影响表观遗传学的药物在炎症性肠病治疗中的研究进展(1)
摘 要 目的：为影响表观遗传的药物开发和炎症性肠病的治疗提供参考。方法：以“表观遗传”“炎症性肠病”“溃疡性结肠炎”“克罗恩病”“Epigenetics”“Inflammatory bowel disease”“Ulcerative colitis”“Crohn’s disease”等为中英文关键词，在中国知网、万方数据、PubMed等数据库中组合查询2000年1月1日-2020年5月31日发表的相关文献，从DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控和肠道菌群等方面就影响表观遗传学的药物在炎症性肠病的研究进展进行综述。结果与结论：共检索到相关文献100余篇，其中有效文献63篇。目前，影响DNA甲基化的药物(如RRx-001、表没食子儿茶素没食子酸酯、姜黄素等)、影响组蛋白修饰的药物(如丁酸钠、丙戊酸、羟肟酸等)、微RNA调控药物以及调节肠道菌群的药物(如VSL#3等)均具有治疗炎症性肠病的潜在作用。但因该病发病机制复杂，其基础研究和药物研究都异常困难，表观遗传学虽可为该病治疗提供新的思路，但是相关证据链并不完整，其对炎症性肠病的治疗作用是通过直接调控表观遗传还是间接调控来实现的，目前尚未完全清楚，还需要进一步研究。
关键词 表观遗传学;炎症性肠病;溃疡性结肠炎;克罗恩病
中图分类号 R574.62;R968 文献标志码 A 文章编号 1001-0408(2020)22-2806-06
DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2020.22.21
炎症性肠病(Inflammatory bowel disease，IBD)包括溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis，UC)和克罗恩病(Crohn’s disease，CD)两种，是一种慢性、复发性的炎症性疾病。其中，UC的炎性症状一般仅限于结肠黏膜表层，常发病于直肠，病变多位于乙状结肠和直肠;而CD的炎性症状发生部位更为深层，并好发于末端回肠和右半结肠[1]。IBD好发于欧洲，在我国的发病率相对较低。研究显示，我国IBD发病率最高的城市为广东中山，已达3.44/10万，其中UC 2.22/10万、CD 1.22/10万[2-3]，其发病率逐年攀升，因我国人口基数较大，IBD的患者总人数不容乐观。
表观遗传学(Epigenetics)是研究在DNA序列不发生变化的条件下，在各种因素的影响下基因的表达出现可遗传变化的一门学科，其主要遗传机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰和微RNA(miRNA)调控[4]。随着表观遗传学研究的不断深入，影响表观遗传学的药物在肿瘤、自身免疫病、炎症疾病治疗领域中的研发取得了巨大的进展，利用该类药物来人为干预疾病过程中的异常基因表达以实现对疾病的治疗已成为当今医药科技领域的一个研究热点[5]。研究显示，IBD的发展过程中存在着异常的表观遗传修饰[6]，因此推测，IBD的治疗可以通过影响表观遗传来实现。IBD常见的表观遗传调控为DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控[7];此外，肠道菌群作为肠道微环境重要的组成部分，在IBD的表观遗传调控中发挥着重要的角色[8]。基于此，笔者以“表观遗传”“肠道菌群”“炎症性肠病”“溃疡性结肠炎”“克罗恩病”“Epigenetics”“Intestinal flora”“Inflammatory bowel disease”“Ulcerative colitis”“Crohn’s disease”等为中英文关键词，在中国知网、万方数据、PubMed等数据库中组合查询2000年1月1日-2020年5月31日发表的相关文献。结果，共检索到相关文献100余篇，其中有效文献63篇。现从DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控和肠道菌群等方面就影响表观遗传学的药物在IBD治疗中的研究进展进行综述，以期为相关药物开发和IBD的临床治疗提供参考。
1 DNA甲基化相关药物
1.1 DNA甲基化与IBD的关系
DNA甲基化是指甲基基团在 DNA 甲基化转移酶(DNMT)的作用下，与双核苷酸(CpG)中胞嘧啶上的第 5 位碳原子共价结合的过程[6]，DNA高甲基化可以阻碍转录因子进入启动子区域，通过发挥转录抑制等作用来调控相关蛋白的表达[9]。由于DNA甲基化全程需要DNMT的参与，因此该过程也被称为“DNMT的甲基化”;也因此，基于DNA甲基化的药物研发主要是通过调节DNMT 家族来实现。
