脂代谢与DNA甲基化的研究进展①
孟昶1朱磊1*田雪文2王清路3
(1.曲阜师范大学 山东曲阜 273165；2.山东体育学院 山东济南 250102；3.齐鲁医药学院 山东淄博 255213)
摘 要： DNA甲基化是著名的表观遗传学标记之一，对脂代谢的调节起着重要作用。DNA甲基化是转录的重要调控因子，不影响DNA序列，可将遗传变量和环境因素转化为表型性状。而且最近有研究发现了运动影响脂代谢关联基因DNA甲基化的可能机制。因此，本文通过综述脂代谢与DNA甲基化之间的关系，探讨脂代谢相关基因DNA甲基化的分子机制及生理学意义，展望运动影响脂代谢关联基因DNA甲基化的研究前景，为脂代谢的研究提供更多理论依据。
关键词： 脂代谢 DNA甲基化 运动
DNA甲基化是细胞中存在的表观遗传机制之一。它是在鸟嘌呤核苷酸旁边的胞嘧啶嘧啶环的C5上加一个甲基，通常称为CpG残基。CpG岛（CpGi）是由基因组内的CpG双核苷酸重复高发生率组成的区域。这些CpGi通常位于或靠近基因启动子，通常是低甲基化，而基因体和其他基因间区域通常是高甲基化[1]。在CpG启动子区域的这种低甲基化确保了转录始于基因的开始，避免了转录本的截断[2,3]。因为，环境因素和生活方式与DNA甲基化及脂代谢紊乱有关[4,5]。所以，DNA甲基化机制可能是一个调控领域，可以解释脂代谢紊乱的病因。在这方面，已有研究发现DNA甲基化与脂代谢之间存在关联性，以及运动影响脂代谢关联基因DNA甲基化的可能机制[6-8]。本文通过综述脂代谢与DNA甲基化之间的关系，探讨脂代谢相关基因DNA甲基化的分子机制及生理学意义，展望运动影响脂代谢关联基因DNA甲基化的研究前景，为脂代谢的研究提供更多理论依据。
1 脂代谢概述
脂代谢是指脂肪里的脂肪酸被胰腺和小肠所分泌的脂肪酶水解成游离脂肪酸和甘油单酯，甘油单脂和长链脂肪酸被吸收后，先在小肠细胞中重新合成甘油三酯，并和磷脂、胆固醇和蛋白质形成乳糜微粒，再由淋巴系统进入血液循环的代谢过程[9,10]。
2 DNA甲基化概述
DNA甲基化是DNA化学修饰形式的一种，是将甲基加入腺嘌呤或者胞嘧啶的过程，由DNA甲基转移酶（DNMT）引发。DNMT1优先在半甲基化DNA位点进行甲基化，并且在细胞复制过程中保持甲基化模式[11]，DNMT与DNA结合，从DNA螺旋中“翻转”出胞嘧啶，并将来自S-腺苷甲硫氨酸的甲基连接到胞嘧啶的5'端位置[12,13]。在人类中，甲基化仅限于胞嘧啶残基，主要存在于CpG中。这种二核苷酸在整个基因组中都没有得到充分的表达，但是在0.33kb的片段中，这种二核苷酸的表达率却在增加，这就是所谓的CpG岛[14]。通过研究发现，约40%的人类基因在启动子区中含有CpG岛，其甲基化通常与沉默表达有关[15]。
1.在思想建设方面，要深刻领会十八大精神，统一思想认识。通过召开支委会和党员大会，集中学习胡锦涛同志的报告，深刻领会十八大的精神实质，充分认识将科学发展观确立为党必须长期坚持的指导思想的重大意义，切实把科学发展观贯彻到打造一流工作业绩的全过程，切实把广大党员干部和员工群众的思想统一到十八大精神上来，把力量凝聚到实现十八大确定的目标任务上来，全面推动采油队各项工作。
3 脂代谢与DNA甲基化之间的关系
DNA甲基化是一个独特且值得关注的过程，在不改变基本基因序列的情况下，在转录中发挥调控功能。其机制可能是由于在胞嘧啶的C5位置上添加了一个甲基，改变了染色质结构，改变了转录因子进入调控区，以往的研究已经检测过参与脂代谢的特定基因启动子区域CpG位点的甲基化水平[3]，如Guay等人[16]通过分析98例未治疗的家族性高胆固醇血症患者低密度脂蛋白受体启动子区白细胞DNA甲基化，发现DNA甲基化与血液中LDL-C水平呈正相关。这一结果在30名重度肥胖男性的内脏脂肪组织中得到了验证。此外，他们还发现低密度脂蛋白受体中的DNA甲基化与内脏脂肪组织中的相对mRNA水平呈负相关。这种复杂的关联表明DNA甲基化可以在功能上调节基因表达。另一项对73例重度肥胖患者的研究表明，瘦素启动子区特定CpG位点的DNA甲基化与LDL-C水平呈正相关，与皮下脂肪组织的LEP mRNA水平负相关[17]。调整DNA甲基化后，LDL-C与LEP mRNA的相关性不再显著。这些结果说明了，基因表达与LDL-C水平之间的关系部分归因于DNA甲基化变异，也就是说，DNA甲基化变异已经确定了脂质代谢中的关键基因，而这些基因有助于DNA甲基化水平的变化[4]。
