血管内皮细胞位于血管壁最内层，其结构和功能正常对维持血管的生理功能至关重要。血管内皮功能障碍与多种心血管疾病发生发展密切相关，如动脉粥样硬化、缺血性心脏病、高血压等。表观遗传是指在基因核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达水平发生可遗传变化，包括组蛋白修饰、脱氧核糖核酸(DNA)甲基化、核糖核酸(RNA)干扰等。而组蛋白修饰作为表观遗传修饰中重要组成部分，已被证实广泛参与了血管内皮细胞功能调控过程，是研究血管内皮功能干预方案的理想候选机制。本文对近年来关于血管内皮细胞功能调节过程中组蛋白修饰变化和调控作用的研究进展进行综述。

1、组蛋白修饰

染色质的基本组成单位为核小体，由DNA和H1、H2A、H2B、H3和H4等5种组蛋白构成。两分子的H2A、H2B、H3和H4形成一个组蛋白复合物，约200 bp的DNA分子盘绕在组蛋白复合物上形成核小体的核心颗粒。组蛋白是染色质的主要蛋白质组分，可发生多种类型的翻译后共价修饰，包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等修饰。一般认为组蛋白的共价修饰由相应的修饰酶和去修饰酶催化完成，包括：①“书写者”,如组蛋白乙酰化酶(HAT)和组蛋白甲基转移酶 (HMT)。②“擦除者”,如组蛋白去乙酰化酶(HDAC)和组蛋白去甲基化酶(HDM)。这些酶通过对组蛋白进行可逆修饰，进而改变染色质构象，从而调控基因表达。目前研究认为组蛋白乙酰基化促进基因转录，组蛋白去乙酰化抑制基因转录[1,2],而组蛋白甲基化则依据修饰位点不同促进或抑制基因转录，如H3K79me1/2与转录激活相关，而H3K79me3和H3K27me3则与转录抑制相关。

2、血管内皮细胞的功能

2.1 内皮屏障作用

屏障作用是内皮细胞最基本的功能之一。内皮细胞通过其表层的内皮糖萼、细胞间连接蛋白及基底膜共同作用，协同调节血管壁通透性，从而控制血液中细胞成分及各种大分子有序通过血管壁，起着选择性通透屏障作用[3]。在生理情况下，内皮屏障有利于血浆、细胞、营养物质等有序进入周围组织，并带走代谢废物，同时维持血管和组织间体液平衡，控制组织间隙白细胞的数量。而在病理状态下，内皮屏障功能障碍，血管壁通透性增高，大分子物质、炎症细胞穿过血管壁进入组织间隙，从而引起组织水肿和炎症反应[4]。

2.2 调节血管张力

在生理状态下，内皮细胞所分泌的血管收缩因子和血管舒张因子处于动态平衡状态，从而使得血管维持一定的张力。血管舒张因子主要包括一氧化氮(NO)、前列环素(PGI)2和内皮源性超极化因子(EDHF),而血管收缩因子主要是内皮素(ET)-1、血栓素(TX)A2和血管紧张素(Ang)-Ⅱ。血管舒张因子释放减少和血管收缩因子的生成增加是内皮功能障碍的标志，是许多心血管疾病发生发展的重要原因[5,6]。

2.3 维持凝血和纤溶平衡

内皮细胞具有促进凝血反应和抗凝血的双重作用，是保证体内血液正常流动的重要条件[7]。大量调节血小板活化和凝血途径的分子表达于内皮细胞的管腔表面，从而维持凝血和纤溶动态平衡[8]。内皮细胞分泌NO、PGI2、血栓调节蛋白(TM)、组织型纤溶酶原激活物(t-PA)、尿激酶型纤溶酶原激活物(u-PA)、组织因子途径抑制剂(TFPI)等物质抑制血栓形成[9]。同时，内皮细胞也可以被各种病理生理刺激激活凝血过程，促进血栓形成，如合成TXA2促进血小板聚集，表达血管性血友病因子、纤连蛋白和血小板反应蛋白等辅助因子促进血小板黏附[10]。此外，当血栓形成后，内皮细胞还可以分泌纤溶酶原激活物抑制物(PAI)-1,后者可结合到纤维蛋白链上，从而阻止t-PA与纤维蛋白结合，避免纤维蛋白降解[11]。因此，在生理条件下，内皮细胞分泌多种信号分子调节凝血和纤溶系统，防止血小板发生黏附和聚集，内皮功能障碍可导致病理性出血或血栓形成。