早期DNA甲基化研究主要集中在患者的癌症易感性上。有学者在结肠炎患者的结肠细胞中观察到了與年龄相关的DNA甲基化增加，而该类甲基化容易导致基因变异和癌症的发生[10-11]。此外，临床组织学研究发现，与健康成人相比，活动性UC患者的手术切除样本中与癌症发生相关的E-钙黏蛋白(CDH)、胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)和成肌分化抗原1(MYOD1)等的编码基因均呈现出不同程度的甲基化[12]。除癌症易感性之外，免疫相关基因位点也出现了异常的甲基化，相关学者发现IBD患者转染的B细胞中有49个甲基化CpG位点，其中半数以上的甲基化位点位于免疫调节功能基因[13]，有学者采用Illumina 27K芯片分析了71例患有CD的妇女和儿童外周血中相关基因的甲基化水平后发现，IBD患者中有50个基因出现异常的甲基化，基因本体(GO)分析发现其差异甲基化基因主要集中在与IBD相关的几种途径，包括免疫和肠道菌群相关途径;而通路分析发现该过程中有辅助性T细胞17(Th17细胞)途径的参与[14]。由此可见，DNA的甲基化在IBD的发病进程中均有出现，对DNA甲基化进行调控可以用来治疗IBD。
1.2 影响 DNA甲基化的药物在IBD治疗中的研究进展
早期研发的DNA 甲基转移酶抑制剂(DNMTI)主要用于恶性肿瘤相关疾病的治疗。RRx-001是由美国EpicentRX公司开发的一种二硝基阿司匹林衍生物，研究显示，RRx-001能够通过降低DNMT1和DNMT3a的表达水平，诱导内源性逆转录病毒ERV-fc2和ERV-L家族(MLT2B4和MLT1C49)的长末端重复序列(LTRs)的转录，从而上调干扰素(IFN)的表达等来抑制人结肠腺癌HCT116细胞的生长，并呈时间和剂量依赖趋势，且相对于其他抗肿瘤药物毒性的更低，有望成为治疗结肠癌的新药[15]。6-硫鸟嘌呤(6-Thioguanine)能够与DNMT形成共价复合物，该复合物可通过抑制 DNMT1的活性从而调控DNA甲基化[16]。研究发现，6-硫鸟嘌呤和类固醇激素联用治疗IBD能延长患者的症状缓解时间，并且减少类固醇激素剂量，有效减少治疗的副作用，其主要机制为该药代谢产物包括6-硫鸟嘌呤核苷酸(6-TGNs)和6-甲基巯基嘌呤(6-MMP)能够抑制ras相关的C3肉毒毒素底物1(Rac1)的表达，导致活化的T淋巴细胞凋亡，从而发挥抗炎作用[17]。表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)是一种从绿茶中提取出的黄酮类化合物，能够干扰 DNMT1与CpG胞嘧啶的结合，影响催化活性，从而调控DNMT对CpG中胞嘧啶的甲基化修饰[18]。研究显示，EGCG对IBD有一定的疗效，其能通过抑制细胞因子白细胞介素6(IL-6)、单核细胞趋化因子(MCP-1)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的释放，抑制CD3+ T细胞和CD68+巨噬细胞的浸润来减轻结肠炎症[19]。姜黄素一种多酚类化合物，可通过共价阻断DNMT1的催化硫酸盐C1226来发挥对DNMT1的抑制作用[20]，并能够通过发挥改善肠道菌群、调节免疫和抗氧化应激等作用来治疗IBD[21]。尽管RRx-001、6-硫鸟嘌呤、EGCG和姜黄素可以用于治疗IBD，但是上述治疗作用是否与调节DNA甲基化直接相关尚未可知，还需要进一步研究。, 百拇医药(伍建中 刘衡 武琦梅 杨旭芹 张成桂 巫秀美 张瑱 葛建)
关键词 表观遗传学;炎症性肠病;溃疡性结肠炎;克罗恩病
中图分类号 R574.62;R968 文献标志码 A 文章编号 1001-0408(2020)22-2806-06
DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2020.22.21
炎症性肠病(Inflammatory bowel disease，IBD)包括溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis，UC)和克罗恩病(Crohn’s disease，CD)两种，是一种慢性、复发性的炎症性疾病。其中，UC的炎性症状一般仅限于结肠黏膜表层，常发病于直肠，病变多位于乙状结肠和直肠;而CD的炎性症状发生部位更为深层，并好发于末端回肠和右半结肠[1]。IBD好发于欧洲，在我国的发病率相对较低。研究显示，我国IBD发病率最高的城市为广东中山，已达3.44/10万，其中UC 2.22/10万、CD 1.22/10万[2-3]，其发病率逐年攀升，因我国人口基数较大，IBD的患者总人数不容乐观。
