引用本文： 翁曉宇, 劉昶. 減重手術后 DNA 甲基化差異的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2021, 28(8): 1103-1107. doi: 10.7507/1007-9424.202010013 復制
肥胖目前已經成為全球范圍內威脅人類健康的主要因素之一，并且是多種代謝疾病如 2 型糖尿病、心血管疾病和惡性腫瘤的危險因素[1]。隨著肥胖人數日益增多，估計因肥胖引起的代謝疾病在不久的將來會成為導致死亡的主要原因[2]。常規減重方式主要是生活方式的改變如低熱量飲食和體育鍛煉，然而對于嚴重肥胖個體采用常規減重可能不會長期維持體質量減輕[3]。近年來，減重手術已被引入作為替代療法，其不僅維持體質量減輕，而且使肥胖相關并發癥得以改善[4]。每年全世界大約進行 500 000 例減重手術，其中胃袖狀切除術和 Roux-en-Y 胃旁路手術（Roux-en-Y gastric bypass，RYGB）是最常采用的手術方式[5]。減重手術后代謝狀態改善的潛在機制尚不完全清楚，有研究者[6]提出表觀遺傳因素可能在其中起著重要作用。表觀遺傳學研究旨在了解外部因素如何調節基因表達[7]，其包括 DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA[8]，其中 DNA 甲基化是生物體中最豐富的也是研究最為廣泛的。所謂 DNA 甲基化是指在 DNA 甲基化轉移酶的作用下，在基因組 CpG 二核苷酸的胞嘧啶 5′ 碳位共價鍵結合 1 個甲基基團，DNA 甲基化水平的改變有可能是體質量改變的結果[7]，這種表觀遺傳機制在肥胖以及與肥胖相關并發癥如胰島素抵抗和惡性腫瘤之間可能存在潛在聯系[9]。因此，假設減重手術導致的體質量減輕可能會導致 DNA 甲基化的變化，從而有可能深入了解體質量減輕引起的代謝狀態改善的分子機制。
1 DNA 甲基化
人類基因組中大約有 29 000 個 CpG 島[10]。CpG 甲基化可以部分或完全阻止鄰近基因的表達，因此，含有 5′ -CpG 區域的基因轉錄速率通常與其甲基化程度呈反比[11]。人類細胞甲基化圖譜顯示，在正常生理條件下約有 5% 的胞嘧啶殘基被甲基化[11]。啟動子區域中 CpG 島內的胞嘧啶在組成型表達的基因中不會甲基化，而在受調控的基因中其是否被甲基化取決于組織類型[12]。由于 DNA 甲基化的主要功能是沉默 DNA 區域中的活性基因，因此，在著絲粒、端粒和非活性 X 染色體中發現了高水平的 DNA 甲基化[13]。然而 DNA 甲基化可以在基因的各個位置發生，包括啟動子區域、外顯子、內含子和非翻譯區域[14]。在人類中也觀察到了非 CpG 甲基化[15]，主要是胚胎干細胞[16]。DNA 甲基化對基因表達的影響似乎取決于基因序列中甲基化的位置[17]，其中基因體 5′ 非編碼區和 3′ 非編碼區中的甲基化與基因表達增加相關，而啟動子區域中的甲基化與基因表達降低相關[18]，基因的表觀遺傳不僅受環境影響，同時也可以遺傳給后代，對后代基因表達也產生影響。
2 減重手術后外周血液和組織中 DNA 甲基化的差異
2.1 外周血液和組織中總體 DNA 甲基化的差異
2.1.1 外周血液中
長散在核重復序列 1（long interspersed nuclear element-1，LINE-1）是基因組的一種重復序列，據 Nicoletti 等[19]報道，1/3 的基因組甲基化發生在這種重復序列中，這種重復序列與體質量指數、2 型糖尿病、胰島素抵抗、心血管疾病和炎癥反應相關，因此，可以用來評估總體 DNA 甲基化。