楊 旭，余能偉

(1.西南醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，四川 成都 610072)

隨著我國人口老齡化進(jìn)展，腦血管疾病的發(fā)病率逐漸增高，居于我國疾病發(fā)病前列。目前中國心血管病人數(shù)2.9億，其中腦卒中1300萬，居于首位，2003～2015年中國腦血管病死亡率呈上升趨勢，農(nóng)村地區(qū)高于城市地區(qū)[1]，可見腦血管疾病嚴(yán)重加重了我國疾病負(fù)擔(dān)。在我國最新版《中國腦血管疾病分類2015》中，新增的慢性腦缺血疾病分類引起廣泛關(guān)注。對于缺血性腦血管事件而言，急性腦卒中起病急驟，易被發(fā)現(xiàn)且更受重視，但易導(dǎo)致嚴(yán)重臨床不良結(jié)局發(fā)生，慢性腦缺血起病隱匿，易受忽視，最終可發(fā)展為急性腦卒中、阿爾茨海默病等，但慢性腦缺血屬于可逆性疾病，因此在疾病早期給予干預(yù)可預(yù)防疾病進(jìn)一步發(fā)展。

1 慢性腦缺血

慢性腦缺血作為獨(dú)立的疾病診斷長期存在爭議，2017年中華醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)病學(xué)分會(huì)腦血管病學(xué)組正式發(fā)布《中國腦血管疾病分類2015》標(biāo)準(zhǔn)，其中專門增加了慢性腦缺血(chronic cerebral hypoperfusion，CCH)這一疾病類型，并提出慢性腦缺血為腦整體水平血液供應(yīng)減少狀態(tài)[腦血流量25～45 ml/(100 g·min)]而非局灶性的腦缺血?；颊叨酁槔夏耆?，常感覺頭重、頭暈、頭痛，除有動(dòng)脈硬化或腦動(dòng)脈狹窄外，無局灶性神經(jīng)系統(tǒng)缺損的癥狀和體征，也無顱腦影像學(xué)異常(即無結(jié)構(gòu)性改變)[2]，但在疾病分類中尚未提出慢性腦缺血診斷標(biāo)準(zhǔn)，故臨床診斷仍存在一定爭議。2018年9月，北京中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會(huì)卒中專業(yè)委員會(huì)發(fā)布《慢性腦缺血中西醫(yī)診療專家共識》[3]，建議將慢性腦缺血的定義概況為：由于長期的血管病變或循環(huán)障礙所導(dǎo)致的腦供血減少，因失代償而引發(fā)的一系列臨床綜合征，患者癥狀出現(xiàn)時(shí)間一般在失代償后3個(gè)月以上，可持續(xù)存在或間斷性發(fā)作。并綜合國內(nèi)外學(xué)者提出的診斷標(biāo)準(zhǔn)提出臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)為：①患者年齡原則上大于60歲；起病隱襲，病程長，病史一般超過3個(gè)月；癥狀可程波動(dòng)性。②具有慢性腦功能不全的表現(xiàn)。如頭暈、頭昏、頭脹痛，記憶力減退，反應(yīng)遲鈍，注意力不集中，情緒不穩(wěn)定，工作能力減退，睡眠障礙及情緒障礙等。③具有腦血管病危險(xiǎn)因素，如高血壓病、糖尿病、血脂異常和冠心病病史。④無腦部的局灶神經(jīng)系統(tǒng)體征。⑤實(shí)驗(yàn)室檢查：存在支持腦動(dòng)脈硬化的證據(jù)；眼動(dòng)脈、顳動(dòng)脈、橈動(dòng)脈等周圍動(dòng)脈硬化表現(xiàn)，或可聞及腦灌注動(dòng)脈的血管雜音；腦血管檢查可發(fā)現(xiàn)腦動(dòng)脈狹窄或梗阻性病變的證據(jù)。⑥頭CTA/MRI無血管性器質(zhì)性腦改變。⑦腦灌注影像檢查證實(shí)存在腦部低灌注，建議將CTP及PWI作為診斷的基本條件，以充實(shí)慢性腦缺血診斷的準(zhǔn)確性。⑧排除其他可導(dǎo)致相關(guān)臨床癥狀的神經(jīng)、精神疾?。慌懦嚓P(guān)疾病如癔病、焦慮軀體化障礙、抑郁及各種變性病或主觀性頭暈等引起的慢性腦功能不全。

