引用本文： 翁晓宇, 刘昶. 减重手术后 DNA 甲基化差异的研究进展. 中国普外基础与临床杂志, 2021, 28(8): 1103-1107. doi: 10.7507/1007-9424.202010013 复制
肥胖目前已经成为全球范围内威胁人类健康的主要因素之一，并且是多种代谢疾病如 2 型糖尿病、心血管疾病和恶性肿瘤的危险因素[1]。随着肥胖人数日益增多，估计因肥胖引起的代谢疾病在不久的将来会成为导致死亡的主要原因[2]。常规减重方式主要是生活方式的改变如低热量饮食和体育锻炼，然而对于严重肥胖个体采用常规减重可能不会长期维持体质量减轻[3]。近年来，减重手术已被引入作为替代疗法，其不仅维持体质量减轻，而且使肥胖相关并发症得以改善[4]。每年全世界大约进行 500 000 例减重手术，其中胃袖状切除术和 Roux-en-Y 胃旁路手术（Roux-en-Y gastric bypass，RYGB）是最常采用的手术方式[5]。减重手术后代谢状态改善的潜在机制尚不完全清楚，有研究者[6]提出表观遗传因素可能在其中起着重要作用。表观遗传学研究旨在了解外部因素如何调节基因表达[7]，其包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰和非编码 RNA[8]，其中 DNA 甲基化是生物体中最丰富的也是研究最为广泛的。所谓 DNA 甲基化是指在 DNA 甲基化转移酶的作用下，在基因组 CpG 二核苷酸的胞嘧啶 5′ 碳位共价键结合 1 个甲基基团，DNA 甲基化水平的改变有可能是体质量改变的结果[7]，这种表观遗传机制在肥胖以及与肥胖相关并发症如胰岛素抵抗和恶性肿瘤之间可能存在潜在联系[9]。因此，假设减重手术导致的体质量减轻可能会导致 DNA 甲基化的变化，从而有可能深入了解体质量减轻引起的代谢状态改善的分子机制。
1 DNA 甲基化
人类基因组中大约有 29 000 个 CpG 岛[10]。CpG 甲基化可以部分或完全阻止邻近基因的表达，因此，含有 5′ -CpG 区域的基因转录速率通常与其甲基化程度呈反比[11]。人类细胞甲基化图谱显示，在正常生理条件下约有 5% 的胞嘧啶残基被甲基化[11]。启动子区域中 CpG 岛内的胞嘧啶在组成型表达的基因中不会甲基化，而在受调控的基因中其是否被甲基化取决于组织类型[12]。由于 DNA 甲基化的主要功能是沉默 DNA 区域中的活性基因，因此，在着丝粒、端粒和非活性 X 染色体中发现了高水平的 DNA 甲基化[13]。然而 DNA 甲基化可以在基因的各个位置发生，包括启动子区域、外显子、内含子和非翻译区域[14]。在人类中也观察到了非 CpG 甲基化[15]，主要是胚胎干细胞[16]。DNA 甲基化对基因表达的影响似乎取决于基因序列中甲基化的位置[17]，其中基因体 5′ 非编码区和 3′ 非编码区中的甲基化与基因表达增加相关，而启动子区域中的甲基化与基因表达降低相关[18]，基因的表观遗传不仅受环境影响，同时也可以遗传给后代，对后代基因表达也产生影响。
2 减重手术后外周血液和组织中 DNA 甲基化的差异
2.1 外周血液和组织中总体 DNA 甲基化的差异
2.1.1 外周血液中
长散在核重复序列 1（long interspersed nuclear element-1，LINE-1）是基因组的一种重复序列，据 Nicoletti 等[19]报道，1/3 的基因组甲基化发生在这种重复序列中，这种重复序列与体质量指数、2 型糖尿病、胰岛素抵抗、心血管疾病和炎症反应相关，因此，可以用来评估总体 DNA 甲基化。Martín-Núñez 等[20]在关于减重手术对糖尿病和非糖尿病患者的总体 DNA 甲基化模式影响的研究中发现，不同的手术方式对糖尿病和非糖尿病严重肥胖患者血液样本中的 LINE-1 基因甲基化水平没有影响且手术前后也无差异，但在糖尿病肥胖患者中发现 LINE-1 基因甲基化与胰岛素水平和胰岛素抵抗指数有关，而且在糖尿病和非糖尿病肥胖患者中发现手术前 LINE-1 基因甲基化水平与基线体质量呈正相关，但手术后未发现二者间的这种关系，对于此原因目前无明确定论，其原因可能是术后 6 个月的时间不足以改变 LINE-1 基因甲基化水平。