Martín-Nú?ez 等[20]在關于減重手術對糖尿病和非糖尿病患者的總體 DNA 甲基化模式影響的研究中發現，不同的手術方式對糖尿病和非糖尿病嚴重肥胖患者血液樣本中的 LINE-1 基因甲基化水平沒有影響且手術前后也無差異，但在糖尿病肥胖患者中發現 LINE-1 基因甲基化與胰島素水平和胰島素抵抗指數有關，而且在糖尿病和非糖尿病肥胖患者中發現手術前 LINE-1 基因甲基化水平與基線體質量呈正相關，但手術后未發現二者間的這種關系，對于此原因目前無明確定論，其原因可能是術后 6 個月的時間不足以改變 LINE-1 基因甲基化水平。而 van Dijk 等[21]的發現與 Martín-Nú?ez 等[20]報道的結果相矛盾。Nilsson 等[22]在一項肥胖患者 RYGB 手術前后啟動子區域 DNA 甲基化的研究中發現，與術前相比，RYGB 術后 6 個月時有 51 個啟動子區域甲基化程度顯著改變，且其平均 DNA 甲基化水平與對照組相似；當 RYGB 術后體質量減輕值達到基線體質量的 24%、空腹血糖濃度降低值達到基線空腹血糖濃度的 16% 時，甲基化程度顯著改變的 51 個啟動子區域中只有 1 個（約 2%）DNA 甲基化仍然顯著不同。
2.1.2 組織中
雖然脂肪組織對于肥胖的病理生理學的研究有很大作用，但是對于減重手術前后脂肪組織中總體 DNA 甲基化的研究卻較少。Multhaup 等[23]研究發現，減重手術后 6 個月時在腹部皮下脂肪組織 DNA 中發現 227 個差異甲基化區域發生了顯著變化，其中有 105 個在減重手術后的甲基化水平與健康對照者相似。Benton 等[24]研究發現，皮下與網膜脂肪組織在減重手術前的總體 DNA 甲基化程度比術后更高，并且皮下和網膜脂肪組織間總體 DNA 甲基化程度比較差異無統計學意義。Dahlman 等[25]比較了 RYGB 手術前后腹部脂肪細胞 DNA 甲基化水平，該研究對象為 16 例因肥胖行 RYGB（術后 2 年）的女性和 14 例非肥胖女性，從中各隨機抽取 9 例女性收集其脂肪細胞，結果發現，與非肥胖女性相比，減重手術后患者總體 DNA 甲基化水平明顯降低。關于肌肉組織中 DNA 甲基化的研究，Barres 等[26]研究了 RYGB 前和 RYGB 后 6 個月時總體 DNA 甲基化的變化，采用熒光測定法測量了肥胖和非肥胖女性骨骼肌的總胞嘧啶甲基化水平，結果顯示，RYGB 手術引起的體質量減輕前后骨骼肌中 CpG 和非 CpG 的總體甲基化水平相似，且肥胖和非肥胖女性的總體 DNA 甲基化亦相似。Donkin 等[27]在一項 RYGB 手術前后肥胖患者精子 DNA 甲基化水平的研究中發現 ，有超過 1 500 個基因在術后 1 周與術前相比 DNA 甲基化程度不同，這種變化可以一直持續到精子成熟的最后階段；此外，在 1 年的隨訪中發現，有 3 910 個基因被甲基化，與來自非肥胖的樣本相比，其中有 2 681 個基因被甲基化。Su 等[28]還報道了父親所經歷的環境因素可以通過精子介導來控制下一代的疾病風險。
2.2 外周血液和組織中特異性基因 DNA 甲基化的差異
2.2.1 外周血液中
減重手術后患者體質量減輕值與基線絲氨酸蛋白酶抑制蛋白 E-1（serine proteinase inhibitor family e member 1，SERPINE-1）基因甲基化水平有關[29]，因此，SERPINE-1 基因甲基化可能是 RYGB 體質量減輕的預測指標[19]。Nicoletti 等[30]發現，術前主要促進因子超家族成員 3（major facilitator superfamily domain containing 3，MFSD3）基因高甲基化與 RYGB 術后體質量恢復和不良反應顯著相關。提示術前 SERPINE-1 和 MFSD3 這兩種基因的甲基化程度可能對減重手術是否成功有一定影響。硬脂酰輔酶 A 去飽和酶（stearoyl-CoA desaturase，SCD）是一種內質網結合酶，可將不同的飽和脂肪酸轉化為單不飽和脂肪酸。Morcillo 等[31]研究發現，肥胖患者手術前 SCD 基因啟動子的甲基化水平降低，而在 RYGB 術后 6 個月時升高且術后甲基化水平與對照組相似，這種甲基化水平增加與胰島素抵抗相關參數（游離脂肪酸及脂聯素的水平）的變化有關。