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本文聚焦血管生成（angiogenesis）与表观遗传修饰（epigenetic modification）。阐述了表观遗传如 DNA 甲基化、组蛋白修饰和非编码 RNAs 对血管生成相关基因的调控机制，介绍了表观遗传药物（epigenetic drugs）的治疗潜力，对深入理解相关疾病病理及治疗意义重大。
1. 血管生成与疾病
血管生成是从已有的血管形成新血管的过程，在正常的生长、发育和伤口愈合中发挥着关键作用。这一概念最早由苏格兰外科医生约翰?亨特提出，不过直到 20 世纪 70 年代，朱达?福克曼提出血管生成对肿瘤生长至关重要，抑制血管生成可能成为一种潜在的癌症治疗策略后，才受到广泛关注。
血管生成不仅在胚胎发育和伤口愈合中不可或缺，在多种疾病的发生发展中也扮演着重要角色。在肿瘤领域，肿瘤的生长和转移高度依赖血管提供的营养和氧气，肿瘤细胞会刺激促血管生成开关，促进血管生成，以满足自身的生长需求。此外，在糖尿病视网膜病变、类风湿关节炎、年龄相关性黄斑变性（AMD）和动脉粥样硬化等疾病中，血管生成也参与其中，发挥着重要作用。
在正常生理条件下，内皮细胞（ECs）处于静止状态，但在病理刺激下，它们会展现出显著的可塑性。以肿瘤血管生成为例，肿瘤细胞会释放各种促血管生成信号，精确调控血管的形成、增殖和迁移。肿瘤中的内皮细胞会在基底膜降解后迁移，并保持基底 - 管腔极性，随后基底膜重新沉积覆盖。在这个过程中，血管内皮生长因子（VEGF）发挥着核心作用，它在肿瘤细胞中高度表达，激活内皮细胞尖端细胞（tip cell）的 VEGFR2 信号通路，增强糖酵解为细胞提供能量，同时上调 delta - like 4（DLL4），与内皮细胞柄细胞（stalk cell）进行信号传递。tip 细胞中 Notch 信号活性较低，而 stalk 细胞中 Notch 信号活性较高，二者相互协作，共同调节血管生成。不过，抑制 Notch 信号虽然会增强肿瘤中的血管生成芽，但会导致内皮细胞的血管层级结构紊乱和连接复合物不稳定，最终抑制肿瘤生长。
除了 VEGF 信号通路，血管生成素（angiopoietins）和 Tie 受体信号通路也对血管发育和稳定至关重要。Tie 受体属于受体酪氨酸激酶家族，血管生成素 - 1（ANG1）是 TIE2 的主要激动性配体，当 ANG1 与 TIE2 结合后，会诱导受体二聚化和自磷酸化，激活下游 AKT 信号通路，抑制转录因子叉头盒蛋白 O1（FOXO1），促进血管稳定和内皮细胞存活，还能招募周细胞和平滑肌细胞到新形成的血管。而血管生成素 - 2（ANG2）则是 TIE2 受体的一种情境依赖性激动剂和拮抗剂，在炎症等情况下，ANG2 会被内皮细胞分泌，抑制 ANG1 - TIE2 信号，破坏内皮细胞单层的稳定性，导致血管异常形成和通透性增加。在肿瘤中，ANG2 水平常常升高，打破 ANG1 和 ANG2 的平衡，引发异常血管生成。因此，靶向 TIE2 通路，如抑制 ANG2 或增强 ANG1 信号，成为癌症治疗中使肿瘤血管正常化的一种探索策略。
2. 血管生成的表观遗传调控
表观遗传调控是指在不改变 DNA 序列的情况下控制基因表达的过程，主要通过 DNA 甲基化、组蛋白修饰和非编码 RNAs 等机制实现。这些表观遗传变化在生理和病理过程中发挥着关键作用，对于确定治疗靶点和改进诊断方法具有重要意义。
DNA 甲基化通常是在 DNA 分子的胞嘧啶碱基上添加甲基基团，尤其是在 CpG 岛区域。它一般与基因抑制有关，通过阻碍转录因子的结合来抑制基因表达，但在某些情况下也会与基因激活相关。在肿瘤中，DNA 甲基化与肿瘤的发生和发展密切相关。例如，在乳腺癌肿瘤中，上游启动子区域的 CpG 位点会发生高甲基化，而基因体区域的 CpG 位点则会出现低甲基化。肿瘤细胞会利用这种甲基化模式，通过对抗血管生成因子的高甲基化，促进自身的持续生长。像血栓反应蛋白 - 1（THBS - 1）这种具有肿瘤抑制特性的血管生成抑制剂，在多种癌症中其启动子区域都会发生高甲基化，并且这种甲基化与血管侵袭和转化生长因子 - β（TGF - β）信号通路受损有关。