而 van Dijk 等[21]的发现与 Martín-Núñez 等[20]报道的结果相矛盾。Nilsson 等[22]在一项肥胖患者 RYGB 手术前后启动子区域 DNA 甲基化的研究中发现，与术前相比，RYGB 术后 6 个月时有 51 个启动子区域甲基化程度显著改变，且其平均 DNA 甲基化水平与对照组相似；当 RYGB 术后体质量减轻值达到基线体质量的 24%、空腹血糖浓度降低值达到基线空腹血糖浓度的 16% 时，甲基化程度显著改变的 51 个启动子区域中只有 1 个（约 2%）DNA 甲基化仍然显著不同。
2.1.2 组织中
虽然脂肪组织对于肥胖的病理生理学的研究有很大作用，但是对于减重手术前后脂肪组织中总体 DNA 甲基化的研究却较少。Multhaup 等[23]研究发现，减重手术后 6 个月时在腹部皮下脂肪组织 DNA 中发现 227 个差异甲基化区域发生了显著变化，其中有 105 个在减重手术后的甲基化水平与健康对照者相似。Benton 等[24]研究发现，皮下与网膜脂肪组织在减重手术前的总体 DNA 甲基化程度比术后更高，并且皮下和网膜脂肪组织间总体 DNA 甲基化程度比较差异无统计学意义。Dahlman 等[25]比较了 RYGB 手术前后腹部脂肪细胞 DNA 甲基化水平，该研究对象为 16 例因肥胖行 RYGB（术后 2 年）的女性和 14 例非肥胖女性，从中各随机抽取 9 例女性收集其脂肪细胞，结果发现，与非肥胖女性相比，减重手术后患者总体 DNA 甲基化水平明显降低。关于肌肉组织中 DNA 甲基化的研究，Barres 等[26]研究了 RYGB 前和 RYGB 后 6 个月时总体 DNA 甲基化的变化，采用荧光测定法测量了肥胖和非肥胖女性骨骼肌的总胞嘧啶甲基化水平，结果显示，RYGB 手术引起的体质量减轻前后骨骼肌中 CpG 和非 CpG 的总体甲基化水平相似，且肥胖和非肥胖女性的总体 DNA 甲基化亦相似。Donkin 等[27]在一项 RYGB 手术前后肥胖患者精子 DNA 甲基化水平的研究中发现 ，有超过 1 500 个基因在术后 1 周与术前相比 DNA 甲基化程度不同，这种变化可以一直持续到精子成熟的最后阶段；此外，在 1 年的随访中发现，有 3 910 个基因被甲基化，与来自非肥胖的样本相比，其中有 2 681 个基因被甲基化。Su 等[28]还报道了父亲所经历的环境因素可以通过精子介导来控制下一代的疾病风险。
2.2 外周血液和组织中特异性基因 DNA 甲基化的差异
2.2.1 外周血液中
减重手术后患者体质量减轻值与基线丝氨酸蛋白酶抑制蛋白 E-1（serine proteinase inhibitor family e member 1，SERPINE-1）基因甲基化水平有关[29]，因此，SERPINE-1 基因甲基化可能是 RYGB 体质量减轻的预测指标[19]。Nicoletti 等[30]发现，术前主要促进因子超家族成员 3（major facilitator superfamily domain containing 3，MFSD3）基因高甲基化与 RYGB 术后体质量恢复和不良反应显著相关。提示术前 SERPINE-1 和 MFSD3 这两种基因的甲基化程度可能对减重手术是否成功有一定影响。硬脂酰辅酶 A 去饱和酶（stearoyl-CoA desaturase，SCD）是一种内质网结合酶，可将不同的饱和脂肪酸转化为单不饱和脂肪酸。Morcillo 等[31]研究发现，肥胖患者手术前 SCD 基因启动子的甲基化水平降低，而在 RYGB 术后 6 个月时升高且术后甲基化水平与对照组相似，这种甲基化水平增加与胰岛素抵抗相关参数（游离脂肪酸及脂联素的水平）的变化有关。