有兩項關于 DNA 甲基化與血壓變化的研究：一項是 Macías-González 等[32]的研究，其結果表明，RYGB 術后 6 個月患者核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）基因甲基化增加且與血壓降低顯著相關；另一項是 Bostr?m 等[33]的研究，其結果發現，與收縮壓相關的兩個候選 CpG 位點（cg00875989、cg09134341）在原發性高血壓患者中顯著低甲基化，這些探針甲基化的增強與 RYGB 手術后觀察到的收縮壓水平顯著降低密切相關。磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphatidylinositol3-kinase，PI3K）信號傳導途徑在胰島素代謝中起著至關重要的作用。PI3K 具有催化亞基（PI3KCA 和 PI3KCD）和調節亞基（PI3KR1）。Pinhel 等[34]在一項 RYGB 手術對 PI3KR1 基因表達和 DNA 甲基化模式影響的研究中發現，從術前和術后 6 個月患有嚴重肥胖的 13 例女性中獲取血液樣本發現，術后 PI3KR1 基因表達上調，6 個 DNA 甲基化 CpG 位點被甲基化；有糖尿病或無糖尿病的肥胖與非肥胖患者相比，經典途徑 PI3K/Akt 被破壞。溶質載體家族 19，成員 1（solute carrier family 19，member 1，SLC19A1）基因編碼一種膜蛋白通過參與調節細胞內葉酸濃度進而影響胰島素的敏感性，Macías-González 等[32]研究發現，C 反應蛋白的降低和胰島素敏感性的提高與 SLC19A1 基因啟動子甲基化水平的變化有關。有研究[19]發現，RYGB 手術調節了與炎癥途徑相關的特定基因的甲基化，如 SERPINE-1、白細胞介素（interleukin，IL）-6、IL-1β 和丙酮酸脫氫酶激酶 4（pyruvate dehydrogenase kinase 4，PDK4）。Kirchner 等[35]在一項關于減重手術前后與代謝調節有關的基因甲基化的研究中發現，RYGB 術后 2 d，在 IL-1β、IL-6 和腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）基因啟動子中觀察到甲基化水平顯著降低，然而在 RYGB 術后 12 個月，PDK4、IL-1β、IL-6 和 TNF 基因中啟動子甲基化水平顯著增加。
2.2.2 組織中
在一項針對正常女性、RYGB 術前與 RYGB 術后 6 個月的肥胖女性這 3 組樣本的骨骼肌 DNA 甲基化和基因表達水平的對照研究[26]中發現，減重手術后，研究的 14 個代謝基因中有 11 個基因啟動子甲基化與非肥胖對照人群相似，其中與線粒體功能相關的 2 個基因：過氧化物酶體增殖物受體共激活因子-1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）和 PDK4 基因啟動子區的甲基化發生了改變，但在 RYGB 后恢復至正常水平，并且發現 RYGB 手術后基因表達和甲基化的正常化與空腹血糖、胰島素、總膽固醇、低密度脂蛋白、甘油三酸酯水平的正常化同時發生。SORBS3（sorbin and SH3 domain containing 3）基因編碼的蛋白質在細胞骨架結構中起作用，并且肥胖引起的胰島素抵抗與細胞骨架結構的改變有關。Day 等[36]在一項 RYGB 手術前后骨骼肌組織中 SORBS3 甲基化變化的研究中發現，術后 3 個月時 SORBS3 基因甲基化程度與術前相比降低，甲基化程度的降低與手術后 SORBS3 基因表達的增加有關。