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中医阴阳学说指导下的DNA甲基化研究思

中医中药秘方网 www.21nx.com 发布时间:2018-04-12
表观遗传学由 Waddington [1 ] 于 1942 年作为后 生论和遗传学的合词而提出。1975 年 Ledford [2 ] 对 表观遗传学进行了较为准确的描述,认为个体在成 体阶段可遗传的基因表达改变的相关信息可经有丝 分裂、减数分裂方式在细胞和个体间世代传递。而 在现代生物学中,表观遗传学一般是指不涉及 DNA 序列改变的基因或者蛋白表达的变化,并可 以在发育和细胞增殖过程中稳定传递的遗传学分支 学科,主要包括 DNA 甲基化、组蛋白共价修饰、 染色质重塑、基因沉默和 RNA 编辑等调控机制, 其中 DNA 甲基化是表观遗传学最主要也是目前研 究最多的内容。DNA 甲基化是指在 DNA 甲基转移 酶 ( DNA methyltransferases,DNMTs) 的催化下, CpG 序列 5- 胞嘧啶选择性添加甲基基团形成 5- 甲 基胞嘧啶的化学修饰过程 [3 ] 。研究表明,DNA 异 常基因甲基化与人类衰老、心脑血管疾病 ( 动脉 粥样硬化、高血压病等) 、代谢异常疾病 ( 糖尿 病、高脂血症) 、恶性肿瘤等关系密切 [4 -7 ] 。针对 异常 DNA 甲基化的治疗研究是防治上述疾病的重 要策略。阴阳学说是中医学最核心的理论,该学说 一直有效地指导中医临床实践。我们认为,阴阳学 说对 DNA 甲基化研究具有重要的指导意义,试论 述如下。

1 DNA 甲基化紊乱是众多疾病的共有模式

得益于基因测序技术的发展,目前的研究表 明,DNA 异常甲基化在心脑血管疾病 ( 动脉粥样 硬化、高血压病) 、恶性肿瘤、衰老、代谢异常疾 病 ( 糖尿病、高脂血症) 的发生及进展中占有重 要地位。尽管上述疾病有其相对独立的甲基化标志 物,但是上述疾病的异常甲基化模式是一致的,即 这些疾病同时存在高甲基化基因与低甲基化基因, 其 DNA 甲基化呈现出紊乱状态。比如,动脉粥样 硬化是动脉硬化性血管疾病中最重要的一种,以动 脉粥样硬化为主要病理改变的心脑血管疾病 ( 脑 梗死、心肌梗死等) 严重威胁着人类的健康 [8 -9 ] 。 高同型半胱氨酸 ( HHcy) 是心血管疾病的独立危 险因素,其对动脉粥样硬化的危害也是通过甲基化 起作用,能诱导动脉粥样硬化基因组低甲基化 [10 ] 。 另外,三磷酸腺苷结合盒转运蛋白 A1 ( ABCA1) 是一种以 ATP 为能源,介导细胞内胆固醇和磷脂 流出并转运至贫或无脂的载脂蛋白 A- 1 ( apoli- poprotein A- 1) 形成高密度脂蛋白 ( HDL) ,进而 启动胆固醇逆向转运 ( RCT) 的膜整合蛋白,对防 止动脉粥样硬化的形成具有十分重要的意义。 Guay 等 [11 ] 报道,在动脉粥样硬化患者中 ABCA1 基因启动子存在异常的高甲基化,同时发现,外周 血白细胞 ABCA1 基因启动子的甲基化程度与血浆 高密度脂蛋胆固醇 ( HDL- C) 、HDL 颗粒大小呈明显负相关。我们的研究结论也证实,动脉粥样硬化 动物体内存在异常的高甲基化基因与低甲基化基 因,我们以高脂饲料造动脉粥样硬化兔模型,运用 甲基化免疫共沉淀联合测序技术发现,与正常组兔 比较发现,模型组共有 146 个异常差异甲基化基 因。对这些异常的甲基化基因分别进行 GO 与 Pathway 分析 ( 见表 1、表 2) [12 ] ,发现这些基因涉 及多个动脉粥样硬化相关功能与通路,如蛋白激酶 C 活性、胆固醇转运、MAPK 信号通路、PPAR 信 号通路、血管平滑肌收缩通路、炎症通路等。同时 我们还发现,涉及这些通路的甲基化基因包括低甲 基化基因与高甲基化基因 ( 见表 1、表 2) ,提示 异常的高甲基化基因与低甲基化基因均在动脉粥样 硬化发病中占有重要地位。再如,急性白血病是血 液系统最常见的恶性肿瘤,目前的研究也证明,基 因异常甲基化在其发病中起着重要作用 ( 包括异 常的低甲基化与高甲基化) ,Figueroa 等 [13 ] 证明, 相对于原发性白血病 ( AML) ,继发性白血病和骨 髓增生异常 ( MDS) 患者具有更多的异常高甲基 化 基 因, 这 些 异 常 的 高 甲 基 化 基 因 具 有 更 强的致病性, 提示异常的高甲基化基因是MDS

