表觀遺傳學指獨立于 DNA 核苷酸序列本身的基因表達的可遺傳改變，其主要機制包括 DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA 等，這些機制共同作用調控基因的特異性表達。血管疾病是由環境因素和遺傳因素相互作用引發的一種慢性疾病。近年來，越來越多的研究證實表觀遺傳調節在血管疾病的發生發展中具有重要的作用。本文對表觀遺傳學在血管疾病中的最新研究進展進行綜述。
引用本文： 李東澤, 李芳卉, 曾銳, 曹鈺, 萬智. 血管疾病的表觀遺傳學研究進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2020, 27(4): 471-475. doi: 10.7507/1007-4848.201906072 復制
表觀遺傳學指獨立于 DNA 核苷酸序列本身的基因表達的可遺傳改變，其主要機制包括 DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA（noncoding RNAs，ncRNAs）等，這些機制共同作用調控基因的特異性表達[1]。表觀遺傳機制將環境與基因相聯系，環境因素通過表觀遺傳調控的方式作用于基因組 DNA，調節基因的特異性表達，產生長期的表型改變，最終可導致疾病的發生，影響疾病的表型[2-3]。血管疾病為一類復雜性疾病，多由遺傳和環境因素綜合作用，難以用單一基因突變所解釋。近年來研究發現，表觀遺傳調控參與了一系列疾病如血管疾病、癌癥[4]、神經精神疾病[5]等的發病過程，并在其疾病進程中發揮重要作用。本文對表觀遺傳學在血管疾病中的最新研究進展進行綜述。
1 表觀遺傳學基礎
1.1 DNA 甲基化
DNA 甲基化指在 DNA 甲基轉移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化下，將 S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）的甲基轉移至 DNA 序列上[6]。DNA 甲基化包括 5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）、5-甲基胞嘧啶（5mC）、N6-甲基腺嘌呤（6mA）和 7-甲基鳥嘌呤（7mG）等形式，其中 5mC 是最常見的類型[7]。DNA 甲基化由 3 種不同的 DNMT 催化，分別為 DNMT1、DNMT3A/B 和 DNMT3L[7]。一般哺乳動物的 DNA 甲基化主要發生于 CpG 島的胞嘧啶上，生成產物 5mC。CpG 島是含有高密度 CpG 二核苷酸片段的 CpG 富集區，長度約為 200～300 個堿基對，大多數富含 CpG 的基因組區域是啟動子區域[8]。DNA 甲基化水平對基因表達具有重要影響，通常情況下，活躍基因的啟動子區域處于去甲基化狀態，而沉默基因的啟動子區域處于超甲基化狀態。啟動子區域 CpG 島的異常高甲基化將會導致基因沉默，從而引發疾病[9]。RNA 同樣可以被甲基化和去甲基化，從而調節基因表達，然而這方面的研究相對較少[10]。
DNA 羥甲基化修飾是 DNA 去甲基化修飾的關鍵中間環節，也參與了基因的表達調控[11]。DNA 羥甲基化指在 10-11 易位家族蛋白酶（ten-eleven translocation，TET）的作用下，5mC 被氧化加羥基形成 5hmC[12]。DNA 甲基化和羥甲基化是兩種獨立的表觀改變，兩者有相反的功能作用，DNA 羥甲基化可以重新激活被抑制表達的基因[13]。研究[14]表明人類基因組 CpG 島甲基化與基因表達較低相關，然而基因內部羥基化則與基因表達較高相關。DNA 甲基化和羥甲基化之間的平衡描繪了 DNA 修飾的表觀遺傳景觀。
1.2 組蛋白修飾