Sala 等[13]在一項 RYGB 手術前后患有 2 型糖尿病肥胖患者的組織特異性甲基化的變化研究中，從患有非酒精性脂肪肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）的肥胖患者和對照組中獲得了肝臟活檢組織，結果表明，NAFLD 特異性表達和甲基化差異見于 9 個基因，它們編碼中間代謝中的主要酶；減重手術前后，從肝臟活檢組織中觀察到與 NAFLD 表型相關的 DNA 甲基化變化，這些 DNA 甲基化的變化伴隨著某些基因的表達變化，提示減重手術后基因表達和甲基化的改變可能與手術后觀察到的肝胰島素敏感性恢復有關。減重手術后鐵缺乏癥非常普遍，由 Hamp 基因編碼的鐵調素（Hepcidin）是一種負向調節鐵穩態的激素，Hepcidin 有 3 種同工型，分別為 20、22、25，其中 Hepcidin-25 是其活性形式，也是 3 種中應用最廣泛的[37]。一項減重手術后大鼠肝臟 DNA 甲基化在調節 Hamp 基因表達中作用的研究[37]表明，減重手術后 Hamp 基因的 mRNA 表達及其蛋白產物 Hepcidin-25 均顯著下降，而胃袖狀切除手術的大鼠 Hamp 基因表達略高于 RYGB 手術大鼠，在 RYGB 手術大鼠中，Hamp 基因啟動子區域的 DNA 甲基化水平顯著高于對照組，而胃袖狀切除手術大鼠的 DNA 甲基化與對照組比則略有增加，兩種手術方式的術后血清鐵水平均顯著低于對照組，且 RYGB 術后的血清鐵含量更低。
3 減重手術后在不同時間與不同組織中基因 DNA 甲基化的差異
Nicoletti 等[30]發現在減重手術后 6 個月時患者血液中的 IL-6 甲基化水平明顯降低；Macías-González 等[32]發現在減重手術后 6 個月時患者血液中 IL-6 甲基化水平變化不明顯，但 Kirchner 等[35]發現 RYGB 減重手術后 1 年時患者血液中 IL-6 甲基化水平明顯升高，此 3 項研究之間存在明顯的異質性。同時也發現在減重手術后的血液與骨骼肌中 PGC-1α 基因的甲基化程度不同，術后 6 個月時骨骼肌中的 PGC-1α 基因甲基化水平顯著降低[26]，血液中的 PGC-1α 基因甲基化沒有影響[32]，但在術后1 年時血液中 PGC-1α 基因甲基化水平明顯升高[35]，此 3 項研究之間無顯著異質性。Kirchner 等[35]和 Barres 等[26]發現，減重手術后在血液和骨骼肌中 PDK4 基因甲基化程度均較高且發現這兩項研究之間無異質性。
4 減重手術后微生物的組成及代謝產物的改變對 DNA 甲基化的影響
減重手術對表觀遺傳的影響與其術后微生物群的組成及其代謝產物的改變有關。有研究[38]發現，減重手術能夠改變微生物群的組成，而且微生物群產生的代謝產物可以誘導 DNA 甲基化變化和非編碼 RNA 表達，因此提出，由微生物代謝產物誘導的表觀遺傳學機制對于預防肥胖癥等疾病具有潛在的作用。Ilhan 等[39]發現，RYGB 術后兼性厭氧、膽汁耐受性微生物種類增加，來自口腔的微生物如大腸埃希菌、韋永菌和鏈球菌處于較高水平，RYGB 術后微生物豐富度與體質量減輕百分比呈正相關。
5 小結與展望
從目前的研究結果看，減重手術前后 DNA 甲基化水平存在差異，但也存在一些問題，如有些基因甲基化隨時間變化，而有些基因甲基化則高度穩定，其原因可能是術后隨訪時間長度未足以檢測到 DNA 甲基化，需要隨訪更長的時間來檢測這些 DNA 甲基化的變化進展；還能觀察到同一基因在不同組織中也呈現不同程度的甲基化，其原因可能是不同組織的不同環境狀態對甲基化程度有所影響；另外，DNA 甲基化測量方法不同以及患者術后的飲食、運動等生活方式不同都會對 DNA 甲基化結果產生影響。因此，期望將來會有更大樣本量及術后隨訪時間更長的研究，同時期望以后的測量方法能夠更加精確地測量結果的差異，同時能夠規范患者術后生活方式以縮小其他外界因素的干擾。相信隨著研究的不斷深入，會進一步揭示表觀遺傳學、肥胖和減重手術之間的關系，以得到滿意的結果。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：翁曉宇選題并撰寫和修改文章；劉昶在論文指導中提出了批判性的修改意見。