此外，在一些病理条件下，如高 TGF - β?水平时，内皮细胞会发生内皮 - 间充质转化（EndMT），这一过程在肿瘤和动脉粥样硬化中都有详细记载。近期的单细胞测序发现，心肌梗死后内皮细胞会表现出可塑性，出现短暂的间充质基因表达，并且这种可塑性与调控区域的 DNA 甲基化变化相关。同时，血流也会通过依赖 DNA 甲基转移酶（DNMT）的方式，对血管生成基因的表达进行表观遗传调控。在小鼠和人脐静脉内皮细胞（HUVEC）模型中，剪切应力会诱导 DNMT 表达，而使用阿扎胞苷（azacitidine）或小干扰 RNA（siRNA）降低 DNMT 水平，能够显著减少剪切应力诱导的内皮炎症和动脉粥样硬化病变的形成。这表明血流紊乱会通过 DNMT 依赖的 DNA 高甲基化改变内皮基因表达，进而促进动脉粥样硬化的发展，也凸显了 DNMT 作为动脉粥样硬化治疗靶点的潜力。
在肿瘤中，还观察到组织金属蛋白酶抑制剂 - 2（TIMP - 2）和 TIMP - 3 的高甲基化。TIMP 家族蛋白能够调节基质金属蛋白酶（MMP）的活性，MMP 负责细胞外基质（ECM）的降解，而 ECM 降解是血管生成的关键步骤。TIMP - 2 通过抑制 MMP - 2，阻止 ECM 的分解，从而抑制血管生成。TIMP - 3 不仅能抑制 MMP，还能抑制 ADAMs 家族蛋白，影响 ECM 降解以及生长因子和细胞因子前体的脱落，这些都对血管生成至关重要。此外，TIMP3 还能阻断 VEGF 与 VEGFR2 的结合，抑制下游的血管生成信号。在缺氧条件下，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性会增强，HDAC1 的过表达会负向调节 p53 和冯?希佩尔 - 林道（VHL）肿瘤抑制基因的表达，从而刺激血管生成。患有 VHL 病的患者，其 VHL 基因存在突变，导致细胞中缺氧诱导因子 - 1α（HIF - 1α）积累，持续激活包括 VEGF、血小板衍生生长因子 - B（PDGF - B）和转化生长因子 - α（TFG - α）在内的血管生成基因。值得注意的是，肿瘤抑制基因的额外高甲基化会导致 VHL 等位基因失活，引发与 VHL 相关的血管瘤，这也突出了表观遗传修饰，特别是 HDAC 抑制剂在疾病进展中的潜在作用。在胃癌细胞系中，还发现了 DNA 去甲基化会诱导 VEGF - C 表达，且与淋巴管密度和转移相关，表明表观遗传对淋巴管生成也有调控作用。
真核生物的 DNA 缠绕在组蛋白八聚体上，形成核小体，维持高度有序的染色质结构。组蛋白的化学修饰，如乙酰化、甲基化和磷酸化等，能够影响染色质结构，使其对转录的可及性发生改变。一般来说，组蛋白乙酰转移酶（HAT）介导的乙酰化会增加基因转录，而 HDAC 介导的去乙酰化则会抑制转录。在血管生成过程中，多种组蛋白甲基转移酶被报道能够促进内皮细胞的增殖、侵袭和血管出芽，并且它们的高表达往往与不良预后相关。例如，HDAC7 在血管内皮发育过程中表达，缺乏 HDAC7 的小鼠模型会因血管扩张和破裂后内皮细胞黏附减少而出现胚胎致死。沉默 HDAC7 会导致 PDGFB 表达增加，内皮细胞迁移减少。此外，抑制 HDAC 还能抑制 VEGF 介导的 ANG2、存活蛋白（survivin）和趋化因子受体 4（CXCR4）的上调。
血管中还表达 III 类 HDAC，即沉默调节蛋白（sirtuins）。其中，SIRT1 作为一种依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD?）的组蛋白去乙酰化酶，在血管生成中起着关键作用。SIRT1 的缺失会下调血管重塑基因，减少血管生成芽的形成。同时，SIRT1 能够使叉头转录因子 O1（FOXO1）去乙酰化，FOXO1 是血管发育的负调节因子，SIRT1 对其去乙酰化能够抑制其抗血管生成作用。热量限制（CR）可以提高 NAD?水平，调节 sirtuin 家族的表达和活性。有趣的是，与自由进食的小鼠相比，CR 能够通过增加老年小鼠动脉中 SIRT1 的表达和一氧化氮（NO）的生物利用度，恢复血管内皮细胞的功能。通过与 SIRT1 相互作用，CR 还能调节包括 AMP 激活蛋白激酶（AMPK）、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和胰岛素样生长因子 - 1（IGF - 1）在内的关键血管生成相关通路。激活 AMPK 后，SIRT2 对年龄相关的血管重塑具有保护作用，这表明通过 CR 激活 sirtuin 可能是预防或治疗心血管疾病的一种有前景的策略。
