组蛋白赖氨酸甲基转移酶在糖尿病中的研究进展

包志伟 杨天竹 刘 洋 王志刚

哈尔滨医科大学（大庆）医学检验与技术学院生物化学教研室，黑龙江大庆 163319

糖尿病是在遗传因素与环境因素相互作用下，以胰岛素的分泌和利用异常引发的高血糖为特征的代谢性疾病，目前尚无根治方法。糖尿病分为两型，1 型糖尿病主要与免疫系统缺陷和遗传因素有关，2 型糖尿病主要与胰岛素抵抗和肥胖有关，在我国糖尿病患者中有90%是2 型糖尿病患者。胰岛素的分泌和利用是糖尿病发生发展的关键因素，胰岛素分泌和发挥功能的过程又受到许多因素的调节，如胰岛素受体和胰岛素样生长因子1 的分子含量变化影响胰岛素亲和能力[1]。许多组蛋白修饰酶在代谢疾病中起着至关重要的作用，包括糖尿病及其并发症。组蛋白甲基化调节酶在代谢疾病中的作用也引起了人们的关注，多种组蛋白赖氨酸甲基转移酶与糖尿病及其并发症的发生发展有关，因此本文对组蛋白赖氨酸甲基转移酶在糖尿病及其并发症中的研究进展作一简要综述。

1 影响组蛋白甲基化的相关因素

组蛋白甲基化是表观遗传学中组蛋白修饰的主要形式之一。组蛋白甲基转移酶和组蛋白脱甲基酶共同完成组蛋白甲基化修饰这一动态过程。组蛋白的甲基化主要发生在H3 和H4 的赖氨酸（lysine，K）和精氨酸（arginine，R）上，组蛋白赖氨酸甲基转移酶主要由SET（Su var 3-9，E z，Trithorax）结构域家族和非SET 结构域家族的甲基转移酶完成。目前，对SET 结构域家族研究相对充分。H3K4、H3K36、H3K79 的甲基化主要参与基因激活，而H3K9、H3K20、H3K27 的甲基化主要参与基因沉默。

2 组蛋白赖氨酸甲基转移酶在糖尿病中的作用

2.1 常染色质组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶2（EHMT2，又称G9a）在糖尿病中的作用

G9a 在体内参与H3K9me3 三甲基化修饰，并也参与H3K27 的甲基化修饰。G9a 以及G9a 介导的H3K9me2 和H3K27 的甲基化主要与基因沉默相关。有研究[2]提示，G9a 通过调节胰岛素受体基因转录的关键调节因子高迁移率族AT-hook1（high mobolity group at-hook 1，HMGA1）的表达水平来调节肝细胞中胰岛素信号传导，在db/db 小鼠中，恢复G9a 的表达水平不仅上调HMGA1 水平，并改善受损的肝胰岛素信号传导，还减轻了高血糖和高胰岛素血症状，这些都与2 型糖尿病相关，G9a 有望成为肝胰岛素抵抗的潜在治疗靶标。高血糖可抑制G9a 的表达，G9a 参与糖尿病足溃疡的发生发展，治疗干预可提高患者G9a 表达，使轻重症患者均有不同程度的足溃疡面积减少，并使其治愈率增高[3-4]。脑源性神经营养因子（brain derived neuro trophic factor，BDNF）介导G9a的抑制，从而抑制H3K9 甲基化，具有神经保护作用，并对糖尿病的神经系统并发症有保护作用[5]。

2.2 SET 区域酶分型1（SETDB1）和SET 区域含有赖氨酸甲基转移酶7/9（SET7/9）、SET8 在糖尿病中的作用

SETDB1 三甲基化组蛋白H3K9，而H3K9me3 与基因沉默有关。SETDB1 的积累会抑制过氧化物酶增殖物激活受体γ（peroxisome-proliferator activated receptor γ，PPARγ）和碱基序列CCAAT 增强子结合蛋白α（CCAAT-enhancer binding protein α，CEBPα）基因以及脂质代谢相关靶基因的表达，降低脂肪细胞脂质贮积的能力，后者参与胰岛素抵抗过程与2 型糖尿病有关[6]。SET7/9 是H3K4 的甲基转移酶。糖尿病肾病是糖尿病最严重的微血管并发症之一，“代谢记忆”在糖尿病并发症中起着重要作用。有报道[7]指出，瞬时高葡萄糖刺激可以诱导SET7/9 和H3K4me1 表达，并且这种上调在肾系膜细胞中持续超过48 h，同时炎性因子MCP-1 和VCAM-1 的表达也被上调，这些发现表明SET7/9 参与“代谢记忆”并在糖尿病肾病中诱导持续的炎症效应。缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）是糖尿病并发症中起重要作用的转录因子，被鉴定为SET7/9 的新底物。SET7/9 甲基化HIF-1α第32 位赖氨酸使HIF-1α 转录活性受到抑制，高血糖通过调节肾脏HIF-1α 水平和活性进而损害肾脏对缺氧状态的适应性，影响着糖尿病肾病的发展[8-9]。在1 型糖尿病大鼠和高糖诱导的大鼠系膜细胞中，p21 基因启动子SET7/9 招募增加以及H3K4me1/2/3 水平增加导致p21 基因表达增加，SET7/9 可作为糖尿病肾病的潜在治疗靶点[10]。糖尿病小鼠巨噬细胞中炎症基因表达和SET7/9 募集增加，SET7/9 的染色质修饰可促进单核细胞中的促炎症事件，SET7/9 是包括糖尿病在内的炎性疾病的新型治疗靶标[11]。胰岛限制性转录因子胰腺和十二指肠同源框1（pancreatic and duodenal homeobox 1，PDX1），胰岛素基因增强子结合蛋白，胰岛因子1（islet factor 1，ISL1）都和β 细胞E-box 转录因子2（beta cell E-box transcription factor 2，BETA2）相互作用激活胰岛素基因的表达。ISL1 募集SET7/9 与BETA2 相互作用维持正常葡萄糖浓度下的基本胰岛素基因转录活性。在高葡萄糖浓度下，PDX1 不仅与BETA2 形成复合物以增强胰岛素基因表达，PDX1 还募集了SET7/9 以促进胰岛素启动子上组蛋白调节的激活。SET7/9 参与正常血糖浓度时与高葡萄糖时的胰岛素表达[12]。SET8 是使H4K20 单甲基化的组蛋白赖氨酸甲基转移酶，过表达SET8 可阻断活性氧的积累，减轻血管炎症和恢复一氧化氮产生，从而阻止发生在糖尿病心血管并发症中的高糖记忆所引起的内皮细胞损伤[13]。

