組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶在炎癥反應(yīng)中作用機(jī)制的研究進(jìn)展

申秦顥，肖逸雯，胡瑜，程蓓，羅應(yīng)偉

昆明醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，昆明650106

翻譯后修飾是指蛋白質(zhì)在合成之后發(fā)生的共價修飾，是蛋白質(zhì)動態(tài)反應(yīng)以及相互作用的分子基礎(chǔ)，同時也是細(xì)胞信號調(diào)控的重要靶點(diǎn)。組蛋白甲基化修飾是翻譯后修飾的一種，由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（HMTs）所介導(dǎo)。HMTs 分為蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMTs）和蛋白質(zhì)賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PK?MTs），具有位點(diǎn)特異性，并在多種生理活動中發(fā)揮重要作用。炎癥是人體消除有害刺激的基本防御反應(yīng)，但長期慢性炎癥會導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，包括癌癥、動脈粥樣硬化、關(guān)節(jié)炎和牙周炎等。近年來HMTs 與炎癥反應(yīng)之間的相關(guān)性得到了人們的重視，然而其相關(guān)研究仍處于起步階段。本文對HMTs 在炎癥反應(yīng)中的作用機(jī)制作一綜述，為深入研究HMTs在炎癥反應(yīng)中的生物學(xué)作用提供依據(jù)。

1 PRMTs在炎癥反應(yīng)中的作用機(jī)制

1.1 蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶1（PRMT1） PRMT1可催化組蛋白和其他蛋白質(zhì)的甲基化，產(chǎn)生單甲基精氨酸（MMA）和不對稱二甲基化精氨酸（ADMA），屬于Ⅰ型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶。PRMT1 參與調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)活性，是多種細(xì)胞過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，被證明可以在氧化應(yīng)激、炎癥和癌癥中發(fā)揮作用，并參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。白細(xì)胞介素1β（IL-1β）參與誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，而沉默PRMT1 可以通過抑制 GLI 家族鋅指蛋白 1（GLI1）介導(dǎo)的刺猬信號通路，對炎癥軟骨細(xì)胞發(fā)揮抗分解和抗炎作用［1］。

白細(xì)胞介素4（IL-4）通過上皮細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄激活蛋白 6（STAT6）上調(diào) PRMT1 表達(dá)，而 IL-1β 通過NF-κB 信號通路在成纖維細(xì)胞中上調(diào)PRMT1 表達(dá)。在成纖維細(xì)胞與上皮細(xì)胞中，NF-κB抑制劑Raf激酶抑制蛋白（RKIP）和STAT6 抑制劑STAT 蛋白抑制因子1（PIAS1）可以分別抑制炎癥細(xì)胞因子誘導(dǎo)的PRMT1 表達(dá)［2］。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，PRMT1 在急性肺炎組織中表達(dá)顯著上調(diào)，并且主要在上皮細(xì)胞中表達(dá)，而在慢性肺炎組織中PRMT1 主要在成纖維細(xì)胞中高表達(dá)；對肺炎大鼠應(yīng)用PRMT1 抑制劑AMI-1 可減少COX2 生成和體液免疫應(yīng)答，并且減少黏液分泌和 膠 原 生 成 ；提 示 NF-κB 及 JAK-STAT 通 路 是PRMT1的潛在上游通路，其通過上調(diào)PRMT1的表達(dá)參與了成纖維細(xì)胞及上皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)［3］。

PRMT1 抑制劑TC-E5003 可顯著降低脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的NO 生成和炎癥相關(guān)基因表達(dá)，同時可以部分抑制 NF-κB 亞基 p65 和 p50 表達(dá)，激活蛋白 1（AP-1）的核轉(zhuǎn)位［4］。TC-E5003 還可以直接調(diào)節(jié)LPS處理后c-Jun基因的表達(dá)，并且減弱NF-κB抑制因子α（IκBα）活化。因此，TC-E5003 發(fā)揮抗炎作用是通過調(diào)節(jié)PRMT1 介導(dǎo)的AP-1/NF-κB 信號通路實(shí)現(xiàn)的［5］。在LPS 誘導(dǎo)的子宮內(nèi)膜炎大鼠中，ADMA、二甲基精氨酸二甲氨基水解酶2（DDAH2）水平與PRMT1表達(dá)呈正、負(fù)相關(guān)關(guān)系［6］。但是，在炎癥反應(yīng)中PRMT1 如何調(diào)控ADMA 與DDAH2 的平衡仍不清楚。

