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标题 表观遗传学在中医药研究中的应用
范文 成细华 饶春梅 喻嵘 任婷

摘要：表观遗传学的改变已被认为是最有前途的疾病防治新战略。中医药通过表观遗传学调控基因表达，可参与细胞凋亡、增殖、分化及细胞周期调控、免疫、炎症、代谢等病理生理过程。本文对目前表观遗传学研究较为热门的DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA调控在中医药研究中的应用进行了概述。
关键词：表观遗传学；中医药；DNA甲基化；组蛋白修饰；miRNA调控；综述
DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2016.01.035
中图分类号：R2-05 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2016）01-0134-03
Application of Epigenetics in TCM Research CHENG Xi-hua， RAO Chun-mei， YU Rong， REN Ting （Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， China）
Abstract： Epigenetics change has been considered to be the most promising new strategy for disease control and prevention. TCM regulates gene expression through epigenetics， participating in pathological and physiological process including cell apoptosis， proliferation， differentiation， cell cycle regulation， immunity， inflammation， and metabolism. This article reviewed the application of DNA methylation， histone modification and the miRNA regulation in TCM research.
Key words： epigenetics； TCM； DNA methylation； histone modification； miRNA regulation； review
表观遗传学由Waddington CH[1]于1942年作为后生论和遗传学的合词而提出。1975年，Holliday R对表观遗传学进行了较为准确地描述，认为表观遗传学不仅在发育过程中，还在成体阶段研究可遗传的基因表达改变，这些信息可经有丝分裂、减数分裂在细胞和个体间世代传递[2]。2008年的冷泉港会议达成了关于表观遗传学的共识，即“染色体的改变所引起的稳定的可遗传的表现型，而非DNA序列改变”[2]。表观遗传学研究内容主要包括两类：一类为基因选择性转录表达的调控，有DNA甲基化、基因印记、组蛋
白共价修饰和染色质重塑；另一类为基因转录后的调控，包括基因组中非编码RNA、miRNA、反义RNA、内含子及核糖开关等。表观遗传学应用于中医药研究，则集中于DNA甲基化、组蛋白共价修饰和miRNA领域。兹将近年来的相关研究总结如下。
1 表观遗传学与中医证候
表观遗传学是中医证候多样性的部分物质基础。牟氏等[3]对糖尿病肾病人群不同体质类型、不同证候及其与转化生长因子（TGF）-β1基因T869C多态性的内在关联及其交互作用进行分析，发现糖尿病肾病的部分体质和TGF-β1基因T869C多态性有相关性。对糖尿病肾病患者的证候与TGF-β1基因T869C多态性进行二分类logistic回归分析发现，无相关证候进入回归模型。说明与证候的动态性和受后天环境因素影
响较大有关，因此认为表观遗传学在探究中医证候实质中应具有重要地位[4]。刘氏等[5]研究了急性髓系白血病各证型患者ID4基因启动子区甲基化阳性率，由低到高依次为气阴两虚证、瘀血痰结证和毒热炽盛证，表明证型与表观遗传学变化存在一定联系。曾氏等[6]发现，肾阳虚组血浆中免疫相关基因FHIT、MAP2K6基因CpG岛甲基化水平高于健康组，WNT5B、FRAT2、CSNK1D基因CpG岛甲基化水平低于健康组，说明以上基因启动子区甲基化状态与肾阳虚证相关。颜氏等[7]报道，hsa-miR-18a上调和hsa-miR-99b下调可能与阴虚火旺型口腔扁平苔藓发生相关。
2 DNA甲基化
