系統(tǒng)性硬化癥表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展

濮偉霖+郭士成+陳偲玓+王久存

摘 要 系統(tǒng)性硬化癥是一種復(fù)雜的自身免疫性疾病，其病因目前尚不清晰。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳因素參與了多種復(fù)雜疾病的發(fā)病過程。表觀遺傳因素由于同時(shí)受到遺傳和環(huán)境因素的影響，可更深入地解釋疾病發(fā)病相關(guān)機(jī)制。本文介紹系統(tǒng)性硬化癥表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 系統(tǒng)性硬化癥 表觀遺傳學(xué) DNA甲基化

中圖分類號(hào)：R593.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1533（2017）S1-0027-03

Research advances in the studies of systemic sclerosis epigenetics*

PU Weilin**， GUO Shicheng， CHEN Sidi， WANG Jiucun***（School of Life Sciences， Fudan University， Shanghai 200438， China）

ABSTRACT Systemic sclerosis （SSc） is a kind of complex autoimmune disease with different manifestations. The pathogenesis of SSc remains unknown. Multiple studies have revealed that the epigenetic factors are involved in the pathogenesis of many complex diseases. Meanwhile， the pathogenesis of SSc can be deeply understood by the study of the epigenomic status of individuals because it can be influenced by both genetic and environmental factors. This paper summarizes the advances in the studies of SSc epigenetics till now.

KEY WORDS sytemic sclerosis； epigenetics； DNA methylation

系統(tǒng)性硬化癥（sytemic sclerosis， SSc）是一種病因不明的復(fù)雜的自身免疫性疾病。通過應(yīng)用候選基因研究到全基因組關(guān)聯(lián)研究等多類遺傳學(xué)分析方法，目前已發(fā)現(xiàn)大量的遺傳易感因素，但對(duì)疾病易感性的貢獻(xiàn)仍處在較低水平。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳因素參與了SSc等自身免疫性疾病的發(fā)病過程。表觀遺傳因素同時(shí)受到遺傳和環(huán)境因素的影響，是遺傳和環(huán)境在疾病發(fā)生中的交互接口，可驅(qū)動(dòng)具有特定遺傳傾向的個(gè)體發(fā)生自身免疫性疾病。因此，表觀遺傳修飾可在某些方面更深入地解釋疾病發(fā)生及進(jìn)展的過程。本文介紹表觀遺傳現(xiàn)象（包括DNA甲基化、組蛋白修飾和miRNA等）在SSc發(fā)病、進(jìn)展及其診斷、預(yù)后中的作用。

1 DNA甲基化

表觀遺傳修飾異常已被證實(shí)是復(fù)雜疾病發(fā)病機(jī)制中的重要組成部分，作為表觀遺傳修飾中被研究得最為透徹的DNA甲基化首先被聯(lián)想到在SSc的易感性或致病中可能起著重要作用。雖然DNA甲基化在SSc中的研究數(shù)有限，但國際上的SSc研究團(tuán)隊(duì)基本上運(yùn)用了各類前沿技術(shù)以獲取SSc甲基化譜式的特征。2012年Jiang等[1]發(fā)現(xiàn)，SSc患者CD4+ T細(xì)胞中基因TNFSF7啟動(dòng)子區(qū)的去甲基化可促進(jìn)CD70的高表達(dá)，進(jìn)而影響SSc的免疫反應(yīng)。CD4+ T細(xì)胞中CD11a調(diào)控序列的低甲基化可使CD11a過表達(dá)，并介導(dǎo)SSc發(fā)生過程中的免疫應(yīng)答異常及纖維化發(fā)生[2]。此外，對(duì)女性SSc患者，CD4+ T細(xì)胞非活化的X染色體上基因CD40L的低甲基化所導(dǎo)致的CD40L表達(dá)增高可能是SSc在女性中高發(fā)的一個(gè)重要原因[3]。2014年Dees等[4]發(fā)現(xiàn)，基因DKK1和SFRP1啟動(dòng)子區(qū)的異常甲基化參與了SSc中Wnt信號(hào)傳導(dǎo)通路異常的發(fā)生。2015年Altorok等[5]采用methylation450K全基因組甲基化芯片對(duì)配對(duì)的6組SSc患者和健康者的皮膚成纖維細(xì)胞進(jìn)行異常甲基化分析，在彌漫性SSc（diffuse cutaneous systemic sclerosis， dcSSc）和局限性SSc（limited cutaneous systemic sclerosis， lcSSc）患者的皮膚成纖維細(xì)胞中分別鑒定出2 710和1 021個(gè)與健康者有顯著差異的甲基化位點(diǎn)。在所有有差異的甲基化位點(diǎn)中，異常低甲基化位點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高甲基化位點(diǎn)數(shù)，其中在dcSSc和lcSSc患者的皮膚成纖維細(xì)胞中，異常甲基化位點(diǎn)中分別有61%和90%為低甲基化位點(diǎn)。此外，Altorok還觀察到了大量SSc亞型特異性的異常甲基化位點(diǎn)。在dcSSc和lcSSc患者的皮膚成纖維細(xì)胞中均異常的甲基化位點(diǎn)數(shù)僅203個(gè)，涉及118個(gè)低甲基化和6個(gè)高甲基化基因，其中共同低甲基化基因包括ITGA9、ADAM12、COL23A1、COL4A2、MYO1E、RUNX1、RUNX2和RUNX3等，且低甲基化位點(diǎn)多位于基因的body區(qū)和UTR區(qū)?；诓町惣谆虻漠惓Ｐ盘?hào)傳導(dǎo)通路分析顯示，細(xì)胞外基質(zhì)受體的相互作用及黏著斑系統(tǒng)發(fā)生了異常，此與前期的大量研究結(jié)果相吻合。