PRMT1 表達(dá)降低可使IL-1β 和腫瘤壞死因子α（TNF-α）表達(dá)下調(diào)，而抑制核調(diào)節(jié)因子2（NRF-2）可明顯恢復(fù)PRMT1 基因敲除引起的抗炎和抗氧化應(yīng)激作用，提示 NRF-2 是 PRMT1 的下游靶點(diǎn)［7］。但是，髓系特異性PRMT1基因敲除小鼠在盲腸結(jié)扎和穿孔后卻檢測到更多的促炎細(xì)胞因子表達(dá)；后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，PRMT1 通過催化組蛋白H4 位點(diǎn)的甲基化產(chǎn)生ADMA，從而調(diào)控過氧物酶體增殖體激活受體γ（PPARγ）基因表達(dá)，PPARγ 會影響促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生［8］。因此，PRMT1 可以通過多種途徑實(shí)現(xiàn)對炎癥反應(yīng)的精準(zhǔn)調(diào)控，但是仍需進(jìn)一步研究。

1.2 蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶5（PRMT5） PRMT5屬于Ⅱ型PRMTs，主要催化對稱二甲基化精氨酸（SDMA）。炎癥性T 細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（Tregs）之間的平衡在腸道穩(wěn)態(tài)中起重要作用，結(jié)腸炎患者PRMT5 表達(dá)與 Tregs 水平呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，PRMT5 通過增強(qiáng)DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNMT1）與叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子3（Foxp3）啟動子的結(jié)合，從而限制Tregs 分化。敲低PRMT5 表達(dá)可增加Tregs 水平并降低TNF-α、白細(xì)胞介素6（IL-6）和白細(xì)胞介素13（IL-13）水平。因此，PRMT5可以通過破壞炎癥性T細(xì)胞和Tregs之間的平衡來調(diào)節(jié)胃腸道炎癥反應(yīng)［9］。

關(guān)節(jié)炎患者滑膜組織和成纖維樣滑膜細(xì)胞中PRMT5 表達(dá)增加，并且 IL-1β 和 TNF-α 的刺激可以顯著上調(diào)PRMT5表達(dá)，PRMT5抑制劑EPZ015666可降低IL-6、白細(xì)胞介素8（IL-8）生成以及滑膜細(xì)胞增殖；而沉默PRMT5表達(dá)可降低關(guān)節(jié)炎滑膜細(xì)胞的體外遷移和侵襲能力，同時抑制滑膜細(xì)胞中IκBα的磷酸化以及p65、蛋白激酶B（AKT）的核轉(zhuǎn)位［10］。因此，PRMT5 可以通過 NF-κB 和 AKT 信號通路調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。

WEBB 等［4］研究證明，PRMT5 是 CD4 T 淋巴細(xì)胞增殖的重要調(diào)節(jié)因子；在腦脊髓炎小鼠模型中，PRMT5 抑制劑可有效抑制T 淋巴細(xì)胞反應(yīng)，減輕遲發(fā)性超敏反應(yīng)和臨床疾病中的炎癥程度。PRMT5可能是T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥性疾病的一個潛在治療靶點(diǎn)。因此，PRMT5 主要通過介導(dǎo)炎癥性T 淋巴細(xì)胞與 Tregs 之間的平衡以及 NF-κB 和 AKT 信號通路等多種途徑參與炎癥反應(yīng)。

1.3 蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶2（PRMT2）/蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶6（PRMT6） PRMT2 與PRMT6同屬于Ⅰ型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，通過催化組蛋白H3精氨酸2 的不對稱二甲基化（H3R2me2a）來控制各種轉(zhuǎn)錄水平。過表達(dá)PRMT6 可抑制香煙煙霧提取物（CSE）誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）凋亡和炎癥反應(yīng)［11］。有研究采用CSE注射的方法建立肺炎小鼠模型，然后在氣管內(nèi)注入PRMT6 過表達(dá)載體，結(jié)果顯示小鼠的肺形態(tài)計量學(xué)指標(biāo)和肺功能均有改善，并證實(shí)過表達(dá)的PRMT6通過阻斷NF-κB 通路而發(fā)揮抗炎作用［12］。PRMT2 過表達(dá)可以有效抑制血管緊張素Ⅱ（Ang Ⅱ）誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞（VSMC）增殖和炎癥反應(yīng)［13］，但是其作用機(jī)制尚不可知，有待后續(xù)研究闡明。