肥胖目前已經成為全球范圍內威脅人類健康的主要因素之一，并且是多種代謝疾病如 2 型糖尿病、心血管疾病和惡性腫瘤的危險因素[1]。隨著肥胖人數日益增多，估計因肥胖引起的代謝疾病在不久的將來會成為導致死亡的主要原因[2]。常規減重方式主要是生活方式的改變如低熱量飲食和體育鍛煉，然而對于嚴重肥胖個體采用常規減重可能不會長期維持體質量減輕[3]。近年來，減重手術已被引入作為替代療法，其不僅維持體質量減輕，而且使肥胖相關并發癥得以改善[4]。每年全世界大約進行 500 000 例減重手術，其中胃袖狀切除術和 Roux-en-Y 胃旁路手術（Roux-en-Y gastric bypass，RYGB）是最常采用的手術方式[5]。減重手術后代謝狀態改善的潛在機制尚不完全清楚，有研究者[6]提出表觀遺傳因素可能在其中起著重要作用。表觀遺傳學研究旨在了解外部因素如何調節基因表達[7]，其包括 DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA[8]，其中 DNA 甲基化是生物體中最豐富的也是研究最為廣泛的。所謂 DNA 甲基化是指在 DNA 甲基化轉移酶的作用下，在基因組 CpG 二核苷酸的胞嘧啶 5′ 碳位共價鍵結合 1 個甲基基團，DNA 甲基化水平的改變有可能是體質量改變的結果[7]，這種表觀遺傳機制在肥胖以及與肥胖相關并發癥如胰島素抵抗和惡性腫瘤之間可能存在潛在聯系[9]。因此，假設減重手術導致的體質量減輕可能會導致 DNA 甲基化的變化，從而有可能深入了解體質量減輕引起的代謝狀態改善的分子機制。
1 DNA 甲基化
人類基因組中大約有 29 000 個 CpG 島[10]。CpG 甲基化可以部分或完全阻止鄰近基因的表達，因此，含有 5′ -CpG 區域的基因轉錄速率通常與其甲基化程度呈反比[11]。人類細胞甲基化圖譜顯示，在正常生理條件下約有 5% 的胞嘧啶殘基被甲基化[11]。啟動子區域中 CpG 島內的胞嘧啶在組成型表達的基因中不會甲基化，而在受調控的基因中其是否被甲基化取決于組織類型[12]。由于 DNA 甲基化的主要功能是沉默 DNA 區域中的活性基因，因此，在著絲粒、端粒和非活性 X 染色體中發現了高水平的 DNA 甲基化[13]。然而 DNA 甲基化可以在基因的各個位置發生，包括啟動子區域、外顯子、內含子和非翻譯區域[14]。在人類中也觀察到了非 CpG 甲基化[15]，主要是胚胎干細胞[16]。DNA 甲基化對基因表達的影響似乎取決于基因序列中甲基化的位置[17]，其中基因體 5′ 非編碼區和 3′ 非編碼區中的甲基化與基因表達增加相關，而啟動子區域中的甲基化與基因表達降低相關[18]，基因的表觀遺傳不僅受環境影響，同時也可以遺傳給后代，對后代基因表達也產生影響。
2 減重手術后外周血液和組織中 DNA 甲基化的差異
2.1 外周血液和組織中總體 DNA 甲基化的差異
2.1.1 外周血液中
長散在核重復序列 1（long interspersed nuclear element-1，LINE-1）是基因組的一種重復序列，據 Nicoletti 等[19]報道，1/3 的基因組甲基化發生在這種重復序列中，這種重復序列與體質量指數、2 型糖尿病、胰島素抵抗、心血管疾病和炎癥反應相關，因此，可以用來評估總體 DNA 甲基化。Martín-Nú?ez 等[20]在關于減重手術對糖尿病和非糖尿病患者的總體 DNA 甲基化模式影響的研究中發現，不同的手術方式對糖尿病和非糖尿病嚴重肥胖患者血液樣本中的 LINE-1 基因甲基化水平沒有影響且手術前后也無差異，但在糖尿病肥胖患者中發現 LINE-1 基因甲基化與胰島素水平和胰島素抵抗指數有關，而且在糖尿病和非糖尿病肥胖患者中發現手術前 LINE-1 基因甲基化水平與基線體質量呈正相關，但手術后未發現二者間的這種關系，對于此原因目前無明確定論，其原因可能是術后 6 個月的時間不足以改變 LINE-1 基因甲基化水平。