慢性腦缺血時(shí)因血管狹窄或血液動(dòng)力學(xué)、血液流變學(xué)等因素導(dǎo)致腦血流量降低而出現(xiàn)腦慢性缺血缺氧改變。正常腦血流量約為50～55 ml/(100 g·min)；當(dāng)腦血流量減少至40 ml/(100 g·min)可導(dǎo)致腦中葡萄糖利用障礙；當(dāng)腦血流量降至<30 ml/(100 g·min)時(shí)會(huì)出現(xiàn)蛋白質(zhì)合成障礙；當(dāng)腦血流量降至25～10 ml/(100 g·min)時(shí)，神經(jīng)元活動(dòng)開始喪失，神經(jīng)功能障礙，但是仍然沒有神經(jīng)元永久性損傷。然而，當(dāng)腦血流量低于8 ml/(100 g·min)時(shí)，可出現(xiàn)細(xì)胞膜破壞導(dǎo)致細(xì)胞死亡以及永久性神經(jīng)壞死[4]。新版腦血管疾病分類將慢性腦缺血血液供應(yīng)減少定為25～45 ml/(100 g·min)可引起葡萄糖利用及蛋白質(zhì)合成障礙等。慢性腦缺血發(fā)病機(jī)制復(fù)雜[5～7]，包括膠質(zhì)細(xì)胞增殖活化、氧化應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、突觸改變、神經(jīng)遞質(zhì)紊亂等，針對發(fā)病機(jī)制給予干預(yù)，可更有效預(yù)防慢性腦缺血疾病進(jìn)展。

2 表觀遺傳學(xué)

近年表觀遺傳學(xué)作為一門新興學(xué)科逐漸成為研究熱點(diǎn)，表觀遺傳是指DNA序列不發(fā)生變化，而基因表達(dá)發(fā)生可逆可遺傳改變的現(xiàn)象。表觀遺傳修飾在正常生長發(fā)育及疾病中發(fā)揮重要作用，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA調(diào)控等。

DNA甲基化修飾指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)作用下將S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作為甲基供體將甲基連接到胞嘧啶5位碳原子上形成5-甲基胞嘧啶(5 mc)的過程，主要發(fā)生于CpG二核苷酸位點(diǎn)，在不同生理過程及疾病階段呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化[6]，此時(shí)形成的5 mc在TET氧合酶家族(α-酮戊二酸和Fe2+依賴的雙加氧酶)作用下依次將5-mc氧化為5-羥甲基胞嘧啶(5 hmc)、5-甲?；奏?5fc)、5-羧基胞嘧啶(5caC)，最后5caC脫羧基為胞嘧啶完成循環(huán)(圖1[7])，因此5 mc是DNA甲基化形式，而5 hmc、5fc、5caC為去甲基化過程的中間體[8]。繼5-mc之后，新近發(fā)現(xiàn)的5-hmc逐漸進(jìn)入人們視野，與5-mc在各組織中有穩(wěn)定數(shù)量相比，5-hmc在各組織中差異較大，具有組織特異性。相關(guān)研究顯示，5-hmc在胚胎干細(xì)胞及腦組織中的含量最高[9，10]，可高達(dá)其余組織的10倍[11，12]，且越來越多的研究提示5-hmc與許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病存在關(guān)聯(lián)，其可以導(dǎo)致突觸可塑性改變、少突膠質(zhì)細(xì)胞異常，出現(xiàn)學(xué)習(xí)、記憶功能障礙等。

圖1 胞嘧啶氧化循環(huán)

組蛋白修飾是指組蛋白在相關(guān)酶的作用下發(fā)生一系列修飾變化的過程。組蛋白作為核小體核心在基因轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)揮重要作用，組蛋白尾部游離的N-端可接受各種各樣的修飾，包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、小類泛素化等[13]，可影響染色質(zhì)組裝及凝集程度，其中相對研究較多的是組蛋白乙酰化過程。組蛋白乙酰化是由組蛋白乙?；?HATs)和組蛋白去乙?；?HDACs)兩個(gè)酶系共同作用控制的動(dòng)態(tài)過程，兩者之間的平衡在基因表達(dá)調(diào)節(jié)和發(fā)育過程及疾病狀態(tài)調(diào)控中發(fā)揮重要作用[14]。組蛋白乙?；叭ヒ阴；惓？梢鹜怀隹伤苄援惓?、長時(shí)程記憶形成障礙而出現(xiàn)學(xué)習(xí)、記憶功能障礙等神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)癥狀[15]。有相關(guān)研究提示阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中可出現(xiàn)組蛋白修飾改變[16]，故對其研究可能將為某些神經(jīng)系統(tǒng)功能變異或疾病的早期識別與治理提供理論依據(jù)。