2 PKMTs在炎癥反應(yīng)中的作用機(jī)制

2.1 SUV39H1 SUV39H1 主要介導(dǎo)H3 賴氨酸9（H3K9）位點(diǎn)的組蛋白甲基化。研究顯示，芳基碳?xì)浠衔锸荏w（AhR）激動劑NOR 通過調(diào)節(jié)AhR/糖酵解軸和隨后的 NAD/SIRT1/SUV39H1/H3K9me3 信號通路來促進(jìn)Tregs 分化，從而延緩結(jié)腸炎的發(fā)展［14］。

在炎癥血管內(nèi)皮細(xì)胞中，γ-干擾素（IFN-γ）可促進(jìn)一氧化氮合酶（NOS）啟動子上CIITA 的占用，而CIITA 可與SUV39H1 相互作用并將其征募到NOS啟動子上，以抑制NOS 轉(zhuǎn)錄。IFN-γ 處理也可以提高內(nèi)皮細(xì)胞中SUV39H1 表達(dá)，并促進(jìn)SUV39H1 募集到NOS 啟動子，通過從NOS 啟動子中沉默SUV39H1，可以消除 IFN-γ 對 NOS 的抑制作用?？傊?，在血管炎癥反應(yīng)中，SUV39H1 通過抑制下游靶基因NOS的轉(zhuǎn)錄而發(fā)揮抗炎作用［15］。

慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者外周血單個核細(xì)胞（PBMC）和原代人小氣道上皮細(xì)胞（HSAEPCs）中SUV39H1 表達(dá)均降低，敲除SUV39H1 基因可復(fù)制COPD 的炎癥模式，而SUV39H1在HSAEPCs 中的過表達(dá)可抑制炎癥發(fā)展。在COPD 小鼠中，毛殼素（chaetocin）可抑制H3K9me3及SUV39H1表達(dá)，并增強(qiáng)炎癥反應(yīng)［16］。因此，SUV39H1 在表觀遺傳上調(diào)控著一組獨(dú)特的促炎細(xì)胞因子，SUV39H1 及其調(diào)控通路將成為COPD 的潛在治療靶點(diǎn)，但是其具體的作用機(jī)制目前相關(guān)研究較少。

SANTOS-BARRIOPEDRO 等［17］發(fā)現(xiàn)，沉默信息調(diào) 節(jié) 因 子 6（SIRT6）可 與 SUV39H1 結(jié) 合 ，并 在SUV39H1 的預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)域誘導(dǎo)保守的半胱氨酸泛素化。當(dāng) NF-κB 激活后，SUV39H1 信號從 IκBα 位點(diǎn)釋放出來，從而抑制NF-κB 通路激活，發(fā)揮抗炎作用。因此，SUV39H1 主要通過調(diào)節(jié)Tregs 分化、NF-κB信號通路及其下游靶基因NOS的轉(zhuǎn)錄等途徑參與炎癥反應(yīng)的發(fā)生與發(fā)展。

2.2 SETDB1 SETDB1 可催化 H3K9 甲基化，在炎癥性腸病中SETDB1 缺失可通過調(diào)控內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒，不可逆轉(zhuǎn)地破壞上皮屏障的動態(tài)平衡，從而促進(jìn)腸道炎癥［18］。研究顯示，SETDB1 在控制腸上皮細(xì)胞的炎癥狀態(tài)過程中發(fā)揮重要作用［19］。未來迫切需要研究靶向SETDB1 治療炎癥性腸病的應(yīng)用潛力及作用機(jī)制。

在骨關(guān)節(jié)炎（OA）的發(fā)病過程中，間充質(zhì)特異性敲除SETDB1 可導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞異位肥大和終末分化，在ATDC5 細(xì)胞及Meckel 軟骨細(xì)胞中敲除SETDB1會導(dǎo)致軟骨生成基因表達(dá)降低［20］。YAHIRO等［21］發(fā)現(xiàn)，SETDB1 缺失會促進(jìn) BMP 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，而BMP 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)增強(qiáng)與OA 軟骨的異常發(fā)育密切相關(guān)。以上提示，沉默SETDB1 可能是通過BMP 信號通路調(diào)控軟骨的異常表型。因此，SETDB1 對于正常關(guān)節(jié)軟骨的維持及緩解OA 的病理發(fā)展至關(guān)重要。但令人意外的是，在OA 軟骨下骨中SETDB1表達(dá)顯著升高，提示SETDB1 的調(diào)控機(jī)制仍需進(jìn)一步研究［22］。

