馬靜茹 牟新

·綜述·

表觀遺傳學(xué)與糖尿病腎病

馬靜茹 牟新

表觀遺傳調(diào)控主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和微小RNA(miRNA)等。糖尿病腎病(DN)是糖尿病主要的慢性并發(fā)癥之一。一些特定基因的啟動(dòng)子區(qū)甲基化水平異常，組蛋白乙?；c去乙?；癿iRNA等都參與了DN的發(fā)生、發(fā)展。對表觀遺傳學(xué)與DN關(guān)系的研究，可為進(jìn)一步認(rèn)識和治療DN提供一種新的途徑。

表觀遺傳學(xué)；糖尿病腎?。换?/p>

與經(jīng)典遺傳學(xué)以研究基因序列影響生物學(xué)功能為核心相比，表觀遺傳學(xué)主要研究這些“表觀遺傳現(xiàn)象”建立和維持的機(jī)制。盡管核苷酸序列沒有變化，表觀遺傳修飾仍然是可以遺傳的，并且可以通過替代染色質(zhì)狀態(tài)的細(xì)胞復(fù)制和分裂傳遞給后代[1]。在組織和細(xì)胞的分化和發(fā)展過程中，表觀遺傳信息更多的決定它們的功能狀態(tài)[2]。研究表明，表觀遺傳機(jī)制在糖尿病腎病的發(fā)病中發(fā)揮潛在作用[3]?，F(xiàn)綜述如下。

1 DNA甲基化與糖尿病腎病

DNA甲基化是指生物體在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體,將甲基轉(zhuǎn)移到特定的堿基上的過程。DNA甲基化可以發(fā)生在腺嘌呤的N-6位、胞嘧啶的N-4位、鳥嘌呤的N-7位或胞嘧啶的C-5位等。但在哺乳動(dòng)物,DNA甲基化主要發(fā)生在5′-CpG-3′的C上，生成5-甲基胞嘧啶。胰島素CpG啟動(dòng)子甲基化在β細(xì)胞成熟和組織特異性的胰島素基因表達(dá)中起至關(guān)重要的作用[4]。

研究者比較了伴和不伴腎病的1型糖尿病患者，通過與類淋巴母細(xì)胞系來源的DNA樣品進(jìn)行比較，確定了27(8%)個(gè)外周血白細(xì)胞基因顯示不同的DNA甲基化譜[5]。有報(bào)道稱，DNA甲基化與患者年齡、糖尿病腎病的患病時(shí)間和性別有關(guān)，使用多變量Cox回歸分析調(diào)整混雜因素，錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率為0.05，且觀察到19個(gè)CpG位點(diǎn)與糖尿病腎病發(fā)展的時(shí)間推移具有相關(guān)性。值得注意的是，這包括一個(gè)CpG部位位于18堿基UNC13B上游的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，其中第一內(nèi)含子的單核苷酸多態(tài)性rs13293564與糖尿病腎病相關(guān)[6]。 有學(xué)者研究非洲裔和拉美洲裔伴終末期腎病和無腎病的糖尿病患者，通過對受試者唾液樣品采集和DNA提取，比較了超過14 000個(gè)基因位點(diǎn)特異性的DNA甲基化水平，確定了187個(gè)基因中至少2個(gè)CPG位點(diǎn)存在甲基化差異，其中39個(gè)基因已報(bào)道參與糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展，為慢性腎臟疾病的進(jìn)展確定了潛在的表觀遺傳標(biāo)志物，表明疾病進(jìn)展可能通過遺傳基因和(或)表觀遺傳學(xué)差異受到影響[7]。

2 組蛋白修飾與糖尿病腎病

組蛋白是真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，是一類小分子堿性蛋白質(zhì)，有6種類型:H1、H2A、H2B、H3、H4及古細(xì)菌組蛋白，組蛋白有兩個(gè)活性末端：即羧基端和氨基端。組蛋白修飾是表觀遺傳調(diào)控的重要組成部分，目前已知核小體組蛋白的共價(jià)翻譯后修飾在基因調(diào)控中發(fā)揮重要作用,常見的組蛋白修飾方式包括組蛋白甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化和SUMO化。這樣的修飾與銜接蛋白相互作用，招募其他蛋白復(fù)合體，以維持被修飾的狀態(tài)，以及指定細(xì)胞譜系。組蛋白修飾可引起核小體解離，從而改變其結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致染色質(zhì)發(fā)生致密與疏松的轉(zhuǎn)換[8]。組蛋白修飾及組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶和乙?；D(zhuǎn)移酶參與調(diào)節(jié)糖尿病腎病和血管細(xì)胞相關(guān)的炎性反性和促纖維化基因的表達(dá)[9]。

