HDAC9与大动脉粥样硬化型脑梗死关系的研究进展

靳 洲，李其富，马 琳，王淑荣，陈志斌，廖小平

HDAC9与大动脉粥样硬化型脑梗死关系的研究进展

靳 洲，李其富，马 琳，王淑荣，陈志斌，廖小平

HDAC9；组蛋白脱乙酰基酶类；动脉粥样硬化；脑梗死；综述

基于双胞胎、家族及分子流行病学的研究发现，脑梗死的平均遗传度约为37.9%，其中大动脉粥样硬化型脑梗死(large artery atherosclerosis stroke， LAA-S)的遗传度约为40.0%，心源性栓塞型遗传度约为32.6%，小动脉闭塞型遗传度约为16.1%，提示脑梗死存在遗传异质性，且遗传因素对LAA-S的影响更大[1-2]。最近的全基因组关联及meta分析发现，某些基因与不同类型脑梗死存在相关性[3-8]，如PITX2和ZFHX3基因与心源性栓塞型相关联[3-4,6-7]，而组蛋白去乙酰化酶9(histone Deacetylase 9，HDAC9)主要与LAA-S相关联[6-10]，提示这些基因与不同类型脑梗死的发生、发展密切相关，为进一步研究这些基因在脑梗死发生、发展中的作用提供了重要依据。

1 LAA-S与遗传因素的关系

脑卒中是严重威胁人类生命健康的一类疾病，具有高发病率、高病死率、高致残率和高复发率的特点[11]。2008年中国居民死因调查显示，脑卒中居首位[12]。80%左右的脑卒中为缺血性脑卒中。脑卒中根据其病因和病理学特点不同，可分为大动脉粥样硬化型、心源性栓塞型、小动脉闭塞型、少见病因型和原因不明型5种类型[13]。LAA-S主要由于颈动脉、椎-基底动脉、大脑前动脉、大脑中动脉、大脑后动脉粥样硬化所致。既往研究表明，脑梗死的发生与环境、遗传及生活方式等因素相关，其中遗传因素在脑梗死的发生中起着重要作用。Tarnoki等[14]基于双胞胎的研究发现，颈动脉斑块的特性为有很高的遗传度，提示遗传因素是影响颈动脉斑块特性的重要因素。

2 组蛋白去乙酰化酶(histone Deacetylase, HDAC)家族与HDAC9

2.1 HDAC家族 HDAC和组蛋白乙酰基转移酶(histone acetylase, HAT)一起调节组蛋白和非组蛋白的乙酰化，使细胞内组蛋白乙酰化和去乙酰化过程处于动态平衡，调节细胞的基因表达。在染色质修饰方面，HDAC的主要作用是通过去乙酰化作用去除组蛋白特定Lys残基上的乙酰基，使染色质结构变得更紧密，阻碍转录因子及其辅助因子与转录调控元件结合，调节基因的转录表达。除了使组蛋白去乙酰化外，HDAC还可以使非组蛋白去乙酰化，调节非组蛋白的生物学功能。