4 DNA甲基化对脂代谢的作用
基因与DNA甲基化变异的相互作用是许多疾病诱发的重要原因[18]。基因变异最初可以调节参与脂质代谢基因的DNA甲基化，而这些基因的甲基化也与血脂水平有关[4]。Yang等人[19]对脂代谢与DNA甲基化之间的因果关系进行了研究，探讨了青钱柳多糖（CPP）对高脂血症大鼠DNA甲基化及脂代谢高关联基因表达的影响。CPP干预8周后，HDL升高，而血清LDL-C、TC、TG、浓度，肝脏重量、腹壁脂肪指数明显降低。再采用亚硫酸氢盐测序法分析DNA甲基化，Q-PCR检测瘦素和MTTP mRNA表达水平。结果表明，CPP能显著降低肝脏瘦素和MTTP启动子的DNA甲基化水平，最大降幅分别为43.2%、40.2%和7.7%。同时，瘦素和MTTP mRNA含量显著下调。研究结果表明了CPP可以通过控制肝脏DNA甲基化水平来调节mRNA水平，从而降低血脂调控脂代谢。Lu等人[20]发现m6A（N6-methyladenosine）调控基因表达，影响细胞代谢。他们检测了姜黄素调节脂质代谢是否与m6A甲基化有关。还研究了膳食中添加姜黄素对脂多糖（LPS）诱导的肝损伤和脂代谢紊乱的影响，以及对断奶仔猪m6A RNA甲基化的影响。将24只杜洛克大白种猪随机分为LPS组和姜黄素组（n =8/组）。结果表明，姜黄素组总胆固醇、三酰基甘油含量显著低于LPS组。此外，姜黄素降低了Bcl-2和Bax mRNA的表达，而增加了肝脏中p53 mRNA的表达。姜黄素抑制LPS诱导的肝脏SCD-1和SREBP-1c mRNA水平的升高。值得注意的是，膳食姜黄素影响了METTL3、METTL14、ALKBH5、FTO、YTHDF2 mRNA的表达，增加了m6A在肝脏中的含量，在脂多糖诱导的肝损伤以及肝脂代谢紊乱中的保护作用可能是由于m6a RNA甲基化的增加。以上研究表明了，基因变异引起的DNA甲基化修饰被认为是脂代谢相关基因表达改变的潜在机制。
5 运动影响脂代谢关联基因DNA甲基化的可能机制
如今，高脂肪的饮食和久坐不动的生活方式增加了患2型糖尿病和肥胖等疾病的风险。运动训练对患有这些疾病人群的健康有益。运动通过调节许多组织的表观遗传机制来调节脂代谢关联基因的表达。Zhou等人[21]为了分析运动对肝脏表观基因组的影响，用亚硫酸氢盐测序法测定了DNA甲基化，并使用RNA-seq法测定了久坐和运动的小鼠转录水平，与运动和不运动的小鼠进行了比较，发现全基因组差异DNA甲基化和基因簇的表达是由运动引起的。运动的结合引发了广泛的基因改变，丰富了脂代谢途径和肌肉发育过程。田雪文博士[22]通过常氧运动和低氧运动训练肥胖大鼠，比较了常氧运动和低氧运动肥胖大鼠Wnt信号通路DNA甲基化的显著差异基因。初步证实了低氧运动肥胖大鼠减脂和Wnt信号通路的关系。比较分析了常氧运动和低氧运动肥胖大鼠全基因组 DNA的CpG岛发生甲基化的基因，诠释了脂代谢与DNA甲基化之间的联系。目前，关于运动影响脂代谢关联基因DNA甲基化的机制研究较少，其分子机制尚不明确，需进一步探究。
6 结语
DNA甲基化可作为遗传变异的表观遗传代谢物，从而可以通过预测对代谢疾病的易感性来充当生物标志物，在脂代谢紊乱过程中发挥着至关重要的作用。目前研究结果表明，调控脂代谢相关基因的甲基化状态，对脂代谢紊乱具有一定改善作用，而且DNA甲基化变异能够确定脂代谢中的高关联基因，而这些基因有助于DNA甲基化水平的变化。此外，DNA甲基化差异可能反映了环境因素的影响，为运动干预对代谢疾病风险人群的预防作用提供了证据。
有一些空白，她接不下去。她突然觉得，也许那个肯和他一起做房奴的女孩已经出现了，她的心里就有了忧伤，汩汩地涌出。
参考文献