有两项关于 DNA 甲基化与血压变化的研究：一项是 Macías-González 等[32]的研究，其结果表明，RYGB 术后 6 个月患者核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）基因甲基化增加且与血压降低显著相关；另一项是 Boström 等[33]的研究，其结果发现，与收缩压相关的两个候选 CpG 位点（cg00875989、cg09134341）在原发性高血压患者中显著低甲基化，这些探针甲基化的增强与 RYGB 手术后观察到的收缩压水平显著降低密切相关。磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphatidylinositol3-kinase，PI3K）信号传导途径在胰岛素代谢中起着至关重要的作用。PI3K 具有催化亚基（PI3KCA 和 PI3KCD）和调节亚基（PI3KR1）。Pinhel 等[34]在一项 RYGB 手术对 PI3KR1 基因表达和 DNA 甲基化模式影响的研究中发现，从术前和术后 6 个月患有严重肥胖的 13 例女性中获取血液样本发现，术后 PI3KR1 基因表达上调，6 个 DNA 甲基化 CpG 位点被甲基化；有糖尿病或无糖尿病的肥胖与非肥胖患者相比，经典途径 PI3K/Akt 被破坏。溶质载体家族 19，成员 1（solute carrier family 19，member 1，SLC19A1）基因编码一种膜蛋白通过参与调节细胞内叶酸浓度进而影响胰岛素的敏感性，Macías-González 等[32]研究发现，C 反应蛋白的降低和胰岛素敏感性的提高与 SLC19A1 基因启动子甲基化水平的变化有关。有研究[19]发现，RYGB 手术调节了与炎症途径相关的特定基因的甲基化，如 SERPINE-1、白细胞介素（interleukin，IL）-6、IL-1β 和丙酮酸脱氢酶激酶 4（pyruvate dehydrogenase kinase 4，PDK4）。Kirchner 等[35]在一项关于减重手术前后与代谢调节有关的基因甲基化的研究中发现，RYGB 术后 2 d，在 IL-1β、IL-6 和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）基因启动子中观察到甲基化水平显著降低，然而在 RYGB 术后 12 个月，PDK4、IL-1β、IL-6 和 TNF 基因中启动子甲基化水平显著增加。
2.2.2 组织中
在一项针对正常女性、RYGB 术前与 RYGB 术后 6 个月的肥胖女性这 3 组样本的骨骼肌 DNA 甲基化和基因表达水平的对照研究[26]中发现，减重手术后，研究的 14 个代谢基因中有 11 个基因启动子甲基化与非肥胖对照人群相似，其中与线粒体功能相关的 2 个基因：过氧化物酶体增殖物受体共激活因子-1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）和 PDK4 基因启动子区的甲基化发生了改变，但在 RYGB 后恢复至正常水平，并且发现 RYGB 手术后基因表达和甲基化的正常化与空腹血糖、胰岛素、总胆固醇、低密度脂蛋白、甘油三酸酯水平的正常化同时发生。SORBS3（sorbin and SH3 domain containing 3）基因编码的蛋白质在细胞骨架结构中起作用，并且肥胖引起的胰岛素抵抗与细胞骨架结构的改变有关。Day 等[36]在一项 RYGB 手术前后骨骼肌组织中 SORBS3 甲基化变化的研究中发现，术后 3 个月时 SORBS3 基因甲基化程度与术前相比降低，甲基化程度的降低与手术后 SORBS3 基因表达的增加有关。