組蛋白是一種堿性蛋白，可協助 DNA 包裝形成核小體，包括球狀的 C 端結構域和未折疊的 N 端尾。組蛋白修飾使染色質結構發生變化從而具有活性。組蛋白修飾方法有八種，分別為甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、類泛素化、脫酰胺基化、ADP 核糖基化和脯氨酸異構化，由不同酶催化，其中甲基化和乙酰化是研究最為廣泛的修飾方法[15]。不同的組蛋白修飾通過激活或者抑制轉錄，調節基因表達，指導細胞分化。組蛋白甲基化指通過組蛋白甲基轉移酶（histone methyltransferase，HMT）將甲基從 S-腺苷-L-甲硫氨酸轉移至組蛋白的賴氨酸或精氨酸殘基上，促進組蛋白的甲基化。組蛋白甲基化可以激活或者抑制基因表達，這取決于修飾的氨基酸殘基和甲基化程度。組蛋白乙酰化指通過組蛋白乙酰轉移酶（histone acetyltransferase，HAT）在乙酰輔酶 A 中酶促添加乙酰基（COCH3）促進組蛋白乙酰化[16]。一般情況下，基因啟動子乙酰化與轉錄激活相關，如 H3K9ac 通常在有轉錄活性的啟動子中富集，而去乙酰化與基因抑制相關[17]。
1.3 非編碼 RNA
ncRNA 是指轉錄組中不編碼蛋白的功能性 RNA 分子，占人類基因組的 80% 左右[18]。非編碼 RNA 被分為結構 RNA（即核內小分子 RNA、核仁小分子 RNA、核糖體 RNA）和調節 RNA（即微小 RNA、長鏈非編碼 RNA、piRNA、小干擾 RNA）。多項研究表明 ncRNA 在各種生理和病理過程中發揮作用，近期研究[19]表明 ncRNA 可作為血管疾病的生物標記物，在其治療與干預中起到一定作用。
2 表觀遺傳學與血管疾病
2.1 表觀遺傳學與血管疾病發病風險
心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）是血管疾病中最重要的組成部分之一，其發病風險與遺傳基因相關，除此之外，非遺傳因素也發揮著重要的作用。對具有相同基因組的同卵雙胞胎進行研究，結果顯示其具有不同的心血管不良事件發生率，表明遺傳基因在 CVD 發病風險中僅起到部分作用[20]。研究證明生活方式因素與 CVD 的易感性獨立相關。多項試驗對高危 CVD 人群進行研究，將具有良好生活方式人群與不良生活方式人群進行對比，發現生活方式良好組相較于生活方式不良組 CVD 相對風險降低近 50%，且生活方式不良組中 CVD 低風險遺傳因素的保護作用降低[21-23]。這些研究結論強調了環境因素與遺傳因素相互作用在 CVD 風險中的重要性，而其中的重要組成部分與表觀遺傳學機制相關。研究發現傳統危險因素對 CVD 風險的影響在老年患者和年輕患者之間存在差異，這表明老年患者 CVD 存在不明風險因素[24-25]。越來越多的證據表明，表觀遺傳機制在其中具有調控作用，這些機制可以量化以預測 CVD 風險并發現新的治療靶點。
2.2 基于 DNA 甲基化的表觀遺傳時鐘
年齡是 CVD 的獨立危險因素。生物老化在某種程度上由遺傳決定，同時受到傳統危險因素影響，其可加速衰老過程，推進 CVD 的發病和進展。然而，實際年齡并不能準確反映生物學年齡，精準的生物學年齡才是 CVD 的強烈獨立預測因子。研究[26]表明，基于 DNA 甲基化水平的表觀遺傳時鐘概念是生物學年齡的潛在有力和準確的決定因素，并且是解釋年齡相關 CVD 風險機制的有效工具。