DNA的甲基化是基因组DNA的一种主要表观遗传修饰形式。在脊椎动物中，DNA启动子区CpG岛成簇状存在，是DNA发生甲基化的主要位点，所以，研究DNA甲基化常与CpG岛相关联，目前对DNA启动子区CpG岛异常甲基化的研究是表观遗传学的一个热点。血府逐瘀胶囊、四季三黄胶囊及其联合应用均具有降低血清三酰甘油水平、稳定动脉粥样硬化斑块的作用，其机制可能与提高血清中DNA甲基化水平和DNA甲基化转移酶（DNMTs）水平有关[8]。纳米脂质体槲皮素下调DNMTs1和组蛋白脱乙酰化酶1表达，降低p16INK4α甲基化水平，通过表观遗传核因子κB（NF-κB）信号途径而下调角质形成细胞增殖的NF-κB和白细胞介素（IL）-6炎症因子的表达[9]。黄氏等[10]用不同浓度白藜芦醇孵育体外培养的人胃癌SGC-7901细胞，结果白藜芦醇能以剂量依赖性方式抑制SGC-7901细胞增殖，随着浓度的增加，RASSF1A甲基化的水平逐渐减弱，非甲基化水平逐渐增多；同时，RASSF1A的mRNA和蛋白表达水平明显上调。提示白藜芦醇对甲基化水平的调节可能是其抗癌的重要因素。郭氏[11]研究表明，消痰散结方能有效抑制胃癌细胞系及裸鼠原位移植瘤生长，其机制与逆转抑癌基因p16甲基化水平、增加p16 mRNA表达水平有关。林氏等[12]采用8.4%的益肾方剂和15.2%的健脾方剂处理生理性肾虚小鼠，显示益肾健脾方剂能明显提高生理性肾虚小鼠肝细胞DNA甲基化酶的活力，具有延缓衰老的作用，为从分子生物的角度探讨中医益肾健脾延缓衰老的机理提供了客观依据。多数研究表明，中药调节DNA甲基化，治法多属于补肾填精、益气健脾活血、化痰散结等方面[12]。
3 组蛋白修饰
组蛋白的去乙酰化与基因的失活相关，乙酰化转移酶主要是在组蛋白H3、H4的N端尾上的赖氨酸加上乙酰基，去乙酰化酶则相反，不同位置的修饰均需要特定的酶来完成。乙酰化酶家族可作为辅激活因子调控转录，调节细胞周期，参与DNA损伤修复，还可作为DNA结合蛋白。去乙酰化酶家族则和染色体易位、转录调控、基因沉默、细胞周期、细胞分化和增殖及细胞凋亡相关[13]。白藜芦醇及其衍生物能直接激活去乙酰化酶SIRT1，促使转录因子FOXO3a与过氧化物酶体增殖活化受体γ共激活因子-1α（PGC-1α）活化[14]。在小鼠动物模型中，白藜芦醇诱导SIRT1活化，激活PGC-1α与蛋白激酶AMPK，减少类胰岛素1增长因子表达与提高机体对胰岛素的敏感性，通过增强线粒体氧化磷酸化和有氧代谢能力，增加机体的能量消耗，延长小鼠寿命。提示白藜芦醇起着类似减少热量饮食或节食的功效[15]。姜黄素处理新牛鼠心肌细胞后，姜黄素抑制GATA4、肌细胞增强因子2C和Nkx2.5表达，可能机制是这些基因启动子区域组蛋白乙酰化修饰状态降低导致染色质构型紧密，不利于转录因子及其他相关元件与启动子的结合，从而抑制了基因的表达[16]。有研究者用文献信息学方法，发现在众多方药中，补药主要针对组蛋白修饰发挥功效[17]。
4 miRNA调控
miRNAs（MicroRNAs）是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，其大小长约20～25个核苷酸[18]。Ma YN等[19]对益髓生血颗粒一些纯化的组分进行分析，发现大黄素能促进K562细胞内CD235a和CD71及α-、ε-和γ-珠蛋白的表达，并能通过下调miR-221和miR-222的表达水平调控红细胞分化。说明地中海贫血相关miRNA的研究能从一个侧面揭示中医药治疗相关疾病的分子机制。白藜芦醇具有抗癌活性，基因芯片分析非小细胞肺癌A549细胞，发现白藜芦醇处理后71个miRNAs表达异常，其潜在靶基因分别参与细胞凋亡、细胞周期、细胞增殖和分化的调控[20]。白藜芦醇也能上调免疫细胞如THP-1单核细胞miR-663的表达，通过miRNA起着抗炎的作用[21]。迄今为止，中医药调控miRNA及其相关基因多局限于姜黄素、白藜芦醇、大豆异黄酮、丹参酮ⅡA、人参皂苷、延胡索总生物碱等中药活性成分，而复方研究尚少。鉴于miRNA在中医药研究中的重要地位，其为中医药理论的发展提供了新的切入点[22]。
5 其他
卢氏等[23]认为，开展DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传学调控及其相应调控蛋白酶研究，对于深入阐述针灸“理、法、方、穴、术”的物质基础具有积极意义。miRNA与靶基因之间的动态平衡关系与中医的阴阳平衡思想不谋而合。以miRNA及其调控网络为切入点，结合病证结合、方证对应的临床研究模式，获取相关证候及方剂起效前后的miRNA表达谱，进而寻找相关靶基因及其细胞分子网络，将为阐明中医治病求本的机制提供新的视角，对中医理论的发展具有重要意义[24]。
6 展望
表观遗传学的改变已被认为是最有前途的疾病防治新战略。中医药通过表观遗传学调控基因表达，参与细胞凋亡、增殖、分化、细胞周期调控、免疫、炎症及代谢等病理生理过程。但中医药调控表观遗传学的研究尚处于初期和不完善阶段。目前研究主要集中在肿瘤领域，且多为甲基/去甲基化酶、乙酰/去乙酰化酶表达差异，基因的启动子甲基化、乙酰化调控，miRNA表达差异等方面，研究深度和系统性待提高。
表观遗传学DNA序列不变而功能可变与中医“同病异治”“异病同治”有很强的结合点。同一疾病的发生可能与不同甲基化或乙酰化调控相关，而不同疾病的发生可能受同一甲基化或乙酰化调控。另外，中医整体观念强调自然环境对机体的不可分割性与表观遗传受环境影响、阴阳相互转化与表观遗传抗逆性均有高度一致性。
表观遗传学具有可遗传、可逆性的特点，可通过相互作用，多途径、多层次影响和调控遗传基因的功能和特性。该特点与中医药治疗疾病的整体性、综合性、多靶点性等具有很大相似性。表观遗传学方法的出现，将为中药有效性的研究提供新方法，进一步丰富中医药理论，促进中西医结合理论的发展。
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（收稿日期：2014-10-08）
（修回日期：2015-05-28；编辑：梅智胜）
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更新时间：2024/12/23 1:46:07