[1]Suzuki Miho M,Adrian Bird.DNA methylation landscapes: Provocative insights from epigenomics[J].Nature Reviews Genetics,2008,9(6):465.
[2]Deaton Aimée M, Adrian Bird.Cpg islands and the regulation of transcription[J].Genes & Development,2011,25(10):1010.
[3]Jones Peter A.Functions of DNA methylation: Islands,start sites, gene bodies and beyond[J].Nature Reviews Genetics, 2012, 13(7): 484-492.
[4]Zhen He,Rong Zhang,Feng Jiang,et al.Role of genetic and environmental factors in DNA methylation of lipid metabolism [J].Genes & Diseases,2017,5(1):S2352304217300867.
[5]Alegría-Torres JA.Baccarelli A,Bollati V.Epigenetics and lifestyle[J].Epigenomics,2011, 3(3):267-277.
[6]Castellano-Castillo D, Moreno-Indias I, Fernà ndez-Garcà a J.C., et al.Adipose tissue lpl methylation is associated with triglyceride concentrations in the metabolic syndrome[J].Clinical Chemistry,2017,64(1):clinchem.2017.277921.
[7]Turcot Valérie.Line-1 methylation in visceral adipose tissue of severely obese individuals is associated with metabolic syndrome status and related phenotypes[J].Clinical Epigenetics,2012,4(1):10.
[8]Ali Omar, Cerjak Diana, Kent Jack W., et al.Methylation ofsocs3is inversely associated with metabolic syndrome in an epigenome-wide association study of obesity[J].Epigenetics,2016,11(9):699-707.
[9]Liu Qiang, Zhang Juan.Lipid metabolism in alzheimer's disease[J].Neuroscience Bulletin, 2014,30(2):331-345.
[10]朱磊,路瑛丽,冯连世,等.Mic rorna调节脂代谢的研究进展[J].中国体育科技,2016,52(3):61-68.
[11]Sturgeon Susan R., Pilsner J.Richard, Arcaro Kathleen F., et al.White blood cell DNA methylation and risk of breast cancer in the prostate, lung, colorectal, and ovarian cancer screening trial (plco)[J].Breast Cancer Research,2017,19(1):94.