而 van Dijk 等[21]的發現與 Martín-Nú?ez 等[20]報道的結果相矛盾。Nilsson 等[22]在一項肥胖患者 RYGB 手術前后啟動子區域 DNA 甲基化的研究中發現，與術前相比，RYGB 術后 6 個月時有 51 個啟動子區域甲基化程度顯著改變，且其平均 DNA 甲基化水平與對照組相似；當 RYGB 術后體質量減輕值達到基線體質量的 24%、空腹血糖濃度降低值達到基線空腹血糖濃度的 16% 時，甲基化程度顯著改變的 51 個啟動子區域中只有 1 個（約 2%）DNA 甲基化仍然顯著不同。
2.1.2 組織中
雖然脂肪組織對于肥胖的病理生理學的研究有很大作用，但是對于減重手術前后脂肪組織中總體 DNA 甲基化的研究卻較少。Multhaup 等[23]研究發現，減重手術后 6 個月時在腹部皮下脂肪組織 DNA 中發現 227 個差異甲基化區域發生了顯著變化，其中有 105 個在減重手術后的甲基化水平與健康對照者相似。Benton 等[24]研究發現，皮下與網膜脂肪組織在減重手術前的總體 DNA 甲基化程度比術后更高，并且皮下和網膜脂肪組織間總體 DNA 甲基化程度比較差異無統計學意義。Dahlman 等[25]比較了 RYGB 手術前后腹部脂肪細胞 DNA 甲基化水平，該研究對象為 16 例因肥胖行 RYGB（術后 2 年）的女性和 14 例非肥胖女性，從中各隨機抽取 9 例女性收集其脂肪細胞，結果發現，與非肥胖女性相比，減重手術后患者總體 DNA 甲基化水平明顯降低。關于肌肉組織中 DNA 甲基化的研究，Barres 等[26]研究了 RYGB 前和 RYGB 后 6 個月時總體 DNA 甲基化的變化，采用熒光測定法測量了肥胖和非肥胖女性骨骼肌的總胞嘧啶甲基化水平，結果顯示，RYGB 手術引起的體質量減輕前后骨骼肌中 CpG 和非 CpG 的總體甲基化水平相似，且肥胖和非肥胖女性的總體 DNA 甲基化亦相似。Donkin 等[27]在一項 RYGB 手術前后肥胖患者精子 DNA 甲基化水平的研究中發現 ，有超過 1 500 個基因在術后 1 周與術前相比 DNA 甲基化程度不同，這種變化可以一直持續到精子成熟的最后階段；此外，在 1 年的隨訪中發現，有 3 910 個基因被甲基化，與來自非肥胖的樣本相比，其中有 2 681 個基因被甲基化。Su 等[28]還報道了父親所經歷的環境因素可以通過精子介導來控制下一代的疾病風險。
2.2 外周血液和組織中特異性基因 DNA 甲基化的差異
2.2.1 外周血液中
減重手術后患者體質量減輕值與基線絲氨酸蛋白酶抑制蛋白 E-1（serine proteinase inhibitor family e member 1，SERPINE-1）基因甲基化水平有關[29]，因此，SERPINE-1 基因甲基化可能是 RYGB 體質量減輕的預測指標[19]。Nicoletti 等[30]發現，術前主要促進因子超家族成員 3（major facilitator superfamily domain containing 3，MFSD3）基因高甲基化與 RYGB 術后體質量恢復和不良反應顯著相關。提示術前 SERPINE-1 和 MFSD3 這兩種基因的甲基化程度可能對減重手術是否成功有一定影響。硬脂酰輔酶 A 去飽和酶（stearoyl-CoA desaturase，SCD）是一種內質網結合酶，可將不同的飽和脂肪酸轉化為單不飽和脂肪酸。Morcillo 等[31]研究發現，肥胖患者手術前 SCD 基因啟動子的甲基化水平降低，而在 RYGB 術后 6 個月時升高且術后甲基化水平與對照組相似，這種甲基化水平增加與胰島素抵抗相關參數（游離脂肪酸及脂聯素的水平）的變化有關。