表观遗传学(Epigenetics)是研究在DNA序列不发生变化的条件下，在各种因素的影响下基因的表达出现可遗传变化的一门学科，其主要遗传机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰和微RNA(miRNA)调控[4]。随着表观遗传学研究的不断深入，影响表观遗传学的药物在肿瘤、自身免疫病、炎症疾病治疗领域中的研发取得了巨大的进展，利用该类药物来人为干预疾病过程中的异常基因表达以实现对疾病的治疗已成为当今医药科技领域的一个研究热点[5]。研究显示，IBD的发展过程中存在着异常的表观遗传修饰[6]，因此推测，IBD的治疗可以通过影响表观遗传来实现。IBD常见的表观遗传调控为DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控[7];此外，肠道菌群作为肠道微环境重要的组成部分，在IBD的表观遗传调控中发挥着重要的角色[8]。基于此，笔者以“表观遗传”“肠道菌群”“炎症性肠病”“溃疡性结肠炎”“克罗恩病”“Epigenetics”“Intestinal flora”“Inflammatory bowel disease”“Ulcerative colitis”“Crohn’s disease”等为中英文关键词，在中国知网、万方数据、PubMed等数据库中组合查询2000年1月1日-2020年5月31日发表的相关文献。结果，共检索到相关文献100余篇，其中有效文献63篇。现从DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控和肠道菌群等方面就影响表观遗传学的药物在IBD治疗中的研究进展进行综述，以期为相关药物开发和IBD的临床治疗提供参考。
1 DNA甲基化相关药物
1.1 DNA甲基化与IBD的关系
DNA甲基化是指甲基基团在 DNA 甲基化转移酶(DNMT)的作用下，与双核苷酸(CpG)中胞嘧啶上的第 5 位碳原子共价结合的过程[6]，DNA高甲基化可以阻碍转录因子进入启动子区域，通过发挥转录抑制等作用来调控相关蛋白的表达[9]。由于DNA甲基化全程需要DNMT的参与，因此该过程也被称为“DNMT的甲基化”;也因此，基于DNA甲基化的药物研发主要是通过调节DNMT 家族来实现。
早期DNA甲基化研究主要集中在患者的癌症易感性上。有学者在结肠炎患者的结肠细胞中观察到了與年龄相关的DNA甲基化增加，而该类甲基化容易导致基因变异和癌症的发生[10-11]。此外，临床组织学研究发现，与健康成人相比，活动性UC患者的手术切除样本中与癌症发生相关的E-钙黏蛋白(CDH)、胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)和成肌分化抗原1(MYOD1)等的编码基因均呈现出不同程度的甲基化[12]。除癌症易感性之外，免疫相关基因位点也出现了异常的甲基化，相关学者发现IBD患者转染的B细胞中有49个甲基化CpG位点，其中半数以上的甲基化位点位于免疫调节功能基因[13]，有学者采用Illumina 27K芯片分析了71例患有CD的妇女和儿童外周血中相关基因的甲基化水平后发现，IBD患者中有50个基因出现异常的甲基化，基因本体(GO)分析发现其差异甲基化基因主要集中在与IBD相关的几种途径，包括免疫和肠道菌群相关途径;而通路分析发现该过程中有辅助性T细胞17(Th17细胞)途径的参与[14]。由此可见，DNA的甲基化在IBD的发病进程中均有出现，对DNA甲基化进行调控可以用来治疗IBD。
1.2 影响 DNA甲基化的药物在IBD治疗中的研究进展
早期研发的DNA 甲基转移酶抑制剂(DNMTI)主要用于恶性肿瘤相关疾病的治疗。RRx-001是由美国EpicentRX公司开发的一种二硝基阿司匹林衍生物，研究显示，RRx-001能够通过降低DNMT1和DNMT3a的表达水平，诱导内源性逆转录病毒ERV-fc2和ERV-L家族(MLT2B4和MLT1C49)的长末端重复序列(LTRs)的转录，从而上调干扰素(IFN)的表达等来抑制人结肠腺癌HCT116细胞的生长，并呈时间和剂量依赖趋势，且相对于其他抗肿瘤药物毒性的更低，有望成为治疗结肠癌的新药[15]。6-硫鸟嘌呤(6-Thioguanine)能够与DNMT形成共价复合物，该复合物可通过抑制 DNMT1的活性从而调控DNA甲基化[16]。研究发现，6-硫鸟嘌呤和类固醇激素联用治疗IBD能延长患者的症状缓解时间，并且减少类固醇激素剂量，有效减少治疗的副作用，其主要机制为该药代谢产物包括6-硫鸟嘌呤核苷酸(6-TGNs)和6-甲基巯基嘌呤(6-MMP)能够抑制ras相关的C3肉毒毒素底物1(Rac1)的表达，导致活化的T淋巴细胞凋亡，从而发挥抗炎作用[17]。表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)是一种从绿茶中提取出的黄酮类化合物，能够干扰 DNMT1与CpG胞嘧啶的结合，影响催化活性，从而调控DNMT对CpG中胞嘧啶的甲基化修饰[18]。研究显示，EGCG对IBD有一定的疗效，其能通过抑制细胞因子白细胞介素6(IL-6)、单核细胞趋化因子(MCP-1)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的释放，抑制CD3+ T细胞和CD68+巨噬细胞的浸润来减轻结肠炎症[19]。姜黄素一种多酚类化合物，可通过共价阻断DNMT1的催化硫酸盐C1226来发挥对DNMT1的抑制作用[20]，并能够通过发挥改善肠道菌群、调节免疫和抗氧化应激等作用来治疗IBD[21]。尽管RRx-001、6-硫鸟嘌呤、EGCG和姜黄素可以用于治疗IBD，但是上述治疗作用是否与调节DNA甲基化直接相关尚未可知，还需要进一步研究。, 百拇医药(伍建中 刘衡 武琦梅 杨旭芹 张成桂 巫秀美 张瑱 葛建)