李婷婷 陳石 陳明會 孔祥陽（通訊作者）

（昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院疾病與藥物遺傳實驗室 云南 昆明 650500）

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD)是由于氣道中的一組氣流受限并且持續(xù)存在，呈現(xiàn)進(jìn)行性發(fā)展，與此同時一些氣道和肺慢性炎癥反應(yīng)疾病會伴隨發(fā)生，且還可引起由有害顆?；驓怏w導(dǎo)致的全身性不良效應(yīng)。COPD患者有嚴(yán)重的呼吸困難癥狀，生活質(zhì)量較差[1]。其主要特點是慢性低度全身炎癥和肺部老化（炎癥），據(jù)研究這與有害顆粒或氣體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激引起的類固醇抵抗有關(guān)。從目前看來，COPD是一種不可治愈但可預(yù)防的呼吸道疾病，具有極高發(fā)病率，對人類健康有著極大的威脅。據(jù)分析估計，至2020年COPD將成為全球第三大最常見死亡疾病。

1.DNA甲基化與COPD

表觀遺傳學(xué)是指在外源刺激下改變基因組功能的不同種過程總稱，同時也提供了一種使基因表達(dá)能穩(wěn)定遺傳給下一代細(xì)胞的分子機制。表觀遺傳修飾可通過多種機制發(fā)生，例如DNA甲基化、翻譯后組蛋白修飾、非編碼RNA等，并根據(jù)基因內(nèi)的位置而抑制或激活轉(zhuǎn)錄。DNA甲基化也是一種共價化學(xué)修飾，以S腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，由DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）催化，將胞嘧啶核苷酸的嘧啶環(huán)第五位碳原子甲基化，并與其3’端鳥嘌呤形成甲基化的CpG島，進(jìn)而導(dǎo)致基因表達(dá)發(fā)生變化。迄今為止，DNA甲基化仍是研究最多的表觀遺傳學(xué)修飾。因此本章就COPD與DNA甲基化之間的關(guān)系進(jìn)行討論。

據(jù)報道COPD與很多甲基化遺傳位點有很大關(guān)聯(lián),而甲基化位點具有遺傳功能，其可通過DNA的復(fù)制來實現(xiàn)，這一過程是借助甲基化酶來完成的。甲基化轉(zhuǎn)移酶有兩種：（1）持續(xù)性DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶——DNMT1，其在DNA雙鏈其中一條鏈甲基化時才發(fā)揮作用，將DNA雙鏈完全甲基化，而且還能對接下來DNA復(fù)制后的新鏈的甲基化產(chǎn)生影響；其還能阻斷轉(zhuǎn)錄，而這一過程則需要組蛋白去乙酰基轉(zhuǎn)移酶的配合；（2）從頭甲基轉(zhuǎn)移酶——DNMT3a、DNMT3b，這種酶作用于CpG島，先使其一半甲基化，之后逐漸全甲基化。

研究顯示，DNA的高甲基化對COPD患者的病情有很大的影響，并發(fā)現(xiàn)某些基因的啟動子區(qū)域高甲基化會導(dǎo)致COPD患者肺功能降低。同時大規(guī)模的分析表明，DNA甲基化可能是COPD的生物標(biāo)記物，可以作為突顯COPD發(fā)病機理的新途徑。

2.環(huán)境暴露與COPD

COPD是一種呼吸道疾病，特點是持續(xù)性氣流受限，這主要是由于香煙煙霧和空氣中的顆粒物所致，所以環(huán)境因素對其影響巨大。目前證據(jù)表明，香煙煙霧是COPD的主要危險因素，其他環(huán)境因素包括大氣污染、室內(nèi)環(huán)境污染和職業(yè)環(huán)境暴露等[1]。

在世界范圍內(nèi)，吸煙都是最常見的危險因素。而其他的環(huán)境污染雖不是主要原因但其對COPD也有一定影響。COPD和空氣污染的關(guān)系在發(fā)達(dá)國家早已被評估，很多國家評估了COPD和空氣污染間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)空氣污染是COPD的一個危險因素[2]。

3.COPD發(fā)展過程中DNA甲基化和環(huán)境暴露之間的關(guān)聯(lián)

3.1 吸煙與DNA甲基化在COPD中的關(guān)聯(lián)