年齡依賴性 DNA 高甲基化優先發生在某些 CpG 島上，特別是在調節染色質重塑和基因沉默的 Polycomb 靶基因中。DNA 甲基化不是靜態修飾，而是通過 DNMT 和 TET 家族成員的酶促沉積和去除動態控制。最近研究表明，大部分 CpG 島的甲基化狀態存在節律性波動，而在由大量緩慢或非增殖細胞組成的組織中也是如此。對多能干細胞的研究[27]發現，其 CpG 島甲基化波動節律為每小時 2～3 次，這表明這一動態波動與 DNA 復制無關。盡管許多與年齡相關的表觀遺傳變化依賴于組織類型，但最近的研究表明年齡依賴性 CpG 甲基化可以獨立于性別、組織類型、疾病狀態和陣列平臺進行定義。Horvath [28]研究出一項基于 DNA 甲基化的年齡預測器，試驗預測來自兒童和成人的超過 30 種組織和細胞類型，結果表明在大多數測試的組織和細胞類型中預測結果準確，DNA 甲基化年齡在具有不同壽命的分選血細胞中沒有顯著變化，胚胎和誘導多能干細胞的時鐘年齡接近于 0，并與細胞傳代數相關。許多流行病學研究已經對 Horvath 的 DNA 甲基化時鐘進行了測試，證明了其預測年齡相關疾病和全因死亡風險的準確性。
2.3 表觀遺傳記憶
表觀遺傳記憶是一種重要的機制，使基因活動狀態從一代細胞穩定傳遞到下一代，其發生機制尚未闡明，但近期研究表明表觀遺傳記憶分為兩個主要層次。第一種被稱為跨代記憶，指前一代細胞對環境或其他因素的應答反應和基因表達可通過有絲分裂遺傳給下一代細胞[29]。研究者對妊娠期間的煙草暴露進行研究，結果顯示在妊娠期間暴露于煙草的孕婦可加速新生兒的表觀遺傳時間，表明吸煙相關 CVD 風險存在跨代可遺傳成分[30]。有絲分裂表觀遺傳記憶可能為可遺傳的轉錄調控和對發展與環境變化的應答反應。人類卡介苗疫苗接種可證實這一說法，卡介苗疫苗接種可導致單核細胞的表觀遺傳重編程，使其表達出增強且持久的促炎表型，可提供非特異性保護以防止再次感染[31]，增加了先天性免疫細胞對刺激的反應能力。然而當受到不適當刺激時，免疫系統可能表現為適應不良，處于長時間過度活躍狀態，這一反應可導致動脈粥樣硬化細胞因子/趨化因子的產生增加，泡沫細胞的形成增加，從而推動動脈粥樣硬化進程。
另一種表觀遺傳記憶稱為代謝記憶。研究發現對于早期血糖控制不良的糖尿病患者，即使后期血糖控制良好，也會表現出持續的血管病變。相反，即使不維持血糖控制，在疾病過程中早期良好的血糖控制也可能在生命后期賦予血管保護作用。有學者[32]在白細胞中發現了幾種組蛋白翻譯后修飾，其中包括 H3K9ac 在單核細胞炎癥相關基因啟動子上富集，導致血管、腎臟和其他靶器官中促炎基因表達增加，巨噬細胞浸潤，這可能與糖尿病性血管病變有關。近期研究表明，NF-κB 是葡萄糖升高后單核細胞和血管內皮細胞中炎癥基因表達的主要介質。研究[33]指出高糖環境下，SET7 和 H3K4me1 在其相關啟動子中富集，增加炎癥基因和 NF-κB 活性亞基（p65）表達。此外，體內外研究[34]表明，在平滑肌和內皮細胞中纖維化、促氧化和炎癥基因的持續異常表達中存在代謝記憶。
2.4 血管疾病的表觀遺傳調控
2.4.1 主動脈瘤
主動脈瘤（aortic aneurysm，AA）是指一段或數段主動脈中層彈性纖維斷裂，膠原蛋白降解，血管壁薄弱無法承受血流沖擊的壓力而出現的病理性不對稱擴張，最終導致動脈壁膨出形成血管瘤，通常位于腎下腹主動脈和胸主動脈[35]。Lino Cardenas 等[36]研究證實了在胸主動脈瘤遺傳模型中表觀遺傳調控機制相互作用導致血管平滑肌細胞功能障礙。實驗發現胸主動脈瘤的不同血管平滑肌細胞模型中組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase 9，HDAC9）表達上調；lncRNA，MALAT1 與 HDAC9 和 Brahma 相關基因 1 蛋白（Brahma-related gene 1 protein，BRG1）形成染色質重塑復合物，調控關鍵細胞骨架和收縮基因啟動子，導致病理血管平滑肌細胞脫分化。MALAT1 或 HDAC9 的缺失可降低血管平滑肌細胞增殖，減少動脈瘤的形成。Shah 等[37]比較了兩種不同病因胸主動脈瘤患者的主動脈組織，研究發現幾項參與心血管發育的基因存在不同水平的甲基化，這表明 DNA 甲基化可能參與了胸主動脈瘤的發病進程。