非編碼RNA[17，18]是指不能翻譯為蛋白質(zhì)的RNA分子，包括rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA、microRNA等，其中microRNA研究最清楚。非編碼RNA根據(jù)長度是否超過200 nt可分為長鏈非編碼RNA(lncRNA)和短鏈非編碼RNA(sncRNA)。RNA修飾通過調(diào)節(jié)基因表達(dá)可影響正常發(fā)育過程[19]，這些修飾可在細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變期間控制轉(zhuǎn)錄物的轉(zhuǎn)化或翻譯，在組織發(fā)育及穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，非編碼RNA在急性缺血性卒中、阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病等中發(fā)揮重要作用。急性缺血性卒中時(shí)[20，21]其可通過興奮性毒性作用、氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎性反應(yīng)及細(xì)胞凋亡等作用可導(dǎo)致急性缺血性卒中患者第二次腦損傷并阻礙腦功能的恢復(fù)，在腦缺血及卒中后恢復(fù)中發(fā)揮重要作用。非編碼RNA也可通過調(diào)節(jié)APP、BACE1表達(dá)及tau磷酸化等在阿爾茨海默病中發(fā)揮重要作用[22]?？傮w而言，非編碼RNA種類繁多，功能特性復(fù)雜，隨著基礎(chǔ)研究的進(jìn)行，其在疾病中的作用將會(huì)得到進(jìn)一步挖掘。

3 慢性腦缺血與表觀遺傳

慢性腦缺血時(shí)，腦血流量慢性持續(xù)減少引起腦組織長期缺血缺氧，導(dǎo)致持續(xù)性神經(jīng)退行性變，細(xì)胞應(yīng)對缺氧反應(yīng)時(shí)，表觀遺傳通過組蛋白修飾、DNA甲基化及相關(guān)酶學(xué)變化等調(diào)控低氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子(HIF)家族與轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)結(jié)合及穩(wěn)定性[23]，介導(dǎo)突觸重塑，預(yù)防長時(shí)間暴露于低氧環(huán)境引起的興奮性毒性神經(jīng)退行性病變，改變突觸遞質(zhì)[24]等發(fā)揮重要作用。

目前對于慢性腦缺血與表觀遺傳關(guān)系的研究主要集中在組蛋白修飾及DNA甲基化修飾，可影響全基因組DNA甲基化及組蛋白乙?；瘡亩绊懟蜣D(zhuǎn)錄[25，26]。通過結(jié)扎小鼠雙側(cè)頸總動(dòng)脈模擬慢性腦缺血模型，在結(jié)扎術(shù)后10天的急性階段，DNA甲基化(5 mc)首先呈現(xiàn)出甲基化水平降低的結(jié)果，隨著缺血時(shí)間延長，全基因組5 mc表達(dá)水平逐漸升高，在術(shù)后90天，與假手術(shù)組相比，全基因組5 mc水平增加了54%，在術(shù)后180天，全基因組5 mc水平為假手術(shù)組兩倍，同時(shí)伴隨DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT3 a)水平降低及甲基結(jié)合蛋白(MBD2)水平升高。此外慢性腦缺血時(shí)，還出現(xiàn)組蛋白H3乙?；敖M蛋白去乙?；?HDAC2)水平降低，組蛋白H4乙?；綗o顯著變化，而乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)水平升高[27]，其具體原因尚未完全明了，需要更進(jìn)一步研究完善。而不同的研究卻提示慢性腦缺血時(shí)雖然全基因組5 mc水平升高，但某些特殊基因如APP、BACE1卻呈低甲基化狀態(tài)，同時(shí)出現(xiàn)DNMT3 a水平升高，組蛋白H4乙?；缴?，H3水平無顯著變化，而補(bǔ)充DNA甲基供體S-腺苷甲硫氨酸(SAM)可通過上調(diào)乙酰膽堿及腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)逆轉(zhuǎn)上述改變從而逆轉(zhuǎn)慢性腦缺血小鼠學(xué)習(xí)、記憶損害[28]，故早期提供SAM可能成為慢性腦缺血治療靶點(diǎn)。