高糖在糖尿病腎病的發(fā)展中起關(guān)鍵作用，有研究認(rèn)為，高糖會導(dǎo)致細(xì)胞損傷，誘導(dǎo)系膜細(xì)胞組蛋白H2A的泛素化，并減少系膜細(xì)胞組蛋白H2B泛素化[10]。在細(xì)胞核內(nèi)，組蛋白乙?；c去乙酰化過程處于動(dòng)態(tài)平衡，并由組蛋白乙酰化轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去乙?；?HDAC)共同調(diào)控。組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶催化組蛋白乙酰化,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?；?導(dǎo)致染色質(zhì)凝聚,抑制基因轉(zhuǎn)錄[11]。應(yīng)用HDAC抑制劑伏立諾他治療糖尿病大鼠4周后發(fā)現(xiàn)，腎臟體積增大和腎小球肥大情況有所緩解[12]。Noh等[13]研究表明，糖尿病時(shí)轉(zhuǎn)化生長因子-β1激活腎臟的HDAC-2，而活性氧簇可直接增加HDAC-2的活性并且調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子-β1誘導(dǎo)的HDAC-2激活，這可能參與了細(xì)胞外基質(zhì)積聚和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化的發(fā)生。

3 miRNA與糖尿病腎病

miRNA是一種廣泛存在的對基因表達(dá)進(jìn)行微調(diào)的分子。其長約21～25 nt, 約50%定位于易發(fā)生結(jié)構(gòu)改變的染色體區(qū)域[14]。miRNA介導(dǎo)靶基因沉默，通過結(jié)合相應(yīng)靶基因mRNA的3′UTR，下調(diào)基因的表達(dá)[15]。

Smad信號通路在腎臟疾病中起重要作用，研究者使用miRNA微陣列來鑒定db/db小鼠中糖尿病腎病差異表達(dá)的miRNA，并應(yīng)用反轉(zhuǎn)錄定量PCR和免疫印跡分析來檢測Smad3/4的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，miRNA-346為差異表達(dá)的miRNA，且為Smad3/4的負(fù)性調(diào)節(jié)物，可減弱腎組織中Smad3/4的表達(dá)，改善糖尿病腎病小鼠的腎功能[16]。腎臟炎性反應(yīng)和纖維化是糖尿病腎病的兩個(gè)重要特征，miRNA-29b能夠抑制2型糖尿病db/db小鼠的腎臟炎性反應(yīng)和腎纖維化[17]。miRNA-377抑制p21-絲裂原活化蛋白激酶和超氧化物歧化酶的表達(dá)，間接增加積聚在腎臟基質(zhì)的纖連蛋白， 參與糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展[18]。使用miRNA微陣列分析糖尿病腎病和糖尿病患者的基因表達(dá)譜差異，發(fā)現(xiàn)Let-7a在糖尿病腎病患者中水平下調(diào)，且Let-7a-2的調(diào)節(jié)區(qū)域存在一個(gè)潛在突變體rs1143770，其與糖尿病腎病患病風(fēng)險(xiǎn)增加顯著相關(guān)[19]。

綜上，糖尿病腎病具有遺傳易感性，而基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控是糖尿病腎病遺傳易感性的一個(gè)重要原因。目前認(rèn)為，糖尿病腎病的起始和進(jìn)展是遺傳和環(huán)境因素相互作用的結(jié)果，環(huán)境因素可通過影響表觀遺傳修飾的改變，誘發(fā)疾病，飲食、生活方式和環(huán)境暴露能夠通過表觀遺傳學(xué)改變，影響疾病的發(fā)生和發(fā)展。近年來，表觀遺傳方面的研究已日益受到中外學(xué)者的重視，表觀遺傳與人類健康密切相關(guān),通過對表觀遺傳學(xué)的研究，不僅可以了解糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制，而且可以進(jìn)一步探索和發(fā)現(xiàn)新的生物學(xué)標(biāo)志物，通過有目的的調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶的活性，有助于糖尿病腎病的診斷和防治，從而降低糖尿病腎病的發(fā)生率和死亡率。

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Epigeneticsanddiabeticnephropathy

MaJingru*,MouXin.*

ZhejiangChineseMedicalUniversity,Hangzhou310000,China

MouXin,Email:mouxin888@126.com

Epigenetic regulations include DNA methylation, histone modifications and microRNA (miRNA), etc. Diabetic nephropathy (DN) is one of the major chronic complications of diabetes.Abnormal levels of some specific gene promoter region methylation, and acetylation of histone acetylation and microRNAs are involved in the occurrence and development of DN. Further research of the relationship between epigenetics and DN could provide a new approach for the treatment of DN.

Epigenetics；Diabetic nephropathy；Genes

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30801467，81273623)；浙江省科技廳項(xiàng)目(2013C33212)；中國博士后科學(xué)基金(2014M551775)

FundprogramNational Natural Science Foundation of China (30801467,81273623);Science and Technology Department of Zhejiang Province(2013C33212);China Postdatoral Science Foundation(2014M551775)

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.01.013

310000 杭州，浙江中醫(yī)藥大學(xué)(馬靜茹)；310000 杭州市紅十字會醫(yī)院(牟新)

牟新， Email: mouxin888@126.com

2015-04-10)