過敏反應(yīng)過程中的DNA甲基化表觀遺傳學(xué)調(diào)控機制

鐘偉龍 竇俠 于波

·綜述·

過敏反應(yīng)過程中的DNA甲基化表觀遺傳學(xué)調(diào)控機制

鐘偉龍 竇俠 于波

DNA甲基化是一種不改變DNA序列，但基因表達卻發(fā)生了可遺傳改變的重要表觀遺傳學(xué)修飾。研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化異?？赡茉谶^敏反應(yīng)的發(fā)生過程中起重要作用，但研究并不能清楚地解釋異常的甲基化模式在疾病中發(fā)揮的生物學(xué)作用。常見過敏反應(yīng)或疾病發(fā)病過程中的DNA甲基化調(diào)控機制，如特應(yīng)性皮炎、接觸性皮炎、蕁麻疹、食物過敏等，以進一步理解過敏反應(yīng)發(fā)生過程中的基因調(diào)控機制及基因-環(huán)境相互作用關(guān)系。此外，DNA甲基化的研究可能為過敏反應(yīng)的預(yù)防、診斷和管理提供新的方向。

過敏反應(yīng)；DNA甲基化；表觀基因組學(xué)；皮炎，特應(yīng)性；皮炎，接觸性；蕁麻疹

過敏性疾病影響兒童和成人的生活質(zhì)量，嚴重的全身過敏反應(yīng)甚至危及生命，已成為全球關(guān)注的公共衛(wèi)生問題。目前，過敏反應(yīng)的發(fā)生機制尚不明確，除遺傳、環(huán)境與免疫因素外，研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳學(xué)修飾異常在其發(fā)病過程中可能起重要作用。表觀遺傳是指DNA序列不發(fā)生變化但基因表達卻發(fā)生了可遺傳的改變，在環(huán)境和遺傳因素之間的調(diào)控作用尤為重要。作為最常見的表觀遺傳學(xué)修飾形式，DNA甲基化是調(diào)節(jié)基因組功能的重要機制?，F(xiàn)就DNA甲基化參與特應(yīng)性皮炎（AD）、接觸性皮炎、蕁麻疹及食物過敏等過敏性疾病或過敏反應(yīng)發(fā)病的機制進行概述。

作者單位：518036深圳，北京大學(xué)深圳醫(yī)院皮膚性病科（鐘偉龍、竇俠、于波）；汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院（鐘偉龍）

1 概述

在高等生物細胞內(nèi)，DNA甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，將甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶-鳥嘌呤（CpG）二核苷酸中胞嘧啶的第5位碳原子上，生成5甲基胞嘧啶的一種反應(yīng)。約75%的哺乳動物CpG二核苷酸處于甲基化狀態(tài)；而由CpG二核苷酸局部聚集形成的CpG島則大多處于非甲基化狀態(tài)。CpG島主要位于基因座控制區(qū)域、啟動子區(qū)以及多數(shù)基因的第1個外顯子上，是人類基因組甲基化形成與發(fā)揮調(diào)控作用的重要區(qū)域［1］。相反，通過甲基基團的氧化，CpG位點能去甲基化。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶與DNA去甲基化酶調(diào)控基因組DNA序列甲基化的動態(tài)變化?；騿幼訁^(qū)CpG島的甲基化可使一些轉(zhuǎn)錄因子無法與DNA結(jié)合，抑制基因轉(zhuǎn)錄，而該區(qū)域的去甲基化則可激活基因的轉(zhuǎn)錄［2］。