Sala 等[13]在一项 RYGB 手术前后患有 2 型糖尿病肥胖患者的组织特异性甲基化的变化研究中，从患有非酒精性脂肪肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）的肥胖患者和对照组中获得了肝脏活检组织，结果表明，NAFLD 特异性表达和甲基化差异见于 9 个基因，它们编码中间代谢中的主要酶；减重手术前后，从肝脏活检组织中观察到与 NAFLD 表型相关的 DNA 甲基化变化，这些 DNA 甲基化的变化伴随着某些基因的表达变化，提示减重手术后基因表达和甲基化的改变可能与手术后观察到的肝胰岛素敏感性恢复有关。减重手术后铁缺乏症非常普遍，由 Hamp 基因编码的铁调素（Hepcidin）是一种负向调节铁稳态的激素，Hepcidin 有 3 种同工型，分别为 20、22、25，其中 Hepcidin-25 是其活性形式，也是 3 种中应用最广泛的[37]。一项减重手术后大鼠肝脏 DNA 甲基化在调节 Hamp 基因表达中作用的研究[37]表明，减重手术后 Hamp 基因的 mRNA 表达及其蛋白产物 Hepcidin-25 均显著下降，而胃袖状切除手术的大鼠 Hamp 基因表达略高于 RYGB 手术大鼠，在 RYGB 手术大鼠中，Hamp 基因启动子区域的 DNA 甲基化水平显著高于对照组，而胃袖状切除手术大鼠的 DNA 甲基化与对照组比则略有增加，两种手术方式的术后血清铁水平均显著低于对照组，且 RYGB 术后的血清铁含量更低。
3 减重手术后在不同时间与不同组织中基因 DNA 甲基化的差异
Nicoletti 等[30]发现在减重手术后 6 个月时患者血液中的 IL-6 甲基化水平明显降低；Macías-González 等[32]发现在减重手术后 6 个月时患者血液中 IL-6 甲基化水平变化不明显，但 Kirchner 等[35]发现 RYGB 减重手术后 1 年时患者血液中 IL-6 甲基化水平明显升高，此 3 项研究之间存在明显的异质性。同时也发现在减重手术后的血液与骨骼肌中 PGC-1α 基因的甲基化程度不同，术后 6 个月时骨骼肌中的 PGC-1α 基因甲基化水平显著降低[26]，血液中的 PGC-1α 基因甲基化没有影响[32]，但在术后1 年时血液中 PGC-1α 基因甲基化水平明显升高[35]，此 3 项研究之间无显著异质性。Kirchner 等[35]和 Barres 等[26]发现，减重手术后在血液和骨骼肌中 PDK4 基因甲基化程度均较高且发现这两项研究之间无异质性。
4 减重手术后微生物的组成及代谢产物的改变对 DNA 甲基化的影响
减重手术对表观遗传的影响与其术后微生物群的组成及其代谢产物的改变有关。有研究[38]发现，减重手术能够改变微生物群的组成，而且微生物群产生的代谢产物可以诱导 DNA 甲基化变化和非编码 RNA 表达，因此提出，由微生物代谢产物诱导的表观遗传学机制对于预防肥胖症等疾病具有潜在的作用。Ilhan 等[39]发现，RYGB 术后兼性厌氧、胆汁耐受性微生物种类增加，来自口腔的微生物如大肠埃希菌、韦永菌和链球菌处于较高水平，RYGB 术后微生物丰富度与体质量减轻百分比呈正相关。
5 小结与展望
从目前的研究结果看，减重手术前后 DNA 甲基化水平存在差异，但也存在一些问题，如有些基因甲基化随时间变化，而有些基因甲基化则高度稳定，其原因可能是术后随访时间长度未足以检测到 DNA 甲基化，需要随访更长的时间来检测这些 DNA 甲基化的变化进展；还能观察到同一基因在不同组织中也呈现不同程度的甲基化，其原因可能是不同组织的不同环境状态对甲基化程度有所影响；另外，DNA 甲基化测量方法不同以及患者术后的饮食、运动等生活方式不同都会对 DNA 甲基化结果产生影响。因此，期望将来会有更大样本量及术后随访时间更长的研究，同时期望以后的测量方法能够更加精确地测量结果的差异，同时能够规范患者术后生活方式以缩小其他外界因素的干扰。相信随着研究的不断深入，会进一步揭示表观遗传学、肥胖和减重手术之间的关系，以得到满意的结果。
重要声明
利益冲突声明：本文全体作者阅读并理解了《中国普外基础与临床杂志》的政策声明，我们没有相互竞争的利益。
