DNA甲基化与高血压的相关性研究进展

侯叶叶，周宏宇，李子孝，3，4

高血压是缺血性卒中发生和复发的重要的危险因素，环境、遗传及其相互作用共同参与高血压的发生与发展[1]。既往的全基因组关联研究和荟萃分析已经确定了120个与血压调节相关的基因座，但只能解释大约3.5%的性状变异[2]。表观遗传修饰是一种不影响DNA序列而影响基因表达的调控机制，这种对细胞和生理表型性状的影响可能是外部或环境因素造成的，也可能是人体正常发育的一部分，可能在细胞的整个生命周期内通过细胞分裂持续，也可能持续多代。表观遗传修饰可由不同的因素启动，包括胎儿发育期间的环境影响、饮食习惯、日常生活方式、衰老等。

DNA甲基化是一种常见的表观遗传机制，通过招募参与基因抑制的蛋白质或通过抑制转录因子与DNA的结合来调节基因表达[3]。越来越多的证据表明，DNA甲基化与高血压的发生和发展有关，在调控血压调节机制的多种基因表达方面发挥作用。DNA甲基化的研究促进了对高血压的理解，但能否将其用作高血压有效的治疗靶点仍是未知。本文主要阐述DNA甲基化在高血压的病理生理机制、危险因素等方面的作用，探讨控制高血压及预防缺血性卒中的新靶点和新思路。

正常情况下，肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）、神经系统、免疫与炎症机制等共同参与人体血压的调节，将血压维持在生理范围内。当上述调节机制发生紊乱时，会导致高血压的发生[4]。DNA甲基化对高血压的发生有重要作用。

1.1 RAAS系统 血管紧张素原（angiotensinogen，AGT）是目前唯一已知的肾素底物，是RAAS的限速酶[4]。α-内收蛋白（α-adducin，ADD）通过调节Na+-K+-ATP酶活性导致钠离子重吸收和高血压发生[5]。AGT基因和ADD1基因的启动子甲基化降低与原发性高血压风险增加有关。其中，女性比男性具有更高的ADD1基因DNA甲基化，但绝经后女性的ADD1基因DNA甲基化程度明显下降，提示雌激素信号传导也可能影响ADD1基因的表观遗传调控[5-6]。

血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）作用于血管紧张素1型受体（angiotensin type 1 receptor，AT1R）和2型受体（AT2R）[7]。AT1R由亚单位AT1α和AT1β组成，分别由Atgr1α和Atgr1β基因编码。自发性高血压大鼠与野生型Wistar-Kyoto大鼠（Wistar-Kyoto rat，WKY）相比，Atgr1α启动子区域DNA甲基化水平降低，主动脉和肠系膜动脉中AT1αR蛋白表达增加，这可能是自发性高血压大鼠血压升高的原因[8-9]。

醛固酮是RAAS 的终末激素，在肾上腺皮质的球状带中产生，由醛固酮合酶（aldosterone synthase，CYP11B2）催化。低盐摄入和AngⅡ升高会导致肾上腺CYP11B2基因低甲基化，增加CYP11B2基因的表达和醛固酮合成。既往研究显示，原发性醛固酮增多症患者卒中的发生率高于原发性高血压患者，提示CYP11B2可能是探究DNA甲基化与卒中的重要靶点[10]。

2 型11β-羟基类固醇脱氢酶（11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2，11βHSD2）基因编码的11β-HSD2可将皮质醇降解为生物学惰性的可的松，确保醛固酮与盐皮质激素受体结合，该酶的失活会导致以皮质醇为基础的盐皮质激素受体的激活，从而造成钠滞留和血压升高。11βHSD2启动子高甲基化与糖皮质激素诱导的高血压有关。原发性高血压患者显示出更高的11βHSD2启动子甲基化水平，提示11βHSD2启动子甲基化是高血压的潜在分子生物标志物[11]。

由上皮细胞钠通道α亚基（sodium channel 1 subunit α，SCNN1A）基因编码的上皮钠通道（epithelial sodium channel，ENaC）的α亚基是通道活动必不可少的，SCNN1A基因高甲基化与高血压发生有关[12]。编码ENaCβ亚基的SCNN1B基因启动子甲基化也与高血压相关，胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（cy tosinephosphate-guanine，CpG）的高甲基化和CpG2的低甲基化可能通过上调SCNN1B蛋白表达而升高血压。SCNN1B中CpG1和CpG2的DNA甲基化水平在女性中高于男性，且CpG1甲基化与年龄呈正相关，这为高血压的发生机制研究提供了更多的表观遗传线索[13]。