近期研究[38]表明，多種 miRNA 參與到了主動脈瘤的發生發展過程中，miR-24 在血管炎癥和腹主動脈瘤發病機制中起關鍵作用，miR-24 作用于炎癥介質 Chi3l1，miR-24-Chi3l1 相互作用可調節巨噬細胞活化和細胞因子合成，促進主動脈平滑肌細胞遷移等。miR-26a 通過靶向調控 TGF-β 信號級聯反應因子 SMAD1 和 SMAD4 的表達，從而影響主動脈瘤的發展[39]。miR-29b 與細胞外基質穩態和主動脈瘤發展密切相關[40]。
2.4.2 動脈粥樣硬化
動脈粥樣硬化是血管疾病中常見的基礎疾病，其主要病理過程為脂質沉積于動脈內膜，粥樣斑塊形成導致管腔狹窄管壁變硬，從而出現相應組織缺血表現。越來越多的證據表明表觀遺傳調控在動脈粥樣硬化發生發展過程中有重要作用。DNA 甲基化修飾酶 TET2 近期受到研究者的廣泛關注。Fuster 等[41]研究了 TET2 突變細胞在低密度脂蛋白受體缺陷（Ldlr?/?）小鼠中擴增對動脈粥樣硬化進程的影響，發現 TET2 缺陷的巨噬細胞表現出 NLRP3 炎性體介導的白細胞介素-1b 分泌的增加，NLRP3 抑制劑在用 TET2 缺陷細胞重建的嵌合小鼠中顯示出比在非嵌合小鼠中更大的動脈粥樣硬化保護活性，表明體細胞 TET2 突變在動脈粥樣硬化中起著關鍵作用。另有研究表明，TET2 與血管平滑肌細胞的表型轉化[42]、內皮功能障礙[43]和巨噬細胞炎癥[44]有關，這些都是動脈粥樣硬化的關鍵因素。另有研究[45-46]表明，HDAC9 基因多態性也與動脈粥樣硬化和缺血性卒中風險有關。除此之外，同型半胱氨酸（Hcy）啟動子區 DNA 甲基化會加劇動脈粥樣硬化，單羧酸轉運蛋白（MCTs）第二外顯子區 CpG 島甲基化改變與動脈粥樣硬化病變嚴重程度相關[47]，組織因子途徑抑制物 2（TFPI-2）甲基化修飾顯著降低動脈粥樣硬化斑塊的穩定性，細胞外超氧化物歧化酶（EC-SOD）基因甲基化程度升高，導致其表達降低，使機體抗氧化反應減弱，加速動脈粥樣硬化進程[48]。
2.4.3 肺動脈高壓
肺動脈壓力超過一定界值后出現血流動力學異常狀態稱為肺動脈高壓，可導致右心負荷增大和右心功能不全，從而產生一系列臨床癥狀。研究表明表觀遺傳學參與調控肺動脈高壓的發生發展。Mn-SOD 是內生過氧化氫產生的主要來源，Mn-SOD 甲基化使其表達降低，過氧化氫生成減少，激活低氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）的活性，使肺動脈壓力升高[49]。研究[50]表明肌細胞增強因子 2（myocyte enhancer factor 2，MEF2）在維持肺血管的動態平衡中有效，MEF2 活性受損會導致肺動脈高壓的病理學變化。MANTIS 是一種由組蛋白去甲基化酶 JARID1B 調控的 lncRNA，研究[51]發現特發性肺動脈高壓患者中 MANTIS 有所下調，體內外實驗證實內皮細胞中 MANTIS 的缺失可減少血管生成，且這一機制與 BRG1 相互作用相關。Neumann 等[52]研究證實 lncRNA GATA6-AS 通過與表觀遺傳調節因子 LOXL2 相互作用調節內皮基因表達，而 LOXL2 可通過使 H3K4me3 脫氨基誘導 H3K4 標記的去甲基化，表明 GATA6-AS 與組蛋白修飾機制之間存在假定聯系。血管疾病中表觀遺傳調節之間存在復雜的相互作用機制。
3 總結與展望
多種表觀遺傳調節機制參與到血管疾病當中，這些機制以復雜的方式相互作用以調節基因表達和血管病理學。迄今為止，表觀遺傳調節對于血管疾病的作用大部分集中在動脈粥樣硬化、冠狀動脈和主動脈疾病上。近期越來越多的研究將焦點集中于腦動脈瘤[53]與卒中[54]的表觀遺傳調節機制。目前，DNA 甲基化抑制劑、組蛋白甲基化抑制劑和 HDAC 抑制劑已成功應用于血管疾病的研究[55]。然而，各類血管疾病的表觀遺傳調節具體機制尚未明確，仍需要進一步的研究。通過對表觀遺傳調控的深入研究，可能會為血管疾病的預防、早期診斷以及治療與預后提供新的方法與思路。