作者贡献声明：翁晓宇选题并撰写和修改文章；刘昶在论文指导中提出了批判性的修改意见。
肥胖目前已经成为全球范围内威胁人类健康的主要因素之一，并且是多种代谢疾病如 2 型糖尿病、心血管疾病和恶性肿瘤的危险因素[1]。随着肥胖人数日益增多，估计因肥胖引起的代谢疾病在不久的将来会成为导致死亡的主要原因[2]。常规减重方式主要是生活方式的改变如低热量饮食和体育锻炼，然而对于严重肥胖个体采用常规减重可能不会长期维持体质量减轻[3]。近年来，减重手术已被引入作为替代疗法，其不仅维持体质量减轻，而且使肥胖相关并发症得以改善[4]。每年全世界大约进行 500 000 例减重手术，其中胃袖状切除术和 Roux-en-Y 胃旁路手术（Roux-en-Y gastric bypass，RYGB）是最常采用的手术方式[5]。减重手术后代谢状态改善的潜在机制尚不完全清楚，有研究者[6]提出表观遗传因素可能在其中起着重要作用。表观遗传学研究旨在了解外部因素如何调节基因表达[7]，其包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰和非编码 RNA[8]，其中 DNA 甲基化是生物体中最丰富的也是研究最为广泛的。所谓 DNA 甲基化是指在 DNA 甲基化转移酶的作用下，在基因组 CpG 二核苷酸的胞嘧啶 5′ 碳位共价键结合 1 个甲基基团，DNA 甲基化水平的改变有可能是体质量改变的结果[7]，这种表观遗传机制在肥胖以及与肥胖相关并发症如胰岛素抵抗和恶性肿瘤之间可能存在潜在联系[9]。因此，假设减重手术导致的体质量减轻可能会导致 DNA 甲基化的变化，从而有可能深入了解体质量减轻引起的代谢状态改善的分子机制。
1 DNA 甲基化
人类基因组中大约有 29 000 个 CpG 岛[10]。CpG 甲基化可以部分或完全阻止邻近基因的表达，因此，含有 5′ -CpG 区域的基因转录速率通常与其甲基化程度呈反比[11]。人类细胞甲基化图谱显示，在正常生理条件下约有 5% 的胞嘧啶残基被甲基化[11]。启动子区域中 CpG 岛内的胞嘧啶在组成型表达的基因中不会甲基化，而在受调控的基因中其是否被甲基化取决于组织类型[12]。由于 DNA 甲基化的主要功能是沉默 DNA 区域中的活性基因，因此，在着丝粒、端粒和非活性 X 染色体中发现了高水平的 DNA 甲基化[13]。然而 DNA 甲基化可以在基因的各个位置发生，包括启动子区域、外显子、内含子和非翻译区域[14]。在人类中也观察到了非 CpG 甲基化[15]，主要是胚胎干细胞[16]。DNA 甲基化对基因表达的影响似乎取决于基因序列中甲基化的位置[17]，其中基因体 5′ 非编码区和 3′ 非编码区中的甲基化与基因表达增加相关，而启动子区域中的甲基化与基因表达降低相关[18]，基因的表观遗传不仅受环境影响，同时也可以遗传给后代，对后代基因表达也产生影响。
2 减重手术后外周血液和组织中 DNA 甲基化的差异
2.1 外周血液和组织中总体 DNA 甲基化的差异
2.1.1 外周血液中
长散在核重复序列 1（long interspersed nuclear element-1，LINE-1）是基因组的一种重复序列，据 Nicoletti 等[19]报道，1/3 的基因组甲基化发生在这种重复序列中，这种重复序列与体质量指数、2 型糖尿病、胰岛素抵抗、心血管疾病和炎症反应相关，因此，可以用来评估总体 DNA 甲基化。Martín-Núñez 等[20]在关于减重手术对糖尿病和非糖尿病患者的总体 DNA 甲基化模式影响的研究中发现，不同的手术方式对糖尿病和非糖尿病严重肥胖患者血液样本中的 LINE-1 基因甲基化水平没有影响且手术前后也无差异，但在糖尿病肥胖患者中发现 LINE-1 基因甲基化与胰岛素水平和胰岛素抵抗指数有关，而且在糖尿病和非糖尿病肥胖患者中发现手术前 LINE-1 基因甲基化水平与基线体质量呈正相关，但手术后未发现二者间的这种关系，对于此原因目前无明确定论，其原因可能是术后 6 个月的时间不足以改变 LINE-1 基因甲基化水平。