血管作为RAAS的终末效应靶点，在血压控制中起重要作用。由SLC12A2基因编码的Na+-K+-2Cl-协同转运蛋白1（Na+-K+-2Clcotransporter 1，NKCC1）参与血压的调节。与WKY相比，自发性高血压大鼠主动脉和心脏中的SLC12A2基因启动子甲基化水平较低，NKCC1水平上调，且与血压升高相关[14]。血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）可以通过调节血管张力，改变血管的外周阻力，从而导致血压变化。甲基胞嘧啶双加氧酶（ten-eleven translocation-2，TET2）是DNA去甲基化途径中的关键酶，在VSMCs中高度表达，TET2甲基化可影响心肌蛋白、血清反应因子（serum response factor，SRF）和肌球蛋白重链11（myosin heavy chin gene，MYH11）等收缩性标志物的表达，抑制增殖标志物如kruppel样因子4和MYH10的表达[15]。此外，丝裂原蛋白2（mitofusin-2，Mfn2）是一种负调节VSMCs增殖的基因，高血压患者Mfn2基因甲基化水平也明显低于正常血压患者，且可能是高血压的独立危险因素[16]。雌激素具有诱导血管舒张并抑制血管对损伤反应的作用。有动物研究发现，缺氧时雌激素受体α（estrogen receptor-α，ERα）基因启动子的高甲基化可导致绵羊先兆子痫的发生[17]。分布于血管内皮细胞中的内皮素转化酶-1（endothelin conversion enzyme-1，ECE-1）是内皮素生物合成的关键酶，ECE-1启动子低甲基化可通过调节血管收缩促进高血压的发生[18]。

1.2 交感神经系统 心输出量和全身血管阻力是神经血压调节的主要效应成分，交感神经系统通过神经递质（包括肾上腺素和去甲肾上腺素）调节血管舒缩。慢性精神应激在原发性高血压的发病机制中具有重要作用。去甲肾上腺素转运蛋白（norepinephrine transporter，NET）基因的主要作用是将去甲肾上腺素和多巴胺从突触间隙转运回突触前神经元。有研究显示，原发性高血压患者神经元去甲肾上腺素重摄取减少是由于NET基因的沉默，与甲基化相关抑制转录因子（methyl-CpG-binding protein，MECP2）与NET基因启动子DNA的结合相关[19-20]。有多个甲基化位点的β1肾上腺素受体（adrenoceptor β1，ADRB1）基因是高血压易感性候选基因之一。根据动物模型实验，对美托洛尔有较好降压反应的自发性高血压大鼠的心肌组织中ADRB1甲基化水平较低[21]。

1.3 炎症 炎症和内皮功能障碍在血压升高中起重要作用。Toll样受体2（Toll-like receptors 2，TLR2）基因编码TLR，该基因启动子低甲基化可导致基因产物上调，从而造成体内异常的炎症反应和动脉粥样硬化的发生。TLR2启动子，尤其是CpG6的低甲基化与高血压发生相关[22]。IL-6是与高血压相关的最重要的促炎细胞因子之一，由单核细胞、内皮细胞和血管平滑肌细胞等分泌，可损害血管内皮功能和血管舒张功能，导致动脉僵硬和外周阻力增加，从而导致血压升高。针对中国汉族高血压患者的一项研究显示，IL-6基因启动子低甲基化可通过增加IL-6的分泌在高血压的发生、发展中发挥作用，其中CpG2和CPG3可能对高血压有诊断价值[23-24]。干扰素-γ（interferon-γ，IFN-γ）通过调节细胞因子介导的全身炎症反应在高血压的发病中发挥重要作用。有研究发现在高血压患者中，IFN-γ基因的CpG5、CpG1和CpG3甲基化水平较高，CpG2甲基化水平明显降低[25]。

1.4 其他机制 一项全基因组甲基化分析比较了高血压患者和正常血压对照人群的DNA甲基化差异，证明DNA甲基化水平变化在高血压的发病机制中具有重要作用[26]。Kato等[27]通过对320 251例东亚、欧洲和南亚等多种族人群的跨血统全基因组关联和血压表型复制研究确定了与血压相关的12个遗传变异新位点，观察到的单核苷酸多态性对血压的影响与DNA甲基化密切相关，如胰岛素样生长因子结合蛋白基因3（insulin like growth factor binding protein 3，IGFBP3）、TWIK相关酸敏感钾通道1（TWIK-related acid-sensitive potassium channel 1，KCNK3）基因、磷酸二酯酶3（phosphodiesterase 3A，PDE3A）基因和PR/SET域蛋白质6（PR/SET domain 6，PRDM6）基因甲基化与血管平滑肌功能有关，Rho蛋白质家族GTPase活化蛋白24（Rho-GTPase activating protein 24，ARHGAP24）基因、奇数跳跃相关1（odd skipped-related 1，OSR1）基因、有机阴离子转运体2（organic anion transporter 2，SLC22A7）基因和T-Box转录因子2（T-Box transcription factor 2，TBX2）基因甲基化与肾脏功能相关。该研究为DNA甲基化在血压调节中的作用提供了新的证据。