利益沖突：無。
作者貢獻：李東澤、李芳卉負責文獻查詢、數據收集和論文撰寫；曾銳、曹鈺負責論文設計和指導；萬智負責論文設計、論文審閱和修改。
表觀遺傳學指獨立于 DNA 核苷酸序列本身的基因表達的可遺傳改變，其主要機制包括 DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA（noncoding RNAs，ncRNAs）等，這些機制共同作用調控基因的特異性表達[1]。表觀遺傳機制將環境與基因相聯系，環境因素通過表觀遺傳調控的方式作用于基因組 DNA，調節基因的特異性表達，產生長期的表型改變，最終可導致疾病的發生，影響疾病的表型[2-3]。血管疾病為一類復雜性疾病，多由遺傳和環境因素綜合作用，難以用單一基因突變所解釋。近年來研究發現，表觀遺傳調控參與了一系列疾病如血管疾病、癌癥[4]、神經精神疾病[5]等的發病過程，并在其疾病進程中發揮重要作用。本文對表觀遺傳學在血管疾病中的最新研究進展進行綜述。
1 表觀遺傳學基礎
1.1 DNA 甲基化
DNA 甲基化指在 DNA 甲基轉移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化下，將 S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）的甲基轉移至 DNA 序列上[6]。DNA 甲基化包括 5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）、5-甲基胞嘧啶（5mC）、N6-甲基腺嘌呤（6mA）和 7-甲基鳥嘌呤（7mG）等形式，其中 5mC 是最常見的類型[7]。DNA 甲基化由 3 種不同的 DNMT 催化，分別為 DNMT1、DNMT3A/B 和 DNMT3L[7]。一般哺乳動物的 DNA 甲基化主要發生于 CpG 島的胞嘧啶上，生成產物 5mC。CpG 島是含有高密度 CpG 二核苷酸片段的 CpG 富集區，長度約為 200～300 個堿基對，大多數富含 CpG 的基因組區域是啟動子區域[8]。DNA 甲基化水平對基因表達具有重要影響，通常情況下，活躍基因的啟動子區域處于去甲基化狀態，而沉默基因的啟動子區域處于超甲基化狀態。啟動子區域 CpG 島的異常高甲基化將會導致基因沉默，從而引發疾病[9]。RNA 同樣可以被甲基化和去甲基化，從而調節基因表達，然而這方面的研究相對較少[10]。
DNA 羥甲基化修飾是 DNA 去甲基化修飾的關鍵中間環節，也參與了基因的表達調控[11]。DNA 羥甲基化指在 10-11 易位家族蛋白酶（ten-eleven translocation，TET）的作用下，5mC 被氧化加羥基形成 5hmC[12]。DNA 甲基化和羥甲基化是兩種獨立的表觀改變，兩者有相反的功能作用，DNA 羥甲基化可以重新激活被抑制表達的基因[13]。研究[14]表明人類基因組 CpG 島甲基化與基因表達較低相關，然而基因內部羥基化則與基因表達較高相關。DNA 甲基化和羥甲基化之間的平衡描繪了 DNA 修飾的表觀遺傳景觀。
1.2 組蛋白修飾