2 DNA甲基化參與過敏性疾病或過敏反應(yīng)發(fā)病

2.1 DNA甲基化與AD：AD的發(fā)病與遺傳易感性、皮膚屏障功能障礙及免疫調(diào)節(jié)異常有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化也可能參與AD的發(fā)病。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）1是細胞分裂中維持DNA甲基化模式的關(guān)鍵酶，其功能異?？赡軐?dǎo)致DNA甲基化的異常修飾，進而影響相關(guān)基因的表達。Nakamura等［3］發(fā)現(xiàn)，與健康人相比，總IgE水平升高（≥5 000 IU/ml）的AD患者外周血單核細胞DNMT-1的mRMA水平顯著降低，提示DNMT-1水平降低可能促使AD的發(fā)生。AD患者單核細胞及樹突細胞表面高表達IgE高親和力受體（FcεRI）并參與 AD的發(fā)病。Liang等［4］發(fā)現(xiàn)，AD患者單核細胞基因組DNA存在病理性低甲基化，且單核細胞FcεRI的γ亞基基因啟動子區(qū)存在的低甲基化與該基因表達水平呈負相關(guān)。Ziyab等［5］報道 AD與絲聚蛋白基因 CpG位點（cg07548383）的DNA甲基化程度相關(guān)，提示AD發(fā)病中DNA甲基化調(diào)控的重要性。

胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素（TSLP）在T細胞向Th2分化過程中有重要作用，環(huán)境因素（如過敏原、微生物、煙霧暴露等）的刺激可上調(diào)上皮或表皮TSLP表達。AD皮損處TSLP高表達，可能與TSLP基因啟動子的低甲基化有關(guān)［6］。而AD兒童TSLP基因5′CpG島的DNA甲基化水平顯著低于健康兒童，且與母體煙霧環(huán)境暴露呈負相關(guān)，表明母體煙霧環(huán)境暴露可能通過DNA甲基化機制增加AD的患病風(fēng)險［7］。Rodríguez 等［8］發(fā)現(xiàn)，與 AD 相關(guān)的 DNA甲基化具有明顯的組織特異性，與外周血相比，皮膚可能是在AD中進行表觀遺傳學(xué)研究的理想組織。

2.2 DNA甲基化與接觸性皮炎：接觸性皮炎的發(fā)病機制非常復(fù)雜，其發(fā)病也可能與DNA甲基化相關(guān)。接觸刺激物的種類及其量引起的細胞因子可不同，而發(fā)生刺激性皮炎的中心細胞因子為腫瘤壞死因子（TNF）α。在職業(yè)性三氯乙烯藥疹樣皮炎中，楊建平等［9］發(fā)現(xiàn)，TNF-α基因啟動子區(qū)低甲基化狀態(tài)與職業(yè)性三氯乙烯藥疹樣皮炎患者血清TNF-α水平升高相關(guān)。不同類型的過敏原引發(fā)接觸性皮炎的機制有可能不同。Chapman 等［10］報道小鼠經(jīng) 2，4- 二硝基氯苯（接觸性過敏原）或偏苯三酸酐（吸入性過敏原）處理后，引流淋巴結(jié)的DNA出現(xiàn)免疫相關(guān)通路（如絲裂原活化蛋白激酶信號傳導(dǎo)通路）基因啟動子區(qū)相關(guān)的差異甲基化區(qū)域，其DNA甲基化模式具有特征性。而差異甲基化區(qū)域Gmpr和Nwc分別可能是接觸性過敏原誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)和呼吸道化學(xué)過敏原誘導(dǎo)反應(yīng)的生物標(biāo)記，為化學(xué)過敏原的分類提供基礎(chǔ)［11］。研究發(fā)現(xiàn)，前列腺素E2能促進UVB對小鼠接觸性超敏反應(yīng)的免疫抑制作用，可能通過DNA甲基化調(diào)節(jié)介導(dǎo)［12］。

2.3 DNA甲基化與蕁麻疹：蕁麻疹的病因復(fù)雜，分類較多。宋彪等［13］發(fā)現(xiàn)，在慢性特發(fā)性蕁麻疹和自身免疫性蕁麻疹患者血清中的S腺苷蛋氨酸、S腺苷同型半胱氨酸水平及二者之間的比值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，提示DNA甲基化可能不參與慢性蕁麻疹發(fā)病機制。Ⅰ型遺傳性血管性水腫的發(fā)生是由于SERPING1基因突變引起C1酯酶抑制物的缺乏。但研究發(fā)現(xiàn)，患者外周血單核細胞中SERPING1基因的表達與該基因啟動子區(qū)的高甲基化不相關(guān)［14］。因此，DNA甲基化是否參與蕁麻疹的發(fā)病，尚待進一步研究。