有兩項關于 DNA 甲基化與血壓變化的研究：一項是 Macías-González 等[32]的研究，其結果表明，RYGB 術后 6 個月患者核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）基因甲基化增加且與血壓降低顯著相關；另一項是 Bostr?m 等[33]的研究，其結果發現，與收縮壓相關的兩個候選 CpG 位點（cg00875989、cg09134341）在原發性高血壓患者中顯著低甲基化，這些探針甲基化的增強與 RYGB 手術后觀察到的收縮壓水平顯著降低密切相關。磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphatidylinositol3-kinase，PI3K）信號傳導途徑在胰島素代謝中起著至關重要的作用。PI3K 具有催化亞基（PI3KCA 和 PI3KCD）和調節亞基（PI3KR1）。Pinhel 等[34]在一項 RYGB 手術對 PI3KR1 基因表達和 DNA 甲基化模式影響的研究中發現，從術前和術后 6 個月患有嚴重肥胖的 13 例女性中獲取血液樣本發現，術后 PI3KR1 基因表達上調，6 個 DNA 甲基化 CpG 位點被甲基化；有糖尿病或無糖尿病的肥胖與非肥胖患者相比，經典途徑 PI3K/Akt 被破壞。溶質載體家族 19，成員 1（solute carrier family 19，member 1，SLC19A1）基因編碼一種膜蛋白通過參與調節細胞內葉酸濃度進而影響胰島素的敏感性，Macías-González 等[32]研究發現，C 反應蛋白的降低和胰島素敏感性的提高與 SLC19A1 基因啟動子甲基化水平的變化有關。有研究[19]發現，RYGB 手術調節了與炎癥途徑相關的特定基因的甲基化，如 SERPINE-1、白細胞介素（interleukin，IL）-6、IL-1β 和丙酮酸脫氫酶激酶 4（pyruvate dehydrogenase kinase 4，PDK4）。Kirchner 等[35]在一項關于減重手術前后與代謝調節有關的基因甲基化的研究中發現，RYGB 術后 2 d，在 IL-1β、IL-6 和腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）基因啟動子中觀察到甲基化水平顯著降低，然而在 RYGB 術后 12 個月，PDK4、IL-1β、IL-6 和 TNF 基因中啟動子甲基化水平顯著增加。
2.2.2 組織中
在一項針對正常女性、RYGB 術前與 RYGB 術后 6 個月的肥胖女性這 3 組樣本的骨骼肌 DNA 甲基化和基因表達水平的對照研究[26]中發現，減重手術后，研究的 14 個代謝基因中有 11 個基因啟動子甲基化與非肥胖對照人群相似，其中與線粒體功能相關的 2 個基因：過氧化物酶體增殖物受體共激活因子-1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）和 PDK4 基因啟動子區的甲基化發生了改變，但在 RYGB 后恢復至正常水平，并且發現 RYGB 手術后基因表達和甲基化的正常化與空腹血糖、胰島素、總膽固醇、低密度脂蛋白、甘油三酸酯水平的正常化同時發生。SORBS3（sorbin and SH3 domain containing 3）基因編碼的蛋白質在細胞骨架結構中起作用，并且肥胖引起的胰島素抵抗與細胞骨架結構的改變有關。Day 等[36]在一項 RYGB 手術前后骨骼肌組織中 SORBS3 甲基化變化的研究中發現，術后 3 個月時 SORBS3 基因甲基化程度與術前相比降低，甲基化程度的降低與手術后 SORBS3 基因表達的增加有關。