組蛋白是一種堿性蛋白，可協助 DNA 包裝形成核小體，包括球狀的 C 端結構域和未折疊的 N 端尾。組蛋白修飾使染色質結構發生變化從而具有活性。組蛋白修飾方法有八種，分別為甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、類泛素化、脫酰胺基化、ADP 核糖基化和脯氨酸異構化，由不同酶催化，其中甲基化和乙酰化是研究最為廣泛的修飾方法[15]。不同的組蛋白修飾通過激活或者抑制轉錄，調節基因表達，指導細胞分化。組蛋白甲基化指通過組蛋白甲基轉移酶（histone methyltransferase，HMT）將甲基從 S-腺苷-L-甲硫氨酸轉移至組蛋白的賴氨酸或精氨酸殘基上，促進組蛋白的甲基化。組蛋白甲基化可以激活或者抑制基因表達，這取決于修飾的氨基酸殘基和甲基化程度。組蛋白乙酰化指通過組蛋白乙酰轉移酶（histone acetyltransferase，HAT）在乙酰輔酶 A 中酶促添加乙酰基（COCH3）促進組蛋白乙酰化[16]。一般情況下，基因啟動子乙酰化與轉錄激活相關，如 H3K9ac 通常在有轉錄活性的啟動子中富集，而去乙酰化與基因抑制相關[17]。
1.3 非編碼 RNA
ncRNA 是指轉錄組中不編碼蛋白的功能性 RNA 分子，占人類基因組的 80% 左右[18]。非編碼 RNA 被分為結構 RNA（即核內小分子 RNA、核仁小分子 RNA、核糖體 RNA）和調節 RNA（即微小 RNA、長鏈非編碼 RNA、piRNA、小干擾 RNA）。多項研究表明 ncRNA 在各種生理和病理過程中發揮作用，近期研究[19]表明 ncRNA 可作為血管疾病的生物標記物，在其治療與干預中起到一定作用。
2 表觀遺傳學與血管疾病
2.1 表觀遺傳學與血管疾病發病風險
心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）是血管疾病中最重要的組成部分之一，其發病風險與遺傳基因相關，除此之外，非遺傳因素也發揮著重要的作用。對具有相同基因組的同卵雙胞胎進行研究，結果顯示其具有不同的心血管不良事件發生率，表明遺傳基因在 CVD 發病風險中僅起到部分作用[20]。研究證明生活方式因素與 CVD 的易感性獨立相關。多項試驗對高危 CVD 人群進行研究，將具有良好生活方式人群與不良生活方式人群進行對比，發現生活方式良好組相較于生活方式不良組 CVD 相對風險降低近 50%，且生活方式不良組中 CVD 低風險遺傳因素的保護作用降低[21-23]。這些研究結論強調了環境因素與遺傳因素相互作用在 CVD 風險中的重要性，而其中的重要組成部分與表觀遺傳學機制相關。研究發現傳統危險因素對 CVD 風險的影響在老年患者和年輕患者之間存在差異，這表明老年患者 CVD 存在不明風險因素[24-25]。越來越多的證據表明，表觀遺傳機制在其中具有調控作用，這些機制可以量化以預測 CVD 風險并發現新的治療靶點。
2.2 基于 DNA 甲基化的表觀遺傳時鐘
年齡是 CVD 的獨立危險因素。生物老化在某種程度上由遺傳決定，同時受到傳統危險因素影響，其可加速衰老過程，推進 CVD 的發病和進展。然而，實際年齡并不能準確反映生物學年齡，精準的生物學年齡才是 CVD 的強烈獨立預測因子。研究[26]表明，基于 DNA 甲基化水平的表觀遺傳時鐘概念是生物學年齡的潛在有力和準確的決定因素，并且是解釋年齡相關 CVD 風險機制的有效工具。
年齡依賴性 DNA 高甲基化優先發生在某些 CpG 島上，特別是在調節染色質重塑和基因沉默的 Polycomb 靶基因中。DNA 甲基化不是靜態修飾，而是通過 DNMT 和 TET 家族成員的酶促沉積和去除動態控制。最近研究表明，大部分 CpG 島的甲基化狀態存在節律性波動，而在由大量緩慢或非增殖細胞組成的組織中也是如此。對多能干細胞的研究[27]發現，其 CpG 島甲基化波動節律為每小時 2～3 次，這表明這一動態波動與 DNA 復制無關。盡管許多與年齡相關的表觀遺傳變化依賴于組織類型，但最近的研究表明年齡依賴性 CpG 甲基化可以獨立于性別、組織類型、疾病狀態和陣列平臺進行定義。Horvath [28]研究出一項基于 DNA 甲基化的年齡預測器，試驗預測來自兒童和成人的超過 30 種組織和細胞類型，結果表明在大多數測試的組織和細胞類型中預測結果準確，DNA 甲基化年齡在具有不同壽命的分選血細胞中沒有顯著變化，胚胎和誘導多能干細胞的時鐘年齡接近于 0，并與細胞傳代數相關。許多流行病學研究已經對 Horvath 的 DNA 甲基化時鐘進行了測試，證明了其預測年齡相關疾病和全因死亡風險的準確性。