2.4 DNA甲基化與食物過敏：食物過敏是指暴露于特定食物后發(fā)生的不利于健康的特異性免疫反應(yīng)。從輕微過敏到致命性的過敏反應(yīng)，食物過敏影響了約 5%的成人及 8%的兒童［15］。

2.4.1 DNA甲基化與食物過敏的發(fā)病：食物過敏的危險因素有很多，包括遺傳（如易感基因及特應(yīng)性遺傳史）及環(huán)境因素等。Martino等［16］對一個食物過敏隊列的研究發(fā)現(xiàn)，CD4+T細胞在早期發(fā)育過程中，存在絲裂原活化蛋白激酶信號傳導(dǎo)相關(guān)基因的DNA甲基化失調(diào)，可能與兒童早期發(fā)生食物過敏相關(guān)。特應(yīng)性遺傳史可能增加后代對花生過敏的易感性。Song等［17］對小鼠的研究發(fā)現(xiàn)可能與IL-4基因啟動子的DNA甲基化水平改變有關(guān)。

2.4.2 DNA甲基化與食物過敏的診斷與治療：目前，除食物激發(fā)試驗外，其他單一的診斷試驗均不足以對食物過敏做出準確的判斷。Martino等［18］報道，與過敏原特異性的IgE檢測以及皮膚點刺試驗相比，外周血單個核細胞甲基化生物標(biāo)記能更好地預(yù)測口服激發(fā)試驗的結(jié)果，有望成為新的診斷試驗。

盡量避免食用可疑過敏食物是目前預(yù)防食物過敏的主要手段，而特異性免疫治療是針對食物過敏的對因治療手段。在對43例花生過敏患者（23例接受24個月花生口服免疫療法，20例禁食花生）抗原誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)性T細胞的研究中，Syed等［19］發(fā)現(xiàn)，口服免疫療法治療后FOXP3甲基化水平顯著性降低；且與再次對花生過敏的患者相比，對花生持續(xù)耐受患者的FOXP3甲基化水平更低。提示誘導(dǎo)耐受后再次出現(xiàn)花生過敏與FOXP3基因的甲基化水平升高有關(guān)。Berni等［20］對40例兒童外周血單個核細胞來源的Th1細胞因子（IL-4、IL-5）和Th2細胞因子（IL-10和干擾素γ）基因啟動子區(qū)的DNA甲基化水平以及相應(yīng)的血清水平進行分析，發(fā)現(xiàn)牛奶蛋白耐受的兒童具有Th1細胞因子基因低甲基化和Th2細胞因子基因高甲基化模式，而且可受添加益生菌配方奶粉的影響，提示DNA甲基化研究可能為牛奶過敏的預(yù)防和治療提供靶點。

2.5 其他：慢性濕疹皮損中分化抑制劑4啟動子（inhibitor of differentiation 4）的高甲基化狀態(tài)，可能與其表皮角化不全相關(guān)［21］。DNA甲基化也可能參與AD相關(guān)的特應(yīng)性進程中過敏性鼻炎和哮喘的發(fā)病，這對皮膚相關(guān)的過敏性疾病的研究具有參考價值。例如，在對貓尾草和塵螨過敏的30例患者接受雙抗原舌下免疫治療或安慰劑治療的研究中，Swamy等［22］發(fā)現(xiàn)，舌下免疫治療誘導(dǎo)的長期耐受可能與FOXP3甲基化水平的降低有關(guān)。

3 結(jié)語

通過表觀遺傳學(xué)尤其是DNA甲基化的研究，能更全面地認識過敏反應(yīng)發(fā)病的基因調(diào)控機制及環(huán)境-基因的相互作用關(guān)系，進一步的研究有望為過敏反應(yīng)的預(yù)防、診斷和管理提供新的方向。

［1］ Kabesch M.Epigenetics in asthma and allergy［J］.Curr Opin Allergy Clin Immunol,2014,14 （1）:62-68.DOI:10.1097/ACI.0000000000000025.