而 van Dijk 等[21]的发现与 Martín-Núñez 等[20]报道的结果相矛盾。Nilsson 等[22]在一项肥胖患者 RYGB 手术前后启动子区域 DNA 甲基化的研究中发现，与术前相比，RYGB 术后 6 个月时有 51 个启动子区域甲基化程度显著改变，且其平均 DNA 甲基化水平与对照组相似；当 RYGB 术后体质量减轻值达到基线体质量的 24%、空腹血糖浓度降低值达到基线空腹血糖浓度的 16% 时，甲基化程度显著改变的 51 个启动子区域中只有 1 个（约 2%）DNA 甲基化仍然显著不同。
2.1.2 组织中
虽然脂肪组织对于肥胖的病理生理学的研究有很大作用，但是对于减重手术前后脂肪组织中总体 DNA 甲基化的研究却较少。Multhaup 等[23]研究发现，减重手术后 6 个月时在腹部皮下脂肪组织 DNA 中发现 227 个差异甲基化区域发生了显著变化，其中有 105 个在减重手术后的甲基化水平与健康对照者相似。Benton 等[24]研究发现，皮下与网膜脂肪组织在减重手术前的总体 DNA 甲基化程度比术后更高，并且皮下和网膜脂肪组织间总体 DNA 甲基化程度比较差异无统计学意义。Dahlman 等[25]比较了 RYGB 手术前后腹部脂肪细胞 DNA 甲基化水平，该研究对象为 16 例因肥胖行 RYGB（术后 2 年）的女性和 14 例非肥胖女性，从中各随机抽取 9 例女性收集其脂肪细胞，结果发现，与非肥胖女性相比，减重手术后患者总体 DNA 甲基化水平明显降低。关于肌肉组织中 DNA 甲基化的研究，Barres 等[26]研究了 RYGB 前和 RYGB 后 6 个月时总体 DNA 甲基化的变化，采用荧光测定法测量了肥胖和非肥胖女性骨骼肌的总胞嘧啶甲基化水平，结果显示，RYGB 手术引起的体质量减轻前后骨骼肌中 CpG 和非 CpG 的总体甲基化水平相似，且肥胖和非肥胖女性的总体 DNA 甲基化亦相似。Donkin 等[27]在一项 RYGB 手术前后肥胖患者精子 DNA 甲基化水平的研究中发现 ，有超过 1 500 个基因在术后 1 周与术前相比 DNA 甲基化程度不同，这种变化可以一直持续到精子成熟的最后阶段；此外，在 1 年的随访中发现，有 3 910 个基因被甲基化，与来自非肥胖的样本相比，其中有 2 681 个基因被甲基化。Su 等[28]还报道了父亲所经历的环境因素可以通过精子介导来控制下一代的疾病风险。
2.2 外周血液和组织中特异性基因 DNA 甲基化的差异
2.2.1 外周血液中
减重手术后患者体质量减轻值与基线丝氨酸蛋白酶抑制蛋白 E-1（serine proteinase inhibitor family e member 1，SERPINE-1）基因甲基化水平有关[29]，因此，SERPINE-1 基因甲基化可能是 RYGB 体质量减轻的预测指标[19]。Nicoletti 等[30]发现，术前主要促进因子超家族成员 3（major facilitator superfamily domain containing 3，MFSD3）基因高甲基化与 RYGB 术后体质量恢复和不良反应显著相关。提示术前 SERPINE-1 和 MFSD3 这两种基因的甲基化程度可能对减重手术是否成功有一定影响。硬脂酰辅酶 A 去饱和酶（stearoyl-CoA desaturase，SCD）是一种内质网结合酶，可将不同的饱和脂肪酸转化为单不饱和脂肪酸。Morcillo 等[31]研究发现，肥胖患者手术前 SCD 基因启动子的甲基化水平降低，而在 RYGB 术后 6 个月时升高且术后甲基化水平与对照组相似，这种甲基化水平增加与胰岛素抵抗相关参数（游离脂肪酸及脂联素的水平）的变化有关。