Lei等[6]采用全基因組甲基化水平定量評(píng)估技術(shù)對(duì)中國的10例SSc患者和12例健康者CD4+ T細(xì)胞的全基因組甲基化水平以及DNA甲基化系統(tǒng)相關(guān)基因表達(dá)進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)SSc患者的DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶-1、甲基化結(jié)合蛋白-3和甲基化結(jié)合蛋白-4的表達(dá)顯著降低，并觀察到甲基化結(jié)合蛋白-4的表達(dá)水平與SSc患者全基因組的DNA甲基化水平顯著相關(guān)。此外，SSc患者CD4+ T細(xì)胞的全基因組甲基化水平顯著低于健康者，與在腫瘤基因組中的現(xiàn)象一致。全基因組甲基化水平對(duì)SSc特異性的甲基化譜式的揭示有助于促進(jìn)SSc的早期診斷、進(jìn)展預(yù)測(cè)及其治療手段的發(fā)展，因此筆者等近期也通過高通量甲基化芯片技術(shù)對(duì)SSc患者的CD4+和CD8+ T細(xì)胞進(jìn)行了甲基化水平研究，發(fā)現(xiàn)SSc患者有多個(gè)與Ⅰ型干擾素相關(guān)的基因同時(shí)呈現(xiàn)低甲基化和高表達(dá)狀態(tài)，提示Ⅰ型干擾素相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)通路可能與SSc的發(fā)生相關(guān)。盡管上述全基因組水平研究已為SSc的甲基化組學(xué)提供了大量數(shù)據(jù)，但高覆蓋率和高分辨率的SSc全基因組甲基化譜式尚未完成，SSc基因組中各種功能原件的精確甲基化譜式也有待進(jìn)一步的研究。

2 組蛋白修飾

Wang等[7]以SSc患者的B細(xì)胞為模型研究了SSc患者全基因組水平的組蛋白修飾變化情況，發(fā)現(xiàn)SSc患者的B細(xì)胞在全基因組水平呈異常的組蛋白H4高乙?；徒M蛋白H3中賴氨酸9低甲基化狀態(tài)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)基因JHDM2A顯著高表達(dá)并伴組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase， HDAC）2、HDAC7和UV39H2低表達(dá)。臨床觀察發(fā)現(xiàn)，全基因組組蛋白H4乙?；c疾病活動(dòng)性正相關(guān)，HDAC2的表達(dá)與皮膚厚度負(fù)相關(guān)。因此，全基因組水平組蛋白修飾的變化可能與SSc的多種臨床表型密切相關(guān)。