2.3 表觀遺傳記憶
表觀遺傳記憶是一種重要的機制，使基因活動狀態從一代細胞穩定傳遞到下一代，其發生機制尚未闡明，但近期研究表明表觀遺傳記憶分為兩個主要層次。第一種被稱為跨代記憶，指前一代細胞對環境或其他因素的應答反應和基因表達可通過有絲分裂遺傳給下一代細胞[29]。研究者對妊娠期間的煙草暴露進行研究，結果顯示在妊娠期間暴露于煙草的孕婦可加速新生兒的表觀遺傳時間，表明吸煙相關 CVD 風險存在跨代可遺傳成分[30]。有絲分裂表觀遺傳記憶可能為可遺傳的轉錄調控和對發展與環境變化的應答反應。人類卡介苗疫苗接種可證實這一說法，卡介苗疫苗接種可導致單核細胞的表觀遺傳重編程，使其表達出增強且持久的促炎表型，可提供非特異性保護以防止再次感染[31]，增加了先天性免疫細胞對刺激的反應能力。然而當受到不適當刺激時，免疫系統可能表現為適應不良，處于長時間過度活躍狀態，這一反應可導致動脈粥樣硬化細胞因子/趨化因子的產生增加，泡沫細胞的形成增加，從而推動動脈粥樣硬化進程。
另一種表觀遺傳記憶稱為代謝記憶。研究發現對于早期血糖控制不良的糖尿病患者，即使后期血糖控制良好，也會表現出持續的血管病變。相反，即使不維持血糖控制，在疾病過程中早期良好的血糖控制也可能在生命后期賦予血管保護作用。有學者[32]在白細胞中發現了幾種組蛋白翻譯后修飾，其中包括 H3K9ac 在單核細胞炎癥相關基因啟動子上富集，導致血管、腎臟和其他靶器官中促炎基因表達增加，巨噬細胞浸潤，這可能與糖尿病性血管病變有關。近期研究表明，NF-κB 是葡萄糖升高后單核細胞和血管內皮細胞中炎癥基因表達的主要介質。研究[33]指出高糖環境下，SET7 和 H3K4me1 在其相關啟動子中富集，增加炎癥基因和 NF-κB 活性亞基（p65）表達。此外，體內外研究[34]表明，在平滑肌和內皮細胞中纖維化、促氧化和炎癥基因的持續異常表達中存在代謝記憶。
2.4 血管疾病的表觀遺傳調控
2.4.1 主動脈瘤
主動脈瘤（aortic aneurysm，AA）是指一段或數段主動脈中層彈性纖維斷裂，膠原蛋白降解，血管壁薄弱無法承受血流沖擊的壓力而出現的病理性不對稱擴張，最終導致動脈壁膨出形成血管瘤，通常位于腎下腹主動脈和胸主動脈[35]。Lino Cardenas 等[36]研究證實了在胸主動脈瘤遺傳模型中表觀遺傳調控機制相互作用導致血管平滑肌細胞功能障礙。實驗發現胸主動脈瘤的不同血管平滑肌細胞模型中組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase 9，HDAC9）表達上調；lncRNA，MALAT1 與 HDAC9 和 Brahma 相關基因 1 蛋白（Brahma-related gene 1 protein，BRG1）形成染色質重塑復合物，調控關鍵細胞骨架和收縮基因啟動子，導致病理血管平滑肌細胞脫分化。MALAT1 或 HDAC9 的缺失可降低血管平滑肌細胞增殖，減少動脈瘤的形成。Shah 等[37]比較了兩種不同病因胸主動脈瘤患者的主動脈組織，研究發現幾項參與心血管發育的基因存在不同水平的甲基化，這表明 DNA 甲基化可能參與了胸主動脈瘤的發病進程。近期研究[38]表明，多種 miRNA 參與到了主動脈瘤的發生發展過程中，miR-24 在血管炎癥和腹主動脈瘤發病機制中起關鍵作用，miR-24 作用于炎癥介質 Chi3l1，miR-24-Chi3l1 相互作用可調節巨噬細胞活化和細胞因子合成，促進主動脈平滑肌細胞遷移等。miR-26a 通過靶向調控 TGF-β 信號級聯反應因子 SMAD1 和 SMAD4 的表達，從而影響主動脈瘤的發展[39]。miR-29b 與細胞外基質穩態和主動脈瘤發展密切相關[40]。