DNA甲基化指在DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5’碳位共价键结合一个甲基基团，使胞嘧啶被修饰为5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5-mC）的过程。在高血压患者中，以5-mC水平为指标的DNA甲基化水平显著低于对照组[28]。最近的研究发现了新的DNA甲基化修饰，即N6-甲基腺嘌呤（6-methyladenine，6mA）。研究显示高血压患者白细胞中的6mA甲基化水平降低，在血压控制后恢复正常，其水平与高血压进展相关。通过体外和体内研究发现，高血压模型VSMCs中6mA去甲基酶AlkB同源物1（AlkB homolog 1，AKLBH1）水平升高与6mA DNA水平降低有关，ALKBH1水平升高可负调控缺氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor 1 α，HIF1α）响应Ang2诱导的血管重塑。基于ALKBH1在6mA DNA水平和H1F1α活性之间的调节作用，研究发现6mA可以作为诊断高血压的敏感标志物，ALKBH1是通过表观遗传重编程预防高血压新的有希望的治疗靶点[11，29]。

关于高血压发病机制的大量临床前研究以及全基因组分析数据显示，DNA甲基化对高血压的发生、发展具有关键影响，该机制涉及到多个关键环节。该领域的研究为高血压发生机制提供了更多的表观遗传线索，同时提供了一系列的可能调控靶点。不过目前研究的针对性尚不明确，DNA甲基化影响基因表达的具体机制及靶点选择仍需要更多的证据支持。

流行病学研究表明，高盐饮食是高血压的重要影响因素。根据患者对盐负荷的血压反应不同，可将高血压分为盐敏感型和非盐敏感型。高盐饮食中，Dahl盐敏感大鼠肾脏DNMT3a的表达水平高对照组，而低盐饮食两组大鼠之间DNMT3a的表达没有差异。有研究发现，高盐饮食可诱导肾脏髓质中1712个基因的差异表达，肾内注射抗DNMT药物可阻止76%这些基因的差异表达并减轻高血压[30]。自发性高血压大鼠的高盐饮食能促进AGT启动子去甲基化，参与高血压发生[4]。AT2R是胎儿的血管紧张素主要受体类型，AT2R基因低甲基化可负向调节高盐饮食下的高血压，通过激活AT2R，对盐敏感性高血压产生抑制作用，这可能成为高血压新的治疗靶点[7]。

吸烟和饮酒是高血压的危险因素之一。TLR2基因的CpG6、CpG7、CpG8与吸烟和饮酒之间存在显著的基因-环境交互作用[22]。吸烟和饮酒可能通过IL-6基因启动子去甲基化介导高血压的发生和发展[23]。饮酒与ADD1基因的CpG1甲基化之间具有显著交互作用，同时具有这两种因素个体的高血压风险增加5.64倍[6]。习惯性饮酒与DNA甲基化的广泛变化有关，戒酒后甲基化程度减弱[31]。DNA甲基化与危险因素之间的交互作用为高血压的发病机制提供了新的理解。

高龄也是高血压的重要危险因素。随着年龄的增长，DNA甲基化水平会发生改变[32]。克老素（Klotho）是一种抗衰老蛋白，在抗氧化、抗炎等多种生理过程中都扮演重要角色，参与器官保护。衰老小鼠的DNA去甲基酶活性降低，导致Klotho基因的DNA甲基化增加，Klotho在肾脏中的表达减少，与衰老小鼠动脉粥样硬化和高血压相关[33]。编码ENaC的SCNN1B基因甲基化与高血压之间的相关性受年龄影响，衰老与SCNN1B甲基化水平呈正相关[13]。这些DNA甲基化位点的发现为解释衰老与高血压的关联作出了更深刻的阐释。与宫内环境、遗传等因素相关，DNA甲基化在其中的作用需要未来的研究进行证实。

环境因素可能通过表观遗传机制改变基因在人类复杂疾病中的表达[34]。母体子宫内压力可能会导致疾病的后期发展的现象被称为胎儿编程化，有研究者认为DNA甲基化异常与产前编程性高血压有关[35]。妊娠期接受低蛋白饮食或地塞米松的大鼠后代中，糖皮质激素诱导下丘脑室旁核DNMT3a表达和活性的降低，研究者认为，DNMT3a与Agtr1α基因结合减少导致DNA去甲基化，进而导致Agtr1αmRNA的上调，下丘脑中AT信号的增加，从而造成后代的盐敏感型高血压[36]。还有研究发现，妊娠期间大鼠母体低蛋白饮食可使后代肾上腺中Atgr1β启动子低甲基化，导致AT1β表达增加，通过肾交感神经过度活动发展为产前程序性高血压[37]。妊娠期间小鼠母体蛋白质缺乏会促进血管紧张素转化酶1（angiotensin converting enzyme1，ACE-1）启动子区域的低甲基化，增加ACE基因的表达，最终导致后代高血压[38]。此外，妊娠期的母体低蛋白饮食会在小鼠后代中导致性别差异性高血压，其中雌性高血压程度更重[39]。