Urbich 等人的研究发现，抑制组蛋白赖氨酸 4 甲基转移酶 MLL，会显著降低 HUVEC 细胞的迁移和芽形成，表明甲基转移酶活性对内皮细胞功能至关重要。MLL 不仅通过对赖氨酸残基的甲基化来调节血管生成，还能招募 MOF 蛋白协同发挥作用。SETD8/KMT5A 是一种组蛋白赖氨酸甲基转移酶，负责对组蛋白 H4 赖氨酸 20 进行单甲基化修饰，参与细胞周期进程，抑制 SETD8 会导致细胞周期缺陷。SETD8 通过一种依赖骨桥蛋白的机制调节血管生成，药理抑制 SETD8 不仅会抑制人诱导多能干细胞向内皮细胞系的分化，还能挽救氧诱导视网膜病变小鼠模型视网膜中的异常病理血管生成。
微小 RNA（miRNAs）在血管生成的调控中也发挥着重要作用，它们是一类高度表达于内皮细胞的小非编码 RNA，通常通过与靶信使 RNA（mRNA）的互补序列结合，导致 mRNA 降解或翻译抑制，从而影响基因表达。在血管生成的背景下，多个 miRNAs 被确定为关键调节因子。例如，血管特异性缺失 Dicer 酶的小鼠会出现血管生成受损和血管生成相关基因的改变。Let - 7 和 miR - 103/107 是缺氧反应性 miRNAs，在内皮细胞中强烈表达，它们靶向 AGO1，AGO1 是 miRNA 诱导沉默复合体（miRISC）的关键组成部分，对 VEGF mRNA 的沉默至关重要，Let - 7 和 miR - 103/107 通过靶向 AGO1，导致 VEGF 的翻译抑制解除，促进血管生成。Let7b 还能通过靶向内皮细胞中的 TIMP - 1，促进内皮细胞的增殖和运动。miR - 210 在缺氧条件下上调，因此也被称为 “缺氧 miRNA”，它通过靶向负调节因子 ephrin - A3，促进血管生成。miR - 126 是研究最为广泛的与血管生成相关的 miRNA 之一，主要在内皮细胞中表达，通过增强 VEGF 和成纤维细胞生长因子（FGF）的信号通路，促进血管发育。它还能靶向 VEGF 通路的负调节因子，如 SPRED1 和 PIK3R2，促进内皮细胞的增殖和迁移。miR - 132 通过靶向 Ras 信号通路的负调节因子 p120RasGAP，增强 Ras 信号，促进内皮细胞的增殖和新血管形成，从而促进血管生成的转换。
也有一些 miRNAs 通过靶向促血管生成基因或信号通路来抑制血管生成。循环中的 miR - 15b 能够直接靶向 VEGF 的 3′ - UTR 区域，抑制血管生成。在增殖性糖尿病视网膜病变患者中，miR - 15b 水平与 VEGF 水平呈显著负相关，过表达 miR - 15b 还能通过限制肿瘤的血液供应来抑制肿瘤生长。miR - 221/222 通过靶向内皮细胞迁移和存活的关键受体 c - Kit，下调 c - Kit 的表达，降低内皮细胞的血管生成能力，抑制异常血管的形成。miR - 29b 能够靶向血管生成的多个关键成分，包括 VEGF - A、血管生成素样蛋白 4（ANPTL4）、PDGF 和 MMP9，通过调节胶原重塑和血管生成信号，发挥抗血管生成作用，并减少小鼠原位乳腺癌模型中的纤维状胶原合成。miR - 424 通过靶向 VEGFR2 和成纤维细胞生长因子受体 1（FGFR1），抑制内皮细胞的增殖、迁移和管形成，但在缺氧条件下，miR - 424 会促进血管生成，这表明其作用具有情境依赖性。
3. 表观遗传药物
鉴于表观遗传在血管生成基因调控中的关键作用，表观遗传成为了治疗与异常血管生长相关疾病（如癌症、糖尿病视网膜病变和 AMD）的潜在靶点。
DNA 甲基转移酶（DNMT）抑制剂能够重新激活沉默的抗血管生成基因，或下调促血管生成基因的表达。阿扎胞苷（Vidaza）是一种低甲基化剂，几十年前就开始用于治疗骨髓增生异常综合征，2002 年发表了第一项大型随机试验结果。目前，它也在被探索用于治疗胶质母细胞瘤的抗血管生成作用。在患者来源的异种移植模型中，高度血管化的肿瘤对阿扎胞苷治疗有反应，而血管化较差的异种移植物则无反应，接受阿扎胞苷治疗的胶质母细胞瘤的血管生成明显减少。地西他滨（Dacogen）是另一种具有类似作用的 DNMT 抑制剂，正在多种癌症（包括实体瘤）中进行研究，以评估其通过表观遗传调节对血管生成的影响。
HDAC 抑制剂能够导致乙酰化组蛋白的积累，通常会使染色质结构变得开放，增加基因转录。这类抑制剂可以上调抗血管生成因子，或下调促血管生成因子的表达。伏立诺他（SAHA）是一种被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗皮肤 T 细胞淋巴瘤的 HDAC 抑制剂，目前正在研究其在人脐静脉内皮细胞（HUVEC）中通过下调 VEGF 和其他促血管生成因子来抑制血管生成的潜力。SAHA 还能在 mRNA 和蛋白质水平上上调 VEGF 的竞争因子和信号素 III 的表达。有趣的是，SAHA<