［2］ Bégin P,Nadeau KC.Epigenetic regulation of asthma and allergic disease［J］.Allergy Asthma Clin Immunol,2014,10（1）:27.DOI:10.1186/1710-1492-10-27.

［3］ Nakamura T,Sekigawa I,Ogasawara H,et al.Expression of DNMT-1 in patients with atopic dermatitis ［J］.Arch Dermatol Res,2006,298（5）:253-256.DOI:10.1007/s00403-006-0682-0.

［4］ Liang Y,Wang P,Zhao M,et al.Demethylation of the FCER1G promoter leads to FcεRI overexpression on monocytes of patients with atopic dermatitis［J］.Allergy,2012,67（3）:424-430.DOI:10.1111/j.1398-9995.2011.02760.x.

［5］ Ziyab AH,Karmaus W,Holloway JW,et al.DNA methylation of the filaggrin gene adds to the risk of eczema associated with lossof-function variants［J］.J Eur Acad Dermatol Venereol,2013,27（3）:e420-423.DOI:10.1111/jdv.12000.

［6］ Luo Y,Zhou B,Zhao M,et al.Promoter demethylation contributes to TSLP overexpression in skin lesions of patients with atopic dermatitis［J］.Clin Exp Dermatol,2014,39（1）:48-53.DOI:10.1111/ced.12206.

［7］ Wang IJ,Chen SL,Lu TP,et al.Prenatal smoke exposure,DNA methylation,and childhood atopic dermatitis ［J］.Clin Exp Allergy,2013,43（5）:535-543.DOI:10.1111/cea.12108.

［8］ Rodríguez E,Baurecht H,Wahn AF,et al.An integrated epigenetic an d transcriptomic analysis reveals distinct tissuespecific patterns of DNA methylation associated with atopic dermatitis ［J］.J Invest Dermatol,2014,134 （7）:1873-1883.DOI:10.1038/jid.2014.87.

［9］楊建平,劉益民,朱志良,等.三氯乙烯對人血細胞TNF-α基因啟動區(qū)甲基化影響及其表達水平研究［J］.中國職業(yè)醫(yī)學(xué),2013,40（6）:501-504.DOI:10.11763/j.issn.2095-2619.2013.06.003.

［10］ Chapman VL,Zollinger T,Terranova R,et al.Chemical allergen induced perturbations of the mouse lymph node DNA methylome［J］.Toxicol Sci,2014,139 （2）:350-361.DOI:10.1093/toxsci/kfu047.

［11］ Chapman VL,Terranova R,Moggs JG,et al.Evaluation of 5-methylcytosine and 5-hydroxymethylcytosine as potential biomarkers for characterisation ofchemicalallergens ［J］.Toxicology,2016,340（1）:17-26.DOI:10.1016/j.tox.2015.12.003.

［12］ Prasad R,Katiyar SK.Prostaglandin E2 Promotes UV radiationinduced immune suppression through DNA hypermethylation ［J］.Neoplasia,2013,15（7）:795-804.

［13］宋彪,房思寧,鄭利雄,等.基因組甲基化與慢性蕁麻疹發(fā)病機制間的關(guān)系的初探索［J］.國際醫(yī)藥衛(wèi)生導(dǎo)報,2013,19（15）:2267-2271.DOI:10.3760/cma.j.issn.1007-1245.2013.15.005.

［14］ López-Lera A,Pernia O,López-Trascasa M,et al.Expression of the SERPING1 gene is not regulated by promoter hypermethylation in peripheral blood mononuclear cells from patients with hereditary angioedema due to C1-inhibitor deficiency［J］.Orphanet J Rare Dis,2014,9:103.DOI:10.1186/s13023-014-0103-y.