5 hmc作為一種重要的表觀遺傳標(biāo)志物，在慢性腦缺血中亦發(fā)揮重要作用，表現(xiàn)出升高趨勢。慢性腦缺血與衰老及疾病導(dǎo)致的白質(zhì)改變有關(guān)[29]，白質(zhì)5 hmc改變涉及小膠質(zhì)細(xì)胞浸潤和少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(OPCs)，在慢性腦缺血?jiǎng)游锬Ｐ椭?，模型鼠一月后胼胝體5 hmc陽性細(xì)胞、Iba1陽性炎性小膠質(zhì)細(xì)胞、NG2陽性少突膠質(zhì)前體細(xì)胞比例明顯增高，5 hmc水平升高與炎性小膠質(zhì)細(xì)胞增多有密切聯(lián)系，因此5 hmc在小鼠慢性腦缺血中表現(xiàn)出白質(zhì)束和細(xì)胞類型的特異性動(dòng)態(tài)改變。在腦缺血再灌注損傷時(shí)，總5 hmc在損傷后24小時(shí)開始表達(dá)增加，隨著時(shí)間延長表達(dá)逐漸增高，到48小時(shí)達(dá)到高峰，線粒體5 hmc亦明顯增高，在24小時(shí)達(dá)高峰，隨后逐漸略有降低，但仍高于假手術(shù)組。與5 hmc相比，總5 mc在缺血后36小時(shí)明顯增加，而后隨著時(shí)間延長表達(dá)逐漸下降，線粒體5 mc未見明顯改變[30]。缺血性腦損傷時(shí)，也可出現(xiàn)TET2介導(dǎo)血液中5 hmc含量增加，在大腦中動(dòng)脈閉塞小鼠模型中使用TET2抑制劑SC1減少TET2或敲除TET2可加重缺血性腦損傷[31]?？梢娫诙喾N類型的腦缺血損傷中均可能出現(xiàn)5-hmc的改變。

表觀遺傳中非編碼RNA亦在許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病表觀遺傳調(diào)控中發(fā)揮重要作用，多種類型的非編碼RNA水平變化在慢性腦缺血導(dǎo)致的認(rèn)知損害中占重要地位。多項(xiàng)研究表明非編碼RNA主要通過調(diào)節(jié)APP、BACE1等表達(dá)，影響突觸重塑、樹突變性、神經(jīng)元活性等在慢性腦缺血及腦缺血引起的癡呆中發(fā)揮作用。慢性腦缺血時(shí)，在血清、腦脊液、海馬、皮質(zhì)等區(qū)域可出現(xiàn)miR-9-5p、miR-96、miR-9等含量增加，通過增加BACE1及下調(diào)CREB含量引起學(xué)習(xí)記憶損害進(jìn)一步發(fā)生癡呆，應(yīng)用miR拮抗劑可減輕記憶損害等表現(xiàn)，且可挽救膽堿能神經(jīng)元功能、神經(jīng)元丟失、氧化應(yīng)激、降低自噬體數(shù)量影響自噬過程等[32～34]。然而在神經(jīng)系統(tǒng)尤其是海馬及皮質(zhì)中高表達(dá)的非編碼RNA如miR-181c[35]在慢性腦缺血引起的低氧環(huán)境中出現(xiàn)表達(dá)降低，其高表達(dá)時(shí)可改善細(xì)胞活性及神經(jīng)重塑，減少凋亡細(xì)胞數(shù)量。表明不同類型的非編碼RNA在慢性腦缺血時(shí)出現(xiàn)差異性變化，最終均可導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶損害甚至認(rèn)知功能障礙等。

4 問題及展望

慢性腦缺血時(shí)，由于腦組織缺血缺氧引起膠質(zhì)細(xì)胞激活、炎性反應(yīng)、神經(jīng)遞質(zhì)紊亂等，長期持續(xù)性缺血缺氧可進(jìn)一步導(dǎo)致能量衰竭、ATP耗盡以及大量活性氧系列(ROS)的產(chǎn)生從而導(dǎo)致神經(jīng)元損傷，腦組織長期的這些改變可能引起表觀遺傳的變化，除此之外，引起慢性腦缺血眾多的危險(xiǎn)因素如高齡、吸煙、飲酒、高血壓、糖尿病、高血脂等引發(fā)機(jī)體內(nèi)環(huán)境改變也可能造成表觀遺傳的改變。因此在慢性腦缺血疾病進(jìn)程中，究竟是腦缺血自身變化還是如年齡等危險(xiǎn)因素的作用引起表觀遺傳改變需要進(jìn)一步的研究探索。

表觀遺傳學(xué)作為一種可逆可遺傳性基因表達(dá)改變在各種疾病中發(fā)揮重要作用。已有相關(guān)研究顯示慢性腦缺血時(shí)表觀遺傳改變可引起學(xué)習(xí)、記憶損害，但目前對于兩者關(guān)系的研究相對比較局限，主要集中在少量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，尚缺乏臨床研究，主要涉及對DNA甲基化及組蛋白修飾研究，且研究結(jié)果存在差異，而大部分表觀遺傳改變的具體機(jī)制尚未明了，需要更多的基礎(chǔ)及臨床試驗(yàn)證實(shí)兩者關(guān)系。在以后的研究中，除了需要進(jìn)一步完善相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)更加明確兩者之間的關(guān)系外，我們更需要進(jìn)一步探索臨床中慢性腦缺血患者表觀遺傳學(xué)變化情況，突破動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的局限性，為慢性腦缺血預(yù)防及治療帶來突破性進(jìn)展。