Sala 等[13]在一項 RYGB 手術前后患有 2 型糖尿病肥胖患者的組織特異性甲基化的變化研究中，從患有非酒精性脂肪肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）的肥胖患者和對照組中獲得了肝臟活檢組織，結果表明，NAFLD 特異性表達和甲基化差異見于 9 個基因，它們編碼中間代謝中的主要酶；減重手術前后，從肝臟活檢組織中觀察到與 NAFLD 表型相關的 DNA 甲基化變化，這些 DNA 甲基化的變化伴隨著某些基因的表達變化，提示減重手術后基因表達和甲基化的改變可能與手術后觀察到的肝胰島素敏感性恢復有關。減重手術后鐵缺乏癥非常普遍，由 Hamp 基因編碼的鐵調素（Hepcidin）是一種負向調節鐵穩態的激素，Hepcidin 有 3 種同工型，分別為 20、22、25，其中 Hepcidin-25 是其活性形式，也是 3 種中應用最廣泛的[37]。一項減重手術后大鼠肝臟 DNA 甲基化在調節 Hamp 基因表達中作用的研究[37]表明，減重手術后 Hamp 基因的 mRNA 表達及其蛋白產物 Hepcidin-25 均顯著下降，而胃袖狀切除手術的大鼠 Hamp 基因表達略高于 RYGB 手術大鼠，在 RYGB 手術大鼠中，Hamp 基因啟動子區域的 DNA 甲基化水平顯著高于對照組，而胃袖狀切除手術大鼠的 DNA 甲基化與對照組比則略有增加，兩種手術方式的術后血清鐵水平均顯著低于對照組，且 RYGB 術后的血清鐵含量更低。
3 減重手術后在不同時間與不同組織中基因 DNA 甲基化的差異
Nicoletti 等[30]發現在減重手術后 6 個月時患者血液中的 IL-6 甲基化水平明顯降低；Macías-González 等[32]發現在減重手術后 6 個月時患者血液中 IL-6 甲基化水平變化不明顯，但 Kirchner 等[35]發現 RYGB 減重手術后 1 年時患者血液中 IL-6 甲基化水平明顯升高，此 3 項研究之間存在明顯的異質性。同時也發現在減重手術后的血液與骨骼肌中 PGC-1α 基因的甲基化程度不同，術后 6 個月時骨骼肌中的 PGC-1α 基因甲基化水平顯著降低[26]，血液中的 PGC-1α 基因甲基化沒有影響[32]，但在術后1 年時血液中 PGC-1α 基因甲基化水平明顯升高[35]，此 3 項研究之間無顯著異質性。Kirchner 等[35]和 Barres 等[26]發現，減重手術后在血液和骨骼肌中 PDK4 基因甲基化程度均較高且發現這兩項研究之間無異質性。
4 減重手術后微生物的組成及代謝產物的改變對 DNA 甲基化的影響
減重手術對表觀遺傳的影響與其術后微生物群的組成及其代謝產物的改變有關。有研究[38]發現，減重手術能夠改變微生物群的組成，而且微生物群產生的代謝產物可以誘導 DNA 甲基化變化和非編碼 RNA 表達，因此提出，由微生物代謝產物誘導的表觀遺傳學機制對于預防肥胖癥等疾病具有潛在的作用。Ilhan 等[39]發現，RYGB 術后兼性厭氧、膽汁耐受性微生物種類增加，來自口腔的微生物如大腸埃希菌、韋永菌和鏈球菌處于較高水平，RYGB 術后微生物豐富度與體質量減輕百分比呈正相關。
5 小結與展望
從目前的研究結果看，減重手術前后 DNA 甲基化水平存在差異，但也存在一些問題，如有些基因甲基化隨時間變化，而有些基因甲基化則高度穩定，其原因可能是術后隨訪時間長度未足以檢測到 DNA 甲基化，需要隨訪更長的時間來檢測這些 DNA 甲基化的變化進展；還能觀察到同一基因在不同組織中也呈現不同程度的甲基化，其原因可能是不同組織的不同環境狀態對甲基化程度有所影響；另外，DNA 甲基化測量方法不同以及患者術后的飲食、運動等生活方式不同都會對 DNA 甲基化結果產生影響。因此，期望將來會有更大樣本量及術后隨訪時間更長的研究，同時期望以后的測量方法能夠更加精確地測量結果的差異，同時能夠規范患者術后生活方式以縮小其他外界因素的干擾。相信隨著研究的不斷深入，會進一步揭示表觀遺傳學、肥胖和減重手術之間的關系，以得到滿意的結果。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：翁曉宇選題并撰寫和修改文章；劉昶在論文指導中提出了批判性的修改意見。