有两项关于 DNA 甲基化与血压变化的研究：一项是 Macías-González 等[32]的研究，其结果表明，RYGB 术后 6 个月患者核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）基因甲基化增加且与血压降低显著相关；另一项是 Boström 等[33]的研究，其结果发现，与收缩压相关的两个候选 CpG 位点（cg00875989、cg09134341）在原发性高血压患者中显著低甲基化，这些探针甲基化的增强与 RYGB 手术后观察到的收缩压水平显著降低密切相关。磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphatidylinositol3-kinase，PI3K）信号传导途径在胰岛素代谢中起着至关重要的作用。PI3K 具有催化亚基（PI3KCA 和 PI3KCD）和调节亚基（PI3KR1）。Pinhel 等[34]在一项 RYGB 手术对 PI3KR1 基因表达和 DNA 甲基化模式影响的研究中发现，从术前和术后 6 个月患有严重肥胖的 13 例女性中获取血液样本发现，术后 PI3KR1 基因表达上调，6 个 DNA 甲基化 CpG 位点被甲基化；有糖尿病或无糖尿病的肥胖与非肥胖患者相比，经典途径 PI3K/Akt 被破坏。溶质载体家族 19，成员 1（solute carrier family 19，member 1，SLC19A1）基因编码一种膜蛋白通过参与调节细胞内叶酸浓度进而影响胰岛素的敏感性，Macías-González 等[32]研究发现，C 反应蛋白的降低和胰岛素敏感性的提高与 SLC19A1 基因启动子甲基化水平的变化有关。有研究[19]发现，RYGB 手术调节了与炎症途径相关的特定基因的甲基化，如 SERPINE-1、白细胞介素（interleukin，IL）-6、IL-1β 和丙酮酸脱氢酶激酶 4（pyruvate dehydrogenase kinase 4，PDK4）。Kirchner 等[35]在一项关于减重手术前后与代谢调节有关的基因甲基化的研究中发现，RYGB 术后 2 d，在 IL-1β、IL-6 和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）基因启动子中观察到甲基化水平显著降低，然而在 RYGB 术后 12 个月，PDK4、IL-1β、IL-6 和 TNF 基因中启动子甲基化水平显著增加。
2.2.2 组织中
在一项针对正常女性、RYGB 术前与 RYGB 术后 6 个月的肥胖女性这 3 组样本的骨骼肌 DNA 甲基化和基因表达水平的对照研究[26]中发现，减重手术后，研究的 14 个代谢基因中有 11 个基因启动子甲基化与非肥胖对照人群相似，其中与线粒体功能相关的 2 个基因：过氧化物酶体增殖物受体共激活因子-1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）和 PDK4 基因启动子区的甲基化发生了改变，但在 RYGB 后恢复至正常水平，并且发现 RYGB 手术后基因表达和甲基化的正常化与空腹血糖、胰岛素、总胆固醇、低密度脂蛋白、甘油三酸酯水平的正常化同时发生。SORBS3（sorbin and SH3 domain containing 3）基因编码的蛋白质在细胞骨架结构中起作用，并且肥胖引起的胰岛素抵抗与细胞骨架结构的改变有关。Day 等[36]在一项 RYGB 手术前后骨骼肌组织中 SORBS3 甲基化变化的研究中发现，术后 3 个月时 SORBS3 基因甲基化程度与术前相比降低，甲基化程度的降低与手术后 SORBS3 基因表达的增加有关。