對(duì)SSc患者和健康者成纖維細(xì)胞中基因FLI1啟動(dòng)子區(qū)組蛋白H3和H4乙?；降臋z測(cè)結(jié)果顯示，SSc患者成纖維細(xì)胞中的組蛋白H3和H4呈顯著低乙?；癄顟B(tài)[8]。而組蛋白去乙?；前谢虮磉_(dá)受抑制的標(biāo)志，可增強(qiáng)FLI1與DNA的相互作用，使染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得緊密、不利于轉(zhuǎn)錄，從而導(dǎo)致FLI1的低表達(dá)，進(jìn)而使得細(xì)胞外基質(zhì)基因的表達(dá)增高。此研究還發(fā)現(xiàn)，HDAC1和HDAC6在成纖維細(xì)胞中均高表達(dá)，與組蛋白H3和H4的低乙?；癄顟B(tài)相符。由此可見，F(xiàn)LI1的組蛋白去乙?；cSSc的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。

基于在成纖維細(xì)胞中存在組蛋白乙?；惓，F(xiàn)象，研究者開始嘗試使用HDAC抑制劑如曲古抑菌素A（已被廣泛用于脊髓增生異常治療）來進(jìn)行治療。曲古抑菌素A能夠抑制SSc動(dòng)物模型皮膚成纖維細(xì)胞中Ⅰ型膠原的表達(dá)[8]并減少成纖維細(xì)胞數(shù)[9]，減少皮膚纖維化動(dòng)物模型中膠原、細(xì)胞外基質(zhì)和纖連蛋白的累積[10]。有研究顯示，曲古抑菌素A的這種效應(yīng)是通過抑制HDAC7的表達(dá)、進(jìn)而抑制膠原基因COL1A1和COL3A1等的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)的[9，11]。上述各研究表明，組蛋白乙?；阶兓赡茉赟Sc發(fā)病中起著重要作用，而組蛋白乙?；{(diào)控因子則有用于治療SSc的潛力。

3 miRNA

由于miRNA對(duì)多種生理功能具有重要的調(diào)控作用，且miRNA的異常與多種疾病的發(fā)病均有非常重要的關(guān)聯(lián)，因此對(duì)SSc的研究也涉及到對(duì)miRNA的研究。Makino等[12]在miRNA層面對(duì)SSc小鼠模型的膠原沉積及組織纖維化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在dcSSc和lcSSc小鼠模型中均存在let-7a的低表達(dá)現(xiàn)象。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)的let-7a可抑制Ⅲ型膠原蛋白的表達(dá)活性，從而減緩SSc小鼠模型的纖維化進(jìn)程。Honda等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，miR-150的低表達(dá)可促進(jìn)Ⅰ型膠原蛋白的過表達(dá)。Maurer等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，SSc患者的miR-29a呈顯著低表達(dá)狀態(tài)。miR-29a與SSc患者細(xì)胞外基質(zhì)膠原的沉積和組織纖維化密切相關(guān)，可直接降低Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的表達(dá)。此外，β-轉(zhuǎn)化生長因子、血小板源性生長因子B和白介素-4等均可降低miR-29的表達(dá)。因此，miR-29a有望成為SSc治療藥物的作用靶點(diǎn)。另有研究發(fā)現(xiàn)，miR-142在SSc患者血漿游離成分中的水平顯著增高，且與疾病嚴(yán)重程度顯著相關(guān)，提示miR-142有望用作SSc的診斷或輔助診斷標(biāo)志物[15]。

4 結(jié)語

SSc的發(fā)病可能是在長期的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境暴露下通過改變表觀基因（DNA甲基化、組蛋白修飾和miRNA等）并結(jié)合特定易感基因共同作用的結(jié)果。因此，對(duì)SSc致病因素的研究應(yīng)采取同時(shí)結(jié)合表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的研究策略，對(duì)SSc相關(guān)的易感基因變異，包括單核苷酸多態(tài)性、拷貝數(shù)變異、DNA甲基化和組蛋白修飾等，展開多組學(xué)聯(lián)合關(guān)聯(lián)分析，以促進(jìn)對(duì)SSc的發(fā)病機(jī)制有更深入的認(rèn)識(shí)，建立有效的SSc發(fā)病預(yù)測(cè)模型及治療策略。

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