目前针对人体的DNA甲基化与高血压环境因素的研究较少。有研究发现妊娠期高血压母亲的后代在成年后卒中的风险显著增加，通过对血压、血糖、血脂等血管危险因素的系统回顾发现，曾患妊娠期高血压母亲的后代在童年和成年时期血压更高[40]。关于妊娠期高血压母亲后代具体的高血压发生机制尚不明确，可能

脑血管病是由遗传因素和外界环境共同作用导致的一种综合性疾病，其中缺血性卒中最常见[41-42]。高血压是缺血性卒中的重要危险因素。探究DNA甲基化在缺血性卒中的作用及其与高血压的关联，对缺血性卒中的管理具有重要意义。高同型半胱氨酸血症是多种心脑血管疾病的危险因素，高血压并合并高同型半胱氨酸血症的患者发生卒中的风险增加了12倍以上[43]。有研究发现，亚甲基四氢叶酸脱氢酶（methylenetetrahydrofolate dehydrogenase 1，MTHFD1）基因启动子的甲基化水平在高血压患者中较高[44]。一项中国原发性高血压人群MTHFD1基因甲基化与卒中关联的研究发现，在发生卒中的高血压患者中，MTHFD1基因甲基化水平较低，且其可能是原发性高血压患者发生卒中的潜在生物标志物[45]。Hcy代谢的关键酶——半胱氨酸β合成酶（cystathionine βsynthase，CBS）基因的高甲基化水平与高血压和卒中的独立相关[46]。还有研究发现，二氢叶酸还原酶基因启动子低甲基化水平与卒中相关[47]。腺苷同型半胱氨酸水解酶（adenosylhomocysteine hydrolase，AHCY）的表达抑制可导致细胞中S-腺苷-L-Hcy的积累，进而抑制DNA甲基化，因此，AHCY基因启动子的高甲基化可能与缺血性卒中的发生有关[48]。

ET-1是一种强血管收缩剂，其表达在中重度高血压患者的小动脉内皮细胞中显著增加[49]。ET-1还参与动脉粥样硬化发生和发展的过程，动脉粥样硬化斑块中的内皮细胞、巨噬细胞和平滑肌细胞均表达ET-1。在易患卒中的自发性高血压大鼠中，ET-1受体拮抗剂治疗后，可逆转血管损伤并改善血管内皮功能，对卒中发生具有保护作用[50]。通过DNA甲基化调节ET-1的表达，可能是预防高血压和卒中的可能干预途径。

与欧洲人群相比，南亚人群中卒中的风险更高[51]。全表观基因组关联研究和差异甲基化区域分析的结果显示，与高血压相关的DNA甲基化位点和区域在南亚和欧洲人群中具有显著差异，可能是两个种族之间卒中风险差异的潜在机制[52]。未来需要在更多人群中进行DNA甲基化的探索性分析，进一步明确DNA甲基化与卒中风险的关系及相关的基因位点。

高血压是缺血性卒中的重要危险因素，其发生、发展与遗传、环境等因素密切相关。DNA甲基化是一种相对稳定的表观遗传学机制，但也受到各种环境刺激的影响。DNA甲基化与多因素生活方式相关疾病，如卒中、心血管疾病、高血压等具有关联。探索遗传-环境以及表观遗传-环境的相互作用能够帮助理解高血压的遗传变异，与高血压相关的DNA甲基化研究有助于高风险个体的识别及预防策略的制订。

DNA甲基化参与高血压的发生与发展的众多基因的调控，其中部分基因位点与高血压患者发生卒中相关，但是DNA甲基化在该过程中的具体作用机制仍需要未来的研究进行证实。目前研究的主要集中在基础试验及横断面研究方面，需要更多的前瞻性队列中的DNA甲基化数据来探索更多的甲基化位点，需要进一步探索基因的mRNA表达来证明转录调控机制。针对特定基因的甲基化及关键酶干预可作为高血压及缺血性卒中预防及治疗的新途径。

【点睛】DNA甲基化与RAAS系统、交感神经、炎症等高血压相关发病机制密切相关，另外，DNA甲基化还与高血压相关危险因素、环境因素及高血压患者罹患卒中有潜在关联。对该领域的探索有助于寻找新的高血压诊疗靶点。

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