Sala 等[13]在一项 RYGB 手术前后患有 2 型糖尿病肥胖患者的组织特异性甲基化的变化研究中，从患有非酒精性脂肪肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）的肥胖患者和对照组中获得了肝脏活检组织，结果表明，NAFLD 特异性表达和甲基化差异见于 9 个基因，它们编码中间代谢中的主要酶；减重手术前后，从肝脏活检组织中观察到与 NAFLD 表型相关的 DNA 甲基化变化，这些 DNA 甲基化的变化伴随着某些基因的表达变化，提示减重手术后基因表达和甲基化的改变可能与手术后观察到的肝胰岛素敏感性恢复有关。减重手术后铁缺乏症非常普遍，由 Hamp 基因编码的铁调素（Hepcidin）是一种负向调节铁稳态的激素，Hepcidin 有 3 种同工型，分别为 20、22、25，其中 Hepcidin-25 是其活性形式，也是 3 种中应用最广泛的[37]。一项减重手术后大鼠肝脏 DNA 甲基化在调节 Hamp 基因表达中作用的研究[37]表明，减重手术后 Hamp 基因的 mRNA 表达及其蛋白产物 Hepcidin-25 均显著下降，而胃袖状切除手术的大鼠 Hamp 基因表达略高于 RYGB 手术大鼠，在 RYGB 手术大鼠中，Hamp 基因启动子区域的 DNA 甲基化水平显著高于对照组，而胃袖状切除手术大鼠的 DNA 甲基化与对照组比则略有增加，两种手术方式的术后血清铁水平均显著低于对照组，且 RYGB 术后的血清铁含量更低。
3 减重手术后在不同时间与不同组织中基因 DNA 甲基化的差异
Nicoletti 等[30]发现在减重手术后 6 个月时患者血液中的 IL-6 甲基化水平明显降低；Macías-González 等[32]发现在减重手术后 6 个月时患者血液中 IL-6 甲基化水平变化不明显，但 Kirchner 等[35]发现 RYGB 减重手术后 1 年时患者血液中 IL-6 甲基化水平明显升高，此 3 项研究之间存在明显的异质性。同时也发现在减重手术后的血液与骨骼肌中 PGC-1α 基因的甲基化程度不同，术后 6 个月时骨骼肌中的 PGC-1α 基因甲基化水平显著降低[26]，血液中的 PGC-1α 基因甲基化没有影响[32]，但在术后1 年时血液中 PGC-1α 基因甲基化水平明显升高[35]，此 3 项研究之间无显著异质性。Kirchner 等[35]和 Barres 等[26]发现，减重手术后在血液和骨骼肌中 PDK4 基因甲基化程度均较高且发现这两项研究之间无异质性。
4 减重手术后微生物的组成及代谢产物的改变对 DNA 甲基化的影响
减重手术对表观遗传的影响与其术后微生物群的组成及其代谢产物的改变有关。有研究[38]发现，减重手术能够改变微生物群的组成，而且微生物群产生的代谢产物可以诱导 DNA 甲基化变化和非编码 RNA 表达，因此提出，由微生物代谢产物诱导的表观遗传学机制对于预防肥胖症等疾病具有潜在的作用。Ilhan 等[39]发现，RYGB 术后兼性厌氧、胆汁耐受性微生物种类增加，来自口腔的微生物如大肠埃希菌、韦永菌和链球菌处于较高水平，RYGB 术后微生物丰富度与体质量减轻百分比呈正相关。
5 小结与展望
从目前的研究结果看，减重手术前后 DNA 甲基化水平存在差异，但也存在一些问题，如有些基因甲基化随时间变化，而有些基因甲基化则高度稳定，其原因可能是术后随访时间长度未足以检测到 DNA 甲基化，需要随访更长的时间来检测这些 DNA 甲基化的变化进展；还能观察到同一基因在不同组织中也呈现不同程度的甲基化，其原因可能是不同组织的不同环境状态对甲基化程度有所影响；另外，DNA 甲基化测量方法不同以及患者术后的饮食、运动等生活方式不同都会对 DNA 甲基化结果产生影响。因此，期望将来会有更大样本量及术后随访时间更长的研究，同时期望以后的测量方法能够更加精确地测量结果的差异，同时能够规范患者术后生活方式以缩小其他外界因素的干扰。相信随着研究的不断深入，会进一步揭示表观遗传学、肥胖和减重手术之间的关系，以得到满意的结果。
重要声明
利益冲突声明：本文全体作者阅读并理解了《中国普外基础与临床杂志》的政策声明，我们没有相互竞争的利益。
作者贡献声明：翁晓宇选题并撰写和修改文章；刘昶在论文指导中提出了批判性的修改意见。