迄今为止，人体内共发现18种HDAC亚型[15]。根据HDAC序列的相似性，将HDAC分为四大类：①第I类包括HDAC1、2、3、8四个亚型，主要位于细胞核内；②第Ⅱ类包括HDAC4、5、6、7、9、10六个亚型，其中HDAC4、5、7、9属于Ⅱa亚型，HDAC6、10属于Ⅱb亚型，分布于细胞质和细胞核，可在细胞质和细胞核间穿梭；③第Ⅲ类包括HDAC Sirt1-7共七个亚型；④第Ⅳ类只有HDAC11一个亚型，与第I类、Ⅱ类具有一定的同源性。各种类型HDAC具有不同的生物学功能[16]。HDAC是调节血管内皮细胞增殖、迁徙和凋亡的关键因子，并通过一些信号转导途径调节细胞的增殖和凋亡。已有证据表明，一些HDAC亚型参与调节血管内皮细胞增殖、迁徙和凋亡过程，并可能参与动脉粥样硬化的发生、发展[17]。近年来发现，HDAC3、5、7、9等亚型与心血管系统疾病的发生、发展密切相关。HDAC5对血管内皮细胞的增殖、迁徙和血管的生成具有重要影响，其过度表达可以抑制血管内皮细胞的增殖和迁徙，siRNA介导的HDAC5沉默可以促进内皮细胞的迁徙，并拮抗血管生成作用，提示HDAC5是血管生成的负性调节因子[18]。HDAC7的表达上调可以促进血管内皮细胞的增殖和迁徙，HDAC7的表达下调可以导致血管内皮细胞肥大，破坏HDAC7基因结构，引起内皮细胞黏附障碍，使血管容易破裂，导致胚胎死亡，表明HDAC7是促进血管生成的正性调节因子[18-22]。但是有些研究发现，HDAC7并不影响血管内皮细胞的增殖，而是通过调控PDGF-B/PDGFR-β基因的表达调节血管内皮细胞的迁徙，认为HDAC7是促进血管内皮细胞迁徙及新血管生成的重要调节因子[23]。HDAC3具有抑制血管内皮细胞增殖的作用，是血管生成的负性调节因子，可抑制HDAC3活性及促进血管内皮细胞的增殖，参与动脉粥样硬化的发生过程[24-25]。HDAC9具有促进血管内皮细胞增殖作用，是促进血管生成的正性调节因子[18,26]。因此，上述研究结果表明，HDAC家族在血管内皮细胞的增殖、迁徙、凋亡、血管生成等过程中具有重要作用。

2.2 HDAC9 HDAC9属于第Ⅱ类HDAC，人类HDAC9基因位于7p21位点，由26个外显子组成，其由1069个氨基酸构成。此外，还存在多种HDAC9异构体，在脑、骨骼肌、心肌、胎盘、肾脏等组织中均有表达[27-28]。HDAC9的主要作用是通过使组蛋白3和组蛋白4脱乙酰基来调节基因的表达。目前发现，HDAC9具有调节心肌细胞生长、T-调节细胞功能、肌肉细胞分化、血管生成等作用。在血管生成方面，HDAC9具有促进血管内皮细胞增殖及血管生成的作用[18]。最近研究发现，HDAC9通过miR-17-92调控血管内皮细胞的增殖和血管生成[26]。在脂类代谢方面，HDAC9参与脂肪细胞生成和分化的调控，高脂膳食诱发的脂肪组织分化异常与HDAC9的表达增加相关；HDAC9敲除小鼠可以防止脂肪组织分化异常和整体代谢率，降低体重，改善糖耐量和对胰岛素的敏感性，减少肝脏脂类的合成[29]。

3 HDAC9与LAA-S的关系

3.1 HDAC9与表观遗传学 表观遗传学研究在DNA序列不发生改变的情况下，基因表达水平与功能发生改变，并产生可遗传的表型。它并不改变DNA遗传信息，但是提供了何时、何地、以何种方式去应用DNA遗传信息的指令。表观遗传学研究涉及DNA甲基化、染色质重塑、基因组印记等内容，其中组蛋白修饰为重要组成部分。在组蛋白修饰中，乙酰化是最早发现的一种修饰，主要发生在赖氨酸残基的侧链上，由乙酰化酶和去乙酰化酶行使乙酰化和去乙酰化功能，将其添加或去除一个乙酰基团。蛋白质的乙酰化修饰是一种普遍存在的翻译后修饰，这种修饰作用不仅中和了赖氨酸残基侧链上的正电荷，增加了侧链的疏水性和体积，而且破坏了氢键形成能力。发生乙酰化修饰的蛋白质会改变其生化特性或构象，因此当蛋白质受到可逆的乙酰化修饰时，其功能也可能会发生改变。蛋白质的乙酰化是种多功能信号调节方式，其不仅可调控基因转录和染色体结构，而且还与机体发育、衰老等生理、病理过程密切相关。