［15］ Hong X,Wang X.Epigenetics and development of food allergy（FA） in early childhood［J］.Curr Allergy Asthma Rep,2014,14（9）:460.DOI:10.1007/s11882-014-0460-6.

［16］ Martino D,Joo JE,Sexton-Oates A,et al.Epigenome-wide association study reveals longitudinally stable DNA methylation differences in CD4+T cells from children with IgE-mediated food allergy ［J］.Epigenetics,2014,9 （7）:998-1006.DOI:10.4161/epi.28945.

［17］ Song Y,Liu C,Hui Y,et al.Maternal allergy increases susceptibility to offspring allergy in association with Th2-biased epigenetic alterations in a mouse model of peanut allergy ［J］.J Allergy Clin Immunol,2014,134（6）:1339-1345.DOI:10.1016/j.jaci.2014.08.034.

［18］ Martino D,Dang T,Sexton-Oates A,et al.Blood DNA methylation biomarkerspredictclinicalreactivity in foodsensitized infants ［J］.J Allergy Clin Immunol,2015,135 （5）:1319-1328.DOI:10.1016/j.jaci.2014.12.1933.

［19］ Syed A,Garcia MA,Lyu SC,et al.Peanut oral immunotherapy results in increased antigen-induced regulatory T-cell function and hypomethylation of forkhead box protein 3 （FOXP3）［J］.J Allergy Clin Immunol,2014,133 （2）:500-510.DOI:10.1016/j.jaci.2013.12.1037.

［20］ Berni CR,Paparo L,Nocerino R,et al.Differences in DNA methylation profile of Th1 and Th2 cytokine genes are associated with tolerance acquisition in children with IgE-mediated cow′s milk allergy ［J］.Clin Epigenetics,2015,7 （1）:38.DOI:10.1186/s13148-015-0070-8.

［21］ Ruchusatsawat K,Wongpiyabovorn J,Protjaroen P,et al.Parakeratosis in skin is associated with loss of inhibitor of differentiation 4 via promoter methylation［J］.Hum Pathol,2011,42（12）:1878-1887.DOI:10.1016/j.humpath.2011.02.005.

［22］ Swamy RS,Reshamwala N,Hunter T,et al.Epigenetic modifications and improved regulatory T-cell function in subjects undergoing dual sublingual immunotherapy ［J］.J Allergy Clin Immunol,2012,130 （1）:215-224.DOI:10.1016/j.jaci.2012.04.021.

Epigenetic regulation by DNA methylation in allergic reactions

Zhong Weilong*,Dou Xia,Yu Bo.*Department of Dermatovenereology,Peking University Shenzhen Hospital,Shenzhen 518036,China

DNA methylation is an important epigenetic modification that causes heritable changes in gene expressions without alterations in DNA sequences.It has been reported that aberrant DNA methylation may play an important role in the development of allergic reactions,but it is unclear how aberrant DNA methylation patterns play their biological roles in these diseases.This article reviews regulation mechanisms of DNA methylation in the occurrence of common allergic reactions or diseases,such as atopic dermatitis,contact dermatitis,urticaria and food allergy,which may help to better understand genetic regulatory mechanisms and gene-environment interaction in the occurrence of these entities.Moreover,DNA methylation studies may provide new directions in the prevention,diagnosis and management of allergic reactions.

Anaphylaxis;DNA methylation;Epigenomics;Dermatitis,atopic;Dermatitis,contact;Urticaria

s:Yu Bo,Email:yubomd@163.com;Dou Xia,Email:drdouxia@163.com

深圳市科技計劃項目（JCYJ20140415162542993）

Fund program:Shenzhen Municipal Science and Technology Plan Project（JCYJ20140415162542993）

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2016.04.016

于波，Email:yubomd@163.com；竇俠，Email:drdouxia@163.com

本文主要縮稱：AD：特應(yīng)性皮炎，CpG：胞嘧啶-鳥嘌呤，DNMT：DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，TSLP：胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素，TNF：腫瘤壞死因子

2015-08-10）