[12]Keil K.P., Vezina C.M.DNA methylation as a dynamic regulator of development and disease processes: Spotlight on the prostate[J].Epigenomics,2015,7(3):413-425.
[13]Kenichiro Hata, Masaki Okano, Hong Lei, et al.Dnmt3l cooperates with the dnmt3 family of de novo DNA methyltransferases to establish maternal imprints in mice[J].Development,2002,129(8):1983-1993.
[14]Josep Casadesús, David Low.Epigenetic gene regulation in the bacterial world[J].Microbiology & Molecular Biology Reviews Mmbr, 2006,70(3):830.
[15]Mehrnaz Fatemi, Pao Martha M, Shinwu Jeong, et al.Footprinting of mammalian promoters: Use of a cpg DNA methyltransferase revealing nucleosome positions at a single molecule level[J].Nucleic Acids Research,2005,33(20): e176.
[16]Periyasamy S, Sathya M, Karthick C, et al.Association studies of specific cholesterol related genes (apoe, lpl,and cetp) with lipid profile and memory function: A correlative study among rural and tribal population of dharmapuri district, india[J].Journal of Alzheimers Disease,2017, 60(S1):S195.
[17]Houde Andrée Anne, Légaré Cécilia, Biron Simon,etc.Leptin and adiponectin DNA methylation levels in adipose tissues and blood cells are associated with bmi,waist girth and ldl-cholesterol levels in severely obese men and women[J].Bmc Medical Genetics,2015,16(1):29.
[18]Koh In Uk, Lee Hye Ja, Hwang Joo Yeon, et al.Obesityrelated cpg methylation (cg07814318) of kruppel-like factor-13 (klf13) gene with childhood obesity and its cis-methylation quantitative loci[J].Scientific Reports,2017(7):45368.
[19]Yang Zhan Wei, Ouyang Ke Hui, Zhao Jing, et al.Structural characterization and hypolipidemic effect of cyclocarya paliurus polysaccharide in rat[J].International Journal of Biological Macromolecules,2016(91):1073-1080.
[20]Lu Na, Li Xingmei, Yu Jiayao, et al.Curcumin attenuates lipopolysaccharide-induced hepatic lipid metabolism disorder by modification of m 6 a rna methylation in piglets [J].Lipids,2018,53(1):53-63.
[21]Zhou Dan, Hlady Ryan A, Schafer Marissa J, et al.High fat diet and exercise lead to a disrupted and pathogenic DNA methylome in mouse liver[J].Epigenetics,2017,12(1):55-69.
[22]田雪文.基于itraq的低氧运动肥胖大鼠肝脏蛋白质组学及wnt/β-catenin信号通路的作用机制研究[D].上海体育学院,2018.
Abstract: DNA methylation is one of the well-known epigenetic markers and plays an important role in regulating lipid metabolism.DNA methylation is an important regulator of transcription, does not affect DNA sequences,and can convert genetic and environmental factors into phenotypic traits.Recently, studies have found a possible mechanism by which exercise affects DNA methylation of lipid metabolism-associated genes.Therefore, this paper reviews the molecular mechanism and physiological significance of lipid methylation-related gene DNA methylation by reviewing the relationship between lipid metabolism and DNA methylation, and prospects for the research of DNA methylation of lipid metabolism-related genes.Metabolic research provides more theoretical basis.
Key Words： Lipid metabolism；DNA methylation；Exercise
中图分类号： G804.7
文献标识码： A
文章编号： 2095-2813(2019)09(c)-0023-03
DOI： 10.16655/j.cnki.2095-2813.2019.27.023
基金项目： 中国博士后科学基金面上项目（项目编号：2017M622161）；山东省研究生教育创新计划（项目编号：SDYY16089）。
作者简介： 孟昶（1995—），男，汉族，山东济宁人，硕士研究生在读，研究方向：低氧运动减脂。
通讯作者： 朱磊（1977—），男，汉族，山东菏泽人，博士，副教授，研究方向：低氧训练减脂的分子学机制，E-mail: mc965828290@163.com。