2.4 内皮细胞代谢

内皮细胞自身可进行葡萄糖、脂肪酸、氨基酸代谢，并参与维持机体组织的氧气和营养供应。糖酵解是内皮细胞能量生成的主要来源。在内皮细胞中，大约有85%的三磷酸腺苷(ATP)是通过葡萄糖无氧酵解产生的[12]。这主要有以下原因：内皮细胞线粒体数量较少，糖酵解相比氧化磷酸化可以更快生成ATP,此外，较低水平的氧化磷酸化可以减少活性氧(ROS)产生[13],减少氧气的消耗，有利于氧气向血管周围细胞的扩散[14]。内皮细胞的第二能量来源是脂肪酸氧化，在葡萄糖不足的情况下，内皮细胞中腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)依赖的活性增加，由糖酵解供能转换为脂肪酸氧化供能。脂肪酸氧化一方面可以增加烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸还原型(NADPH)水平，维持氧化还原稳态。另一方面脂肪酸氧化生成的乙酰辅酶A分子进入三羧酸循环生成核苷酸，为细胞增殖提供底物[15]。此外，氨基酸代谢参与维持内皮细胞增殖和血管扩张功能。谷氨酰胺是内皮细胞消耗最多的一种氨基酸，谷氨酰胺在谷氨酰胺酶1的作用下催化生成α-酮戊二酸进而补充三羧酸循环，以支持蛋白质和核苷酸合成[16]。在体外和体内模型中，对谷氨酰胺代谢的干扰可影响内皮细胞增殖[17]。谷氨酰胺还可进一步生成体内的重要抗氧化剂谷胱甘肽，谷氨酰胺减少使得内皮细胞更容易受到ROS诱导的损伤[18]。精氨酸也是参与内皮细胞代谢的重要氨基酸。精氨酸在内皮型一氧化氮合酶(eNOS)催化下反应产生NO,发挥扩张血管、抗炎和抗血栓形成等多种生理学功能[19]。

2.5 内皮损伤和修复

血管内皮损伤是多种心血管疾病发生的始动环节。多种心血管疾病如动脉粥样硬化、缺血性心脏病、高血压、慢性心功能不全、糖尿病(DM)血管并发症、脑卒中等与内皮损伤密切相关。许多病理生理学因素均可导致内皮功能障碍，常见的包括缺氧、高胆固醇血症，例如氧化修饰的低密度脂蛋白(ox-LDL),代谢综合征，例如高血糖、晚期糖基化终产物、氧化应激、促炎细胞因子，例如白细胞介素(IL)-1、肿瘤坏死因子(TNF)-α、血流动力学紊乱等[20]。内皮功能障碍是可逆转，当内皮细胞受损，修复机制被激活，对细胞损伤进行自我修复。内皮细胞完成修复的过程称为再内皮化，再内皮化过程主要包括两种方式：①通过损伤周边的内皮细胞增殖、迁移以修复细胞缺失部位[21];②动员骨髓内皮细胞释放入血，并通过血液循环到达受损处，进一步分化为内皮细胞进行修复[22]。

3、内皮功能障碍的临床评估

早期识别内皮功能障碍并施以有效干预对改善这部分患者的预后具有重要意义。在过去常以侵入性方法来评估血管内皮功能，其中最具代表性的乙酰胆碱冠状动脉造影法被认为是检测内皮细胞功能障碍的金标准，然而因其有创、存在手术风险、成本高等缺点，并未在临床得到广泛推广。近年来随着技术的发展，出现了多种非侵入性方法来评估内皮细胞功能，这些方法相对简单便捷，且重复性和稳定性较好。

3.1 肱动脉血流介导的血管舒张功能(FMD)

目前应用最广泛的无创评估内皮功能的方法是FMD,其通过充气袖带在肱动脉处加压和放气，诱导肱动脉反应性充血，血流剪切应力增加，进而促使内皮细胞释放NO引起内皮依赖性血管舒张，使用体表高频超声测量肱动脉的直径以评价内皮功能[23]。当内皮功能障碍时，NO释放减少，内皮依赖性血管舒张功能受损。

3.2 反应性充血外周张力法(PAT)

PAT原理主要是测定肱动脉缺血前后指尖动脉张力的变化，通过计算机系统测定阻断前后指尖血流信号比，计算出反应性充血指数值(RHI)评估血管内皮功能[24]。反应性充血外周张力法的测定操作简便，且通过计算机系统定量计算反应性充血指数值，敏感度较超声进一步提高，在一定程度上较FMD更有优势。

