王静，苏立明*
延边大学附属医院儿科 吉林 延吉 133000
关键词：DNA甲基化；先天性心脏病；表观遗传机制
先天性心脏病是胚胎时期心血管发育异常所致的心脏形态、结构和功能的异常。它是一类危害婴幼儿生命健康的常见先天畸形，其发病率为活产婴儿的6-8‰，死亡率在新生儿非感染性死亡中占首位约10‰[1]。先天性心脏病的病因主要包括遗传因素和环境因素及两者之间的相互作用，只有对病因及发病机制做到详细了解，才可以对症下药。近几年来，发现DNA甲基化在心脏发育过程中起着重要的作用。本文就DNA甲基化与先天性心脏病的关系研究进展做一综述。
1 CHD病因
CHD病因以目前科技水平，不能被完全了解，但根据已有的研究试验可得知CHD主要是由于遗传、母体、环境等因素所引起的。遗传因素，主要包括：1.单基因遗传缺陷：主要表现为Holt-Oram综合征、马凡综合征。2.染色体的缺陷：主要表现为唐氏综合征、18-三体综合征。3.双基因遗传缺陷：主要是心血管结构发育畸形，不伴有其他畸形。母体因素：高龄、吸烟、饮酒、妊娠期代谢性疾病及异常孕检史、服用某些药物等都会导致胎儿心血管发育异常。环境因素：社会心理压力、不良的生活习惯、及周边环境污染度都有明显的关系。综上可以得知CHD是由于多种因素相互影响，相互作用所导致的。
2 DNA甲基化的构成
DNA甲基化是研究表观遗传学最为透彻的一种机制。DNA甲基化是在DNA中通过DNA甲基转移酶向腺嘧啶或者胞嘧啶内添加甲基来实现的，DNA甲基转移酶主要由两种，1.维持DNA甲基化转移酶2.从头甲基化酶。基因组上调控启动区域中有CPG位点高度聚集，这些区域被命名为CPG岛，在启动区的CPG岛正常情况下是非甲基化的，高甲基化起到了抑制基因的表达，去甲基化是可以形成新的甲基化，重新诱导基因活化。DNA甲基化主要是通过有丝和减数分裂来维持，当DNA甲基化处于低水平时，可以促进基因的表达，最容易受到环境的影响[2]。
3 DNA甲基化与CHD关系研究
遗传和表观遗传机制已被证明可以在心脏发育过程中以时空方式控制心脏基因的表达[3]。由于心脏发育的复杂性受到广泛的环境影响，关注单个基因和基因突变不能全面了解先天性心脏病的发病机制[4]。表观遗传学在CHD病因学中的一个作用可能是胚胎发育不同阶段DNA甲基化的失调，这可能导致组织特异性基因表达的不恰当沉默，从而增加心脏畸形的风险[5]。Chamberlain等[6]应用全基因组方法分析小鼠胚胎期心脏E11.5和E14.5之间DNA甲基化的发育变化，结果表明，揭示了差异DNA甲基化与心脏必需基因表达之间的调控关系,同时对350个DNA差异甲基化基因进行定量实时PCR分析，发现18个基因表达受发育调控，79个基因甲基化与表达之间存在相关变化。Has2的表达是心脏瓣膜形成的必要条件，发育过程中，心脏瓣膜中Has2的表达在胚胎第14.5天时下调，其增强子中的DNA甲基化也随之增加。说明DNA甲基化的改变可能参与了Has2增强子的调节功能。
EHMT1常染色质组蛋白N甲基转移酶1 (EHMT1)是位于人的第9号染色体上,
通讯作者：苏立明，suliming1997@163.com
其编码的蛋白Eu-HMTase1是一种存在于常染色质区域内甲基转移酶, 能使H3K9发生甲基化修饰, 从而抑制其相关基因的活性。H9K9甲基化是一种表观遗传现象，H3K9是指组蛋白3的第九位赖氨基酸发生的甲基化，当其甲基化增多时，DNA和组蛋白紧密的结合在一起，使其基因很难被表达出来。EHMT1基因突变以及缺失是导致KIeefstra综合征(KS)的主要原因, 患者可出现ASD和VSD[7]。
Lee等[8]人的研究结果显示，Jarid2基因在胚胎发育过程中起重要的调节和控制作用, 在实验中由于Jarid2基因的缺失，小鼠出现心脏发育异常, 如VSD、心室致密化不全和扩张型心肌病等而死亡。Cloos等[9]研究发现, Jarid2基因突变或缺失可使H3K9和H3K36甲基化水平升高, 从而导致与胚胎发育的相关基因表达异常, 从而出现心脏发育异常。以上这些结果为DNA甲基化调控心脏基因表达和心脏发育提供了证据。
4 展望
综上所述，目前研究已发现在胚胎异常发育过程中基因及其调控通路中存在广泛的甲基化改变，其中许多已知的基因和基因通路与心脏发育有关。DNA甲基化在心脏发育过程中对心脏必需基因的调控中的重要作用，并提示异常的DNA甲基化可能是先天性心脏病的发病机制之一。通过对母亲外周血或胎儿脐血作为研究对象，检测全基因组DNA甲基化水平，寻找是否存在影响心脏发育的异常甲基化位点，作为CHD产前预测的生物标志物，从而建立CHD发病的预测模型。基因组测序、生物芯片和生物信息技术的快速进展和应用将为CHD早期诊断提供可靠的依据，为CHD的个体化治疗开辟新的途径。
参考文献
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[5]Chang CP，Bruneau BG. Epigenetics and cardiovascular development［J］. Annu Rev Physiol，2012，74（1）：41-68.
[6]Chamberlain AA, Lin M, Lister RL, et al. DNAmethylation is developmentally regulated for genes essential for ca.rdiogenesis [J]. JAm HeartAssoc, 2014, 3(3): e000976.
[7]Kleefstra T, Brunner HG, Amiel J. Loss-of-function mutations in
euchromatin histone methyl transferase 1 (EHMT1) cause the 9q34 subtelomeric deletion syndrome. Am J Human Genet, 2006, 79(2): 370–378.
[8]Lee Y, Song AJ, Baker R, et al. A nuclear protein that is necessary for normal heart development[J].Circ Res, 2000, 86(9): 932–938.
[9]Cloos PA, Christensen J, Agger K, Helin K. Erasing the methyl mark: histone demethylases at the center of cellular differentiation and disease[J]. Genes Dev, 2008, 22(9): 1115–1140.
通讯作者：苏立明 男 1981- 副主任医师 博士 研究方向：小儿呼吸系统和心脏疾病的研究