3.2 HDAC9与LAA-S的发生 HDAC9主要位于细胞质，但能够穿梭于细胞核和细胞质之间，调控组蛋白及非组蛋白的乙酰化修饰[30]。作为组蛋白乙酰化修饰及调控基因转录的重要调节因子，使基因启动子不易接近转录调控元件，从而抑制转录。非组蛋白乙酰化和去乙酰化平衡的改变会影响细胞多方面功能。近1/4的脑卒中患者属于由动脉粥样硬化导致的大血管卒中。大血管卒中与冠状动脉疾病间有一些共同的风险因素，并且二者均具有很强的遗传成分。至今为止，染色体7p21.1处HDAC9基因区域是发现与大血管卒中关系最密切的风险位点[8]。外周血单核细胞基因表达的重复验证研究显示，动脉粥样硬化性缺血性脑卒中rs2107595风险等位基因(与颈动脉斑块的存在相关)携带者中，HDAC9 mRNA水平增加，但相邻基因(TWIST1/FERD3L)却没有改变。与HDAC9+/+、Apo E-/-小鼠相比，HDAC9-/-、Apo E-/-小鼠主动脉粥样硬化病变体积显著缩小；此外，HDAC9-/-、Apo E-/-小鼠动脉斑块内，Mac-3阳性巨噬细胞的比例升高，这可能归因于晚期病变比例的降低[31]。

3.3 HDAC9与LAA-S的横断面研究 最近的全基因组关联分析和病例对照研究的结果显示，HDAC9的一些单核苷酸多态性(single nucleotidepolymorphisms, SNPs)与LAA-S相关联[6-9,32]，HDAC9在颈动脉、主动脉及股动脉等大动脉粥样硬化斑块中的表达明显高于正常对照组[8]，提示HDAC9可能通过促进动脉粥样硬化增加脑梗死的发生风险。Markus等[8]研究发现，HDAC9基因位点rs11984041、rs2107595多态性与颈动脉内膜中层厚度相关，同时rs2107595多态性也与颈动脉斑块相关，与其他部位动脉相比，颈动脉斑块平滑肌细胞mRNA表达及HDAC9蛋白表达水平均明显增加，故认为HDAC9基因高表达增加了LAA-S的易感性。Azghandi等[31]也发现，HDAC9基因rs2107595位点与动脉粥样硬化发生有关。另外，对HDAC9基因敲除小鼠研究显示，巨噬细胞中胆固醇外流相关基因启动子区组蛋白3、组蛋白4乙酞化程度增加，基因表达上调，使巨噬细胞内血脂达到稳态，同时炎性反应抑制基因启动子区组蛋白3、组蛋白4乙酞化程度增加，驱动促炎性M1巨噬细胞向抗炎性M2巨噬细胞分化，表明HDAC9基因通过以上两种机制最终导致动脉粥样硬化的发生[32]。

Liu等[33]在维吾尔族脑卒中组、对照组及汉族人的对照组中，各发现1例rs11984041位点CT基因型，余均为CC基因型。2013年对汉族人群缺血性脑卒中患者的GWAS分析发现，HDAC9基因rs2389995位点(OR=1.33，95% CI 1.01，1.75)和rs2240419位点(OR=1.29，95% CI 1.02，1.63)与大动脉粥样硬化性缺血性脑卒中密切相关[34]。2015年Su等[35]通过1632病例对照检测HDAC9基因rs2107595位点发现，该等位基因与中国南方汉族人群缺血性脑卒中发病无相关性。

综上，基于双胞胎、家族及分子流行病学的研究发现，脑梗死存在遗传异质性，且遗传因素对LAA-S的影响更大。作为一种调控基因表达酶，HDAC9与LAA-S具有相关性，并具有促进大动脉粥样硬化的作用，但HDAC9基因的SNPs对汉族人群大动脉粥样硬化性缺血性脑卒中的遗传易感性，仍有待进一步研究证实。

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2014年国家科学自然基金(81460184)

571199 海口，海南医学院在读研究生(靳洲)；570102 海口，海南医学院第一附属医院神经内科(李其富、马琳、王淑荣、陈志斌、廖小平)

李其富，E-mail：lee-chief@163.com

R345.61；R743.33

A

1002-3429(2017)01-0112-04

10.3969/j.issn.1002-3429.2017.01.037

2016-08-23 修回时间：2016-10-30)