COPD是一種以遺傳和表型異質(zhì)性為特征的吸煙相關(guān)疾病，目前吸煙是COPD極為重要的并且可預(yù)防的危險因素。研究者在對患有COPD的吸煙者淋巴母細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞中觀察時發(fā)現(xiàn)DNA甲基化現(xiàn)象，同時芳香烴受體阻遏物協(xié)調(diào)變化，這表明香煙煙霧介導(dǎo)的表觀遺傳效應(yīng)對COPD發(fā)生有影響。香煙煙霧中含有1015種自由基和4700種不同化學(xué)成分，估計約有15%～20%的吸煙者發(fā)展成為COPD。這是由于香煙煙霧直接或間接影響某些易感基因的DNA甲基化，而對吸煙者造成影響，故而其患COPD風(fēng)險很高。另一方面，香煙煙霧介導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子、輔酶和聚合酶DNA可達(dá)性的改變，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄基因激活，引發(fā)炎癥?，F(xiàn)有證據(jù)表明DNA甲基化異常會導(dǎo)致炎癥，這是由于DNA的低甲基化使得炎癥基因表達(dá)的上調(diào)。而炎癥反應(yīng)又增加活性氧的產(chǎn)生，肺部則成為活性氧和自由基損傷的直接靶點。幾項研究表明，活性氧參與了生理和病理條件下的DNA甲基化反應(yīng)。事實上，活性氧過度生產(chǎn)可能會影響表觀遺傳機制。故而促進(jìn)COPD相關(guān)的病理生理變化并增加肺癌發(fā)展的風(fēng)險。

綜上，發(fā)現(xiàn)COPD中發(fā)生DNA甲基化與香煙煙霧導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)關(guān)系密切。近年來有證據(jù)表明，在不同類型的炎癥反應(yīng)中，DNA甲基化對炎癥反應(yīng)都有調(diào)控作用。而同時炎癥反應(yīng)又會導(dǎo)致甲基化異常，某些炎癥因子可促進(jìn)DNMTs的表達(dá)并增加其活性，引起DNA的異常甲基化。因此，在DNA甲基化和香煙煙霧相互作用下會影響COPD患者肺部各種細(xì)胞和生理、病理過程，并加重病情。

3.2 其他環(huán)境污染與DNA甲基化在COPD中的關(guān)聯(lián)

3.2.1 大氣污染

隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，污染物質(zhì)會附著在大氣顆粒物表面。大氣顆粒物的組成成分十分的復(fù)雜，包含許多組分，例如物理、化學(xué)、生物等。截止2014年，我國城市尤其是北部大氣顆粒物為首要污染物，經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)這些污染物以PM2.5為主。人體通過呼吸將這些顆粒物吸入，由各種循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入各種器官，而顆粒物表面同時附著許多的氧化物，可引起機體產(chǎn)生氧自由基，從而形成氧化應(yīng)激反應(yīng)，對人體造成越來越大的影響。而全基因組DNA甲基化的改變與氧化應(yīng)激有關(guān)，COPD的其中一個特點就是氧化應(yīng)激增加。

氧化應(yīng)激引起多種激酶信號通路，從而導(dǎo)致染色質(zhì)改變（組蛋白乙酰化/去乙?；徒M蛋白甲基化/去甲基化），進(jìn)而導(dǎo)致了炎癥、衰老等發(fā)生。而組蛋白和DNA甲基化的表觀遺傳標(biāo)記之間又存在交叉，煙霧和氧化劑都可改變組蛋白乙?；?去乙酰化和甲基化/去甲基化，從而增強炎癥反應(yīng)的基因表達(dá)[3]。在本文中我們體會了炎癥反應(yīng)與DNA甲基化之間的關(guān)系，在兩者相互作用下誘導(dǎo)了COPD的發(fā)生。

3.2.2 室內(nèi)與工作環(huán)境污染

我國COPD流行率是8.2%（男性12.4%，女性5.1%），室內(nèi)環(huán)境污染可能對女性影響較大，其污染物主要來源于生物燃料和煙霧（多數(shù)源于烹飪）。室內(nèi)生物燃料暴露已經(jīng)成為COPD的獨立危險因素，因此認(rèn)為生物燃料所產(chǎn)生的室內(nèi)空氣污染與吸煙有協(xié)同作用，長時間暴露于煙霧中，可引起體內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)。

工作中的環(huán)境污染物主要是粉塵，多環(huán)芳烴、重金屬等。已證實多環(huán)芳烴暴露能提高呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病風(fēng)險,包括哮喘、COPD和肺癌等；重金屬是影響DNA甲基化的主要因素之一，可導(dǎo)致COPD的發(fā)生。

4.展望

越來越多的研究顯示，多個基因聯(lián)合檢測甲基化情況可以顯著提高非小細(xì)胞肺癌的檢出率，可達(dá)到80%以上，這對非小細(xì)胞肺癌的診斷具有非常重要的價值。故而可以將這種聯(lián)合多基因運用到COPD中，希望能夠?qū)OPD早期診斷起重要作用。