4、组蛋白修饰与血管内皮功能失调

4.1 组蛋白修饰与血管张力调节

内皮细胞通过释放各种血管活性因子调节血管张力，其中包括血管舒张因子，如NO、PGI2和内皮源性超极化因子(EDHF)等；还有血管收缩因子，如TXA2和ET-1等。eNOS主要在内皮细胞中表达，催化 L-精氨酸和氧气生成NO,而NO是最重要的血管舒张因子之一，具有扩张血管、抗炎和抗血栓形成等多种生理学功能。eNOS基因敲除小鼠表现为高血压[25]、血管对损伤反应增加[26]、易患动脉粥样硬化[27]和脑梗死面积更大[28],提示eNOS是影响内皮细胞功能的关键靶点。目前研究已经证实组蛋白翻译后修饰能够调控eNOS的转录，并通过影响NO水平调节血管张力。Fish等[29]研究发现在内皮细胞中，eNOS启动子区富含乙酰化修饰的H3K9、H4K12和三甲基化修饰的H3K4,促进内皮细胞 eNOS mRNA转录，NO水平升高；而在非内皮细胞中，eNOS基因启动子区则富含抑制转录的 H3K9m2、H3K9me3。此外，剪切应力、缺氧等多种生理或病理刺激通过组蛋白修饰调节eNOS的表达水平。Chen等[30]报道，剪切应力增加了p300组蛋白乙酰转移酶的活性，促进eNOS启动子区内剪切应力响应元件(SSRE)的组蛋白H3和H4的乙酰化，并向eNOS编码区延伸，导致在SSRE处染色质开放和eNOS转录的快速增加。另一项研究显示缺氧刺激使 eNOS 近端启动子组蛋白的乙酰化和组蛋白 H3甲基化水平降低，eNOS转录水平迅速下降[31]。

4.2 组蛋白修饰与内皮炎症

组蛋白修饰对内皮炎症反应具有重要的调控作用。脂多糖(LPS)是革兰阴性菌细胞壁外壁的组成成分，被广泛应用于诱导内皮细胞损伤。研究发现，当用LPS刺激人脐静脉内皮细胞(HUVEC)会促进IL-6分泌[32],而IL-6水平上调与IL-6 启动子区域 H3K4三甲基化水平增高有关[33]。TNF-α通过激活核因子(NF)-κB诱导内皮炎症。在TNF-α处理的人类HUVEC中，组蛋白去甲基化酶 (KDM)7A和6A(UTX)被迅速募集到NF-κB启动子区，并分别使H3K9me2和H3K27me3去甲基化，激活NF-κB信号通路，通过药物抑制KDM7A 和UTX的表达可显著降低黏附分子表达，减少单核细胞向内皮的黏附，减轻内皮炎症[34]。赖氨酸甲基转移酶(SET)8是目前发现的唯一参与组蛋白H4亚基第20位赖氨酸单甲基化的甲基转移酶，参与调控细胞增殖凋亡等。最近一项研究发现，在DM肾病(DN)患者肾组织和DM小鼠模型中，SET8均下调，激活非经典 Wnt 信号通路，引起下游的炎症反应，IL-6、TNF-α水平升高，最终导致肾纤维化和损伤[35]。体外实验进一步证明，高糖环境下，在肾小球内皮细胞中过表达SET8使得WNT5A基因启动子处的H4K20me1水平升高，炎症因子的水平降低，从而减轻高血糖引起的肾损伤[36]。据报道，同源性磷酸酶-张力蛋白(PTEN)同样参与血管内皮炎症反应[37]。研究发现在高糖刺激的人脐静脉内皮细胞中PTEN表达上调，诱导 p65 磷酸化和细胞黏附分子ICAM-1、E-选择素表达增加，促使单核细胞与内皮细胞的黏附，从而介导内皮细胞炎症，而SET8过表达可使得H4K20me1在PTEN启动子区域富集，抑制p65和细胞黏附分子(ICAM-1、E-选择素)表达，减轻高糖介导的内皮炎症[38]。