2.4.2 動脈粥樣硬化
動脈粥樣硬化是血管疾病中常見的基礎疾病，其主要病理過程為脂質沉積于動脈內膜，粥樣斑塊形成導致管腔狹窄管壁變硬，從而出現相應組織缺血表現。越來越多的證據表明表觀遺傳調控在動脈粥樣硬化發生發展過程中有重要作用。DNA 甲基化修飾酶 TET2 近期受到研究者的廣泛關注。Fuster 等[41]研究了 TET2 突變細胞在低密度脂蛋白受體缺陷（Ldlr?/?）小鼠中擴增對動脈粥樣硬化進程的影響，發現 TET2 缺陷的巨噬細胞表現出 NLRP3 炎性體介導的白細胞介素-1b 分泌的增加，NLRP3 抑制劑在用 TET2 缺陷細胞重建的嵌合小鼠中顯示出比在非嵌合小鼠中更大的動脈粥樣硬化保護活性，表明體細胞 TET2 突變在動脈粥樣硬化中起著關鍵作用。另有研究表明，TET2 與血管平滑肌細胞的表型轉化[42]、內皮功能障礙[43]和巨噬細胞炎癥[44]有關，這些都是動脈粥樣硬化的關鍵因素。另有研究[45-46]表明，HDAC9 基因多態性也與動脈粥樣硬化和缺血性卒中風險有關。除此之外，同型半胱氨酸（Hcy）啟動子區 DNA 甲基化會加劇動脈粥樣硬化，單羧酸轉運蛋白（MCTs）第二外顯子區 CpG 島甲基化改變與動脈粥樣硬化病變嚴重程度相關[47]，組織因子途徑抑制物 2（TFPI-2）甲基化修飾顯著降低動脈粥樣硬化斑塊的穩定性，細胞外超氧化物歧化酶（EC-SOD）基因甲基化程度升高，導致其表達降低，使機體抗氧化反應減弱，加速動脈粥樣硬化進程[48]。
2.4.3 肺動脈高壓
肺動脈壓力超過一定界值后出現血流動力學異常狀態稱為肺動脈高壓，可導致右心負荷增大和右心功能不全，從而產生一系列臨床癥狀。研究表明表觀遺傳學參與調控肺動脈高壓的發生發展。Mn-SOD 是內生過氧化氫產生的主要來源，Mn-SOD 甲基化使其表達降低，過氧化氫生成減少，激活低氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）的活性，使肺動脈壓力升高[49]。研究[50]表明肌細胞增強因子 2（myocyte enhancer factor 2，MEF2）在維持肺血管的動態平衡中有效，MEF2 活性受損會導致肺動脈高壓的病理學變化。MANTIS 是一種由組蛋白去甲基化酶 JARID1B 調控的 lncRNA，研究[51]發現特發性肺動脈高壓患者中 MANTIS 有所下調，體內外實驗證實內皮細胞中 MANTIS 的缺失可減少血管生成，且這一機制與 BRG1 相互作用相關。Neumann 等[52]研究證實 lncRNA GATA6-AS 通過與表觀遺傳調節因子 LOXL2 相互作用調節內皮基因表達，而 LOXL2 可通過使 H3K4me3 脫氨基誘導 H3K4 標記的去甲基化，表明 GATA6-AS 與組蛋白修飾機制之間存在假定聯系。血管疾病中表觀遺傳調節之間存在復雜的相互作用機制。
3 總結與展望
多種表觀遺傳調節機制參與到血管疾病當中，這些機制以復雜的方式相互作用以調節基因表達和血管病理學。迄今為止，表觀遺傳調節對于血管疾病的作用大部分集中在動脈粥樣硬化、冠狀動脈和主動脈疾病上。近期越來越多的研究將焦點集中于腦動脈瘤[53]與卒中[54]的表觀遺傳調節機制。目前，DNA 甲基化抑制劑、組蛋白甲基化抑制劑和 HDAC 抑制劑已成功應用于血管疾病的研究[55]。然而，各類血管疾病的表觀遺傳調節具體機制尚未明確，仍需要進一步的研究。通過對表觀遺傳調控的深入研究，可能會為血管疾病的預防、早期診斷以及治療與預后提供新的方法與思路。
利益沖突：無。
作者貢獻：李東澤、李芳卉負責文獻查詢、數據收集和論文撰寫；曾銳、曹鈺負責論文設計和指導；萬智負責論文設計、論文審閱和修改。