表 1 动脉粥样硬化兔模型组与空白组差异

甲基化下调及上调基因的 GO 分析
GO 功能 差异基因数
下调基因 上调基因
蛋白激酶 C 活性 2 PRKCE、PRKCA 无
脂质蛋白运输 2 MSR1 APOBEC1
泡沫细胞分化积极调控 1 MSR1 无
胆固醇转运 2 NPC1、MSR1 无
内皮细胞迁移积极调控 2 PRKCA KDR
MAPK 积极调控 3
PRKCE AR、KDR
内皮细胞增值积极调控 2 PRKCA KDR
炎症反应负调控 3 HGF、PTGER4、 AOAH 无

表 2 动脉粥样硬化兔模型组与空白组差异

甲基化下调及上调基因的 KEGG 分析
KEGG 通路 差异 基因数 下调基因 上调基因
VEGF 信号通路 3 PRKCA 、PPP3CC KDR
血管平滑肌收缩通路 7 CYP4A5、PRKCA、 ADRA1A、PRKCE、 RBSLO1 CALM2、 CYP4A7
PPAR 信号通路 3 无 CPN2、 ACSL6、 CYP8B1
MAPK 信号通路 5 CACNB2、PRKCA、 PAK2、 CACNA2D1、 PPP3CC 无 Wnt 信号通路 2 PRKCA、PPP3CC 无

进展为急性 AML 的一个主要机制。同时研究还发 现,恶性血液病 ( 包括 MDS 与 AML) 患者经常有 异常的低甲基化 SALL4 基因,这个基因被认为在 MDS 的病理中起重要作用 [14 ] 。目前的研究已经确 认,在肿瘤患者体内 DNA 的低甲基化与高甲基化 事件一样频繁 [15 ] 。

2 中医阴阳学说及 “阴阳自和”

2. 1 中医学理论的核心内容— — —阴阳学说 阴阳是中医学最核心、最基础也是最重要的内 容 。《黄帝内经》认为,阴阳是 “天地之道,万物 之纲纪” ,治病所求的根本即在于 “阴阳” 。明代 医家张景岳曰 : “医道虽繁,而可以一言蔽之者曰 阴阳而已。 ”目前关于阴阳的关系与内容的研究较 多,但并没有获得统一认识。如刘力红 [16 ] 认为, 阴阳之间以协同为主导,而非以对立制约为主导, 其中阳为主导,阴随阳而变化。上述阐述对于理解 中医的治疗观十分重要。

2. 2 阴阳学说指导下的中医治疗观— — —调和阴阳 以达 “阴阳自和”

老子曰 : “万物负阴而抱阳,冲气以为和。 ” 《黄帝内经》云 : “阳在外阴之使也,阴在内阳之 守也 ” ; “阴平阳秘,精神乃治” 。生理状态下,阴 阳处于不断运动变化中,二者的关系是 “和”的 状态,如果阴阳失和,则疾病随之产生; 因而在临 床治疗中,要调和阴阳,顺应阴阳各自应有的盛 衰,使 “阴阳自和”而病愈 。“阴阳自和”思想基 于中国古代哲学关于 “和”的理论 。 “阴阳自和” 是中医学的重要理论,如 《素问·生气通天论》 云 : “凡阴阳之要,阳密乃固。两者不和,若春无 秋,若冬无夏。因而和之,是谓圣度” ; 张仲景 《伤寒论》曰 : “凡病,若发汗、若吐、若下、若 亡血、亡津液,阴阳自和者,必自愈” ,说明临床 上通过调和阴阳以达到 “阴阳自和”是中医治疗 疾病的终极目标。