4.3 组蛋白修饰与内皮氧化应激

氧化应激损伤是导致内皮功能障碍的重要病理生理学机制之一。高水平的ROS可诱发内皮炎症、线粒体功能障碍和eNOS 解耦联并降低 NO 生物利用度，导致内皮功能障碍。香烟烟雾(CS)介导的氧化应激与内皮功能障碍有关。沉默信息调节因子(SIRT)1是一种NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶。研究发现在香烟烟雾提取物(CSE)处理的人脐静脉内皮细胞 HUVEC 中，SIRT1 的表达水平降低并伴随eNOS乙酰化的增加，使用SIRT1激活剂白藜芦醇处理细胞可逆转上述结果[38]。衔接蛋白 p66shc通过细胞色素C影响线粒体ROS 的产生。另一项研究发现，高糖诱导的内皮功能障碍与 p66Shc 启动子组蛋白H3乙酰化、上调 p66shc基因表达有关，HUVECs过表达 SIRT1通过降低p66Shc启动子区域的组蛋白H3乙酰化水平，抑制p66Shc表达，减少氧自由基生成，改善内皮功能[39]。NADPH 氧化酶(Noxs)和eNOS是ROS生成的重要来源，在高糖环境下，Noxs和eNOS启动子区H3K4me1、H3K9me2和H3K9me3水平升高，使Nox4和eNOS转录水平升高，ROS生成增加，引起持续的血管内皮功能障碍，而抑制组蛋白甲基化可以降低Nox4和eNOS的表达水平，从而明显减轻内皮功能障碍[40]。

4.4 组蛋白修饰与内皮-间质转化(EndMT)

EndMT是指上皮细胞在特定条件下发生向间充质细胞表型转化的现象，目前其具体机制尚未阐明。现已揭示EndMT与成人组织再生和伤口愈合密切相关，在某些病理条件下，EndMT 促进肺、肾脏、心脏纤维化的进展，并参与血管重塑和新内膜形成过程[41]。研究发现组蛋白修饰参与调控EMT过程。组蛋白脱甲基酶(JMJD)2B催化组蛋白H3亚基第9位赖氨酸去甲基化和组蛋白H3亚基第4位赖氨酸的甲基化，在由转化生长因子(TGF)-β2 和IL-1β诱导发生EndMT的HUVEC细胞中，JMJD2B mRN A和蛋白质水平升高，并引起间充质标记基因CNN1启动子处的 H3K9me3 水平升高和CNN1mRNA表达水平增高。进一步染色质免疫沉淀测序(ChIP-Seq)分析显示：虽然在诱导EndMT 后组蛋白H3K9me3和H3K4me3的整体水平没有变化，但TGF-β、整合素、Wnt 信号通路的 H3K9me3 水平发生相对变化，而已知这些通路可调控EndMT过程[42]。Zeste同源物增强子(EZH)2具有组蛋白甲基转移酶活性，负责催化组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化，并可调节间充质标记基因SM22α的表达。在由TGFβ2诱导发生EMT的内皮细胞中EZH2水平的降低，而这种变化与SM22α启动子处H3K27me3水平降低相关[43]。

4.5 组蛋白修饰与血管生成

血管内皮生长因子(VEGF)信号通路在血管发育和维持血管内稳态中起着重要作用。既往研究发现，VEGFA 刺激HUVEC可使H3K27的乙酰化水平表呈现动态变化[44]。诱导多能干细胞衍生内皮细胞(iEC)是基于人类诱导多能干细胞衍生的内皮细胞，具有体外血管生成能力。最近一项研究发现， iECs通过调节糖酵解酶活性、增加丝状伪足形成、响应VEGF 介导的迁移并增加血管内皮生长因子受体(VEGFR)2的表达水平，从而介导其血管生成表型，而这个过程是通过组蛋白乙酰化酶P300催化组蛋白H3第27位赖氨酸的乙酰化调节的[45]。VEGFR-2和VEGFR-1是血管生成的正向调节因子，在人类内皮细胞中过表达组蛋白乙酰转移酶(KAT)7后，发现H3K14ac和H4ac水平升高，并富集在VEGFR-2和VEGFR-1的广泛基因内区域，上调VEGFR-2表达，进而促进血管生成[46]。

综上，血管内皮功能失调是导致动脉粥样硬化、高血压、DM血管并发症、脑卒中等心血管疾病的重要原因之一。尽管近年来对内皮细胞功能失调的发生机制和临床评估的研究逐步深入，但仍缺乏靶向于内皮细胞功能障碍的特异性治疗。研究提示，组蛋白修饰广泛参与了血管内皮功能调节过程。因此，组蛋白修饰有望成为保护血管内皮的新靶点，为临床心血管相关疾病的诊断和治疗提供新思路。相关靶向干预，如HDAC抑制剂已在临床上用于治疗各种癌症患者，这些药物应用于心血管疾病的疗效和安全性、稳定性尚不明确，仍有待研究。

基金资助:国家自然科学基金资助项目(No.82070372,82170418); 湖北省医学领军人才培养工程专项经费资助;

文章来源:程陈,张静,黄萃园,等.组蛋白修饰与血管内皮功能失调关系的研究进展[J].中国老年学杂志,2024,44(13):3318-3323.