表達(dá)，而且可逆轉(zhuǎn)高糖**時(shí)ECM 相關(guān)基因啟動(dòng)子上H3K4me 的水平及SET7/9的募集。

    Keating等發(fā)現(xiàn)，SET7/9組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶是調(diào)節(jié)組蛋白及非組蛋白賴氨酸殘端甲基化作用的關(guān)鍵酶。因此，Set7/9 也許是控制包括DM 在內(nèi)的炎性反應(yīng)性疾病的一個(gè)新的治療靶標(biāo)。

    還有研究發(fā)現(xiàn)，db/db 小鼠的血管平滑肌細(xì)胞中SUV39H1 蛋白水平降低，同時(shí)IL?6和MCP?1 啟動(dòng)子上的H3K9me3 相應(yīng)減少。

    因此，在炎性基因啟動(dòng)子中，SUV39H1或其介導(dǎo)的H3K9me3的減少，可能導(dǎo)致抑制性蛋白的丟失，從而使各種炎性基因過度表達(dá)，最終導(dǎo)致DM患者的血管病變。

    綜上，特定的靶基因啟動(dòng)子的表觀遺傳改變也許可以解釋糖尿病腎臟及其它并發(fā)癥的快速進(jìn)展，以及即使在藥物治療或血糖水平已經(jīng)控制時(shí)仍存在持續(xù)性代謝記憶的發(fā)生。

    三、總結(jié)

    表觀遺傳在疾病的發(fā)生和發(fā)展中起著十分重要的作用。研究表明高糖**可使基因發(fā)生表觀遺傳改變，如DNA甲基化、組蛋白乙?；⑷旧|(zhì)重塑及microRNAs，從而來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)炎性反應(yīng)基因及纖維化基因表達(dá)相關(guān)的信號傳導(dǎo)通路，最終使靶細(xì)胞主要的炎性反應(yīng)及纖維化基因表達(dá)失調(diào)。

    這種持續(xù)的表觀遺傳改變也許是代謝記憶的重要機(jī)制。但是，各種表觀遺傳修飾如何作用于復(fù)雜的細(xì)胞循環(huán)途徑仍不十分清楚。不同于不可逆的基因序列改變，表觀遺傳修飾通常是可逆的，這為人們通過藥物干預(yù)病理狀態(tài)下表觀遺傳修飾提供了可能性。

    高通量測序技術(shù)的快速出現(xiàn)和進(jìn)展，便于集中研究DM及其并發(fā)癥的表觀遺傳，必將為DM及其并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制及防止策略帶來新的思路和機(jī)遇。