3 中医阴阳学说对研究 DNA 甲基化的启示 中医对疾病病机的认识可归纳为 “阴阳失 和” 。通过调和阴阳使 “阴阳自和”是中医治疗疾 病的目标。目前研究发现,DNA 异常基因甲基化 与人类多种疾病关系密切,针对异常 DNA 甲基化 的治疗研究是防治上述疾病的重要策略。从中医 “阴阳自和”的角度出发,调节疾病异常的高甲基 化基因与异常的低甲基化基因,使其恢复正常,对于上述疾病的治疗具有重大意义。根据这一提示, 我们从临床基础研究角度对 DNA 甲基化基因研究 提出几点看法。

3. 1 针对 DNA 异常基因甲基化的研究要照顾到异 常的高甲基化基因与异常的低甲基化基因两方面 目前经美国食品药品管理局 ( FDA) 批准的 针对 DNA 甲基化的药物有地西他宾 ( DAC) 和阿 扎胞苷 ( AZA) ,两药均具有嵌入到 DNA 和抑制 DNA 甲基化转移酶 ( DNMT) 的作用,对 MDS 和 急性 AML 的治疗较传统的化疗具有更好的疗 效 [17 ] 。然而在临床试验中也发现,一部分患者对 DAC 或 AZA 产生原发耐药,另外,一部分患者在 初始治疗有效后最终复发,并且再继续运用 DAC 或 AZA 治疗后效果不佳 ( 继发耐药) [18 ] 。很显然, 对于这类疾病的治疗仍需深入研究,开发新的针对 DNA 甲基化的治疗药物十分必要。需要注意的是, 基于西医对抗思维的治疗思路,上述两个药物皆具 有显著的去甲基化效应,即忽视了异常的低甲基化 也在疾病发展中发挥作用这一重要事实,因而未来 开发具有双向调控作用的甲基化作用药物或许能进 一步提高临床疗效。

3. 2 中药的双向甲基化基因调控研究

我们在进行相关的甲基化研究方面特别关注中 药的双向调控效应。用解毒活血中药栀子川芎胶囊 干预动脉粥样硬化兔的研究表明,小剂量栀子、川 芎能够改变动脉粥样硬化兔异常的甲基化基因。进 一步研究发现,小剂量栀子川芎胶囊能纠正动脉粥 样硬化异常的低甲基化与高甲基化基因,即具有双 向的调控作用 ( 见表 3、表 4) ,对这些异常的甲 基化基因分别进行 GO 与 Pathway 分析 [12 ] ,发现这 些基因涉及多个动脉粥样硬化相关功能与通路,比 如,蛋白激酶 C 活性、VEGF 信号通路、MAPK 信 号通路等。未来我们将进一步以双向甲基化基因调 控效应作为切入点,进一步挖掘临床有效中药方剂 的甲基化调控效应。

表 3 栀子川芎胶囊小剂量组与模型组差异

甲基化上调及下调基因 GO 分析
GO 功能 差异 基因数 上调基因 下调基因
蛋白激酶 C 活性 2 PRKCE、PRKCB 无
内皮细胞分化调节 1 无 PRLR
内皮细胞迁移积极调控 1 PRKCE 无
MAPK 积极调控 3 AR、FGFR2、 PRKCE 无
内皮细胞增值调控 2 KGFFGF1

表 4 栀子川芎胶囊小剂量组与模型组差异

甲基化上调及下调基因 KEGG 分析
KEGG 通路 差异 基因数 上调基因 下调基因
VEGF 信号通路 3 PRKCA、PRKCB PPP3CC 血管平滑肌
收缩通路 8 PRKCA、EDNRA、 PRKCE、PRKCB、 RBSLO1 CYP4A5、 PP1- BETA、 CALD1
MAPK 信号通路 10 CACNB2、PRKCA、 KGF、PAK2、 CACNA2D1、FGF1、 FGFR2、PRKCB FAS、 PPP3CC

4 小结

中医理论的核心内容是阴阳学说,治疗时调和 阴阳使其 “自和”是中医治疗疾病的目标。DNA 甲基化是表观遗传学最主要的内容。近年来大量的 研究表明,异常的高甲基化基因和低甲基化基因与 威胁人类健康的某些重大疾病 ( 包括肿瘤、衰老、 心脑血管疾病) 密切相关。从已有的研究来看, 只针对 DNA 甲基化的一方面进行干预并不能带来 良好的临床效应。在中医阴阳学说的启示下,对上 述疾病中异常高甲基化基因与低甲基化基因进行双 向调控或许能达到 “阴阳自和”的目的。

来源:中医杂志 作者:周庆兵 吴立旗 张颖 张萍 童文新 徐凤芹
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