2.3 多梳蛋白抑制复合体酶2（PRC2）在糖尿病中的作用

PRC2 是H3K27 的甲基转移酶，多抑制基因的表达，EZH2 是PRC2 的一个亚基。EZH2 主要负责细胞中H3K27me2 和H3K27me3 的甲基化。高葡萄糖介导的JNK/Notch 途径调节EZH2 的表达，使EZH2 表达增高，EZH2 通过对胰岛素基因启动子上游组蛋白H3K27 二甲基化和三甲基化，抑制胰岛素的表达，使血糖升高[14-15]。V-Maf 禽类肌肉腱膜纤维肉瘤癌基因同源物A（MafA）是胰岛素的反式激活因子，在胰岛素的分泌中起着关键作用[16]。EZH2 可以在胰岛细胞中结合lncRNA Meg3，并通过lncRNA Meg3 使作用在MafA启动子上的3 种抑制因子RAD21 cohesin 复合成分、染色体结构维持蛋白3、转录调节因子SIN3A（酵母）的表达受到抑制从而增加MafA 的表达，最终影响胰岛素的生物合成[17]。Ezh2 抑制增强了神经元素3 在培养细胞中的反式激活能力和从多能细胞定向分化到胰岛素生成细胞的能力。这些结果可以改进胰岛素生成细胞的培养方案，用于糖尿病中的β 细胞替代疗法[18]。PRC2 可直接抑制PDX1 表达，通过去除PRC2抑制促进PDX1 的表达有助于功能性β 样细胞的开发，体外功能性β 样细胞移植到糖尿病小鼠体内时，可持续逆转高血糖症[19-20]。葡萄糖诱导的血管内皮生长因子（VEGF）产生是糖尿病性视网膜病变中的关键事件。PRC2 介导LncRNA ANRIL 使VEGF 表达上调，在糖尿病视网膜病变中起重要作用[21]。PRC2 通过抑制miR-200b 的表达从而促进VEGF 的表达，从而介导糖尿病视网膜的结构和功能变化[22]。

2.4 其他组蛋白甲基化酶在糖尿病中的作用

彩斑3～9 同源物抑制物1（suppressor of variegation 3-9 homolog 1，SUV39H1）是组蛋白H3K9 的甲基转移酶，高糖诱导下SUV39H1 上调，H3K9me3 水平增高进而下调p53 的表达，促进大鼠胸主动脉平滑肌A7r5 细胞增殖，影响糖尿病大血管并发症[23]。赖氨酸甲基转移酶2D（lysine methyltransferase 2D，KMT2D），也称MLL2，赖氨酸甲基转移酶2C（lysine methyltransferase 2C，KMT2C），也称MLL3，赖氨酸甲基转移酶2B（lysine methyltransferase 2B，KMT2B，）也称MLL4，属于哺乳动物H3K4 甲基转移酶家族成员，H3K4me2/3与基因的转录激活有关。2 个影响MLL2 的H3K4 甲基转移酶活性的功能性点突变M2628K 和F2628I，产生一种新的胰岛素抵抗小鼠模型，在胚胎发育过程中与糖尿病表型相关的基因表达发生变化[24]。MLL3/MLL4 复合体中含有独特的亚基，Pax 激活区作用蛋白（Pax transactivation domain-interacting protein，PAXIP）也称PTIP，其调节脂肪生成的关键转录因子与以胰岛素抵抗为主要特征的2 型糖尿病联系紧密[25]。核受体结合SET 结构域蛋白2（nuclear receptor binding SET domain protein 2，NSD2）主要催化H3K36 的甲基化，NSD2 通过其H3K36me2 甲基转移酶活性转录调节PDX-1 表达，促进胰腺β 细胞系的增殖；NSD2 的异位表达显著促进胰岛素分泌，这表明NSD2 可能是2 型糖尿病的一种新型分子治疗靶点[26]。

3 展望

糖尿病属于复杂性疾病，其发病机制仍需进一步研究。在研究中和对文献的总结发现，多种赖氨酸甲基转移酶与脂代谢密切相关，而脂肪蓄积的能力改变与胰岛素抵抗关系密切。所以，组蛋白赖氨酸甲基转移酶是否通过改变脂肪蓄积能力而产生胰岛素抵抗进而影响着糖尿病的发生发展，也是值得我们继续研究的方向。随着我们对组蛋白赖氨酸甲基转移酶研究的不断深入，一定会为糖尿病的发病机制研究做出新的贡献。