2.3 SET8 SET8是現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)惟一能夠特異性單甲基化H4K20 的PKMTs，其在多種細(xì)胞信號通路中發(fā)揮重要作用。在神經(jīng)炎性疾病中，LPS 刺激小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞（BV-2 細(xì)胞）后，SET8 下游靶點(diǎn)激活轉(zhuǎn)錄因子2（ATF2）富集在Toll 樣受體銜接分子2（TICAM-2）的啟動子區(qū)域，從而促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄。簡而言之，SET8 可以與ATF2 相互作用，以調(diào)節(jié)TICAM-2表達(dá)。另外，SET8在結(jié)核分枝桿菌感染過程中被高度誘導(dǎo)，其通過誘導(dǎo)NADH 醌氧化還原酶1（NQO1）和硫氧還蛋白還原酶1（TRXR1）參與炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)［22］。SET8 和轉(zhuǎn)錄因子 FOXO3 一方面介導(dǎo)NQO1，誘導(dǎo)抗炎的M2 型巨噬細(xì)胞表型，另一方面協(xié)助TRXR1 抑制腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（TRAIL）誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［23］。因此，SET8 可通過調(diào)控內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒、BMP信號通路、TICAM-2轉(zhuǎn)錄水平、NQO1 與TRXR1 的表達(dá)等機(jī)制參與多種炎癥反應(yīng)的病理過程。

2.4 ZEST 同源增強(qiáng)子 2（EZH2） EZH2 屬于多梳抑制性復(fù)合物2（PRC2）的催化亞單位，可甲基化組蛋白 H3 第 27 位賴氨酸。EZH2 抑制劑 EPZ-6438 可以通過調(diào)節(jié)干擾素調(diào)節(jié)因子1（IRF1）、干擾素調(diào)節(jié)因子8（IRF8）和轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活蛋白2（STAT2），在下游炎癥基因啟動子位點(diǎn)水平調(diào)節(jié)炎癥基因表達(dá)。ARIFUZZAMAN 等［23］認(rèn)為，在小膠質(zhì)細(xì)胞中抑制EZH2 表達(dá)可能是治療與小膠質(zhì)細(xì)胞激活相關(guān)的神經(jīng)炎性疾病的一種方法。然而相悖的觀點(diǎn)是，EZH2 缺乏可以直接刺激細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3（SOCS3）表達(dá)，從而增強(qiáng)Lys48 連接的泛素化和腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子降解，而SOCS3沉默可逆轉(zhuǎn)Ezh2 敲除小鼠的自身免疫性炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步說明了Ezh2對SOCS3的功能依賴性［24］。

在胃腸道炎癥研究中發(fā)現(xiàn)，促炎細(xì)胞因子IL-6可消除FOXP3 與EZH2 的相互作用，而不穩(wěn)定的FOXP3-EZH2 蛋白相互作用可能通過隨后的Tregs異常驅(qū)動胃腸道炎癥反應(yīng)［25］。敲低EZH2 在顯著激活JNK通路的同時，可增加腸道炎癥因子的表達(dá)，包括 TNF-α、IL-8、CC 類趨化因子配體 5（CCL5）［26］。但是ZHOU 等［27］的觀點(diǎn)與以上觀點(diǎn)相悖，該研究認(rèn)為抑制EZH2 活性可促進(jìn)造血干細(xì)胞在體外生成骨髓來源的抑制性細(xì)胞（MDSCs），從而改善腸道炎癥反應(yīng)。

研究顯示，在上皮細(xì)胞中敲除EZH2 基因可激活 NF-κB，并誘導(dǎo)隨后的血管炎癥反應(yīng)［28］。同樣LIU 等［29］發(fā)現(xiàn)，EZH2 缺乏可增強(qiáng)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子 2（TRAF2）表達(dá)，從而增強(qiáng) TNF-α 誘導(dǎo)的NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。分析原因，可能是抑制EZH2可導(dǎo)致炎癥程序被放大化，其中涉及到NF-κB 和PRC2調(diào)節(jié)的染色質(zhì)中駐留基因的信號傳遞［30］。在牙髓炎模型中，過表達(dá)EZH2 會顯著下調(diào)牙髓炎中炎癥因子表達(dá)，包括IL-6、IL-8、IL-15、CC 類趨化因子配體2（CCL2），提示EZH2 在牙髓炎的發(fā)生發(fā)展中具有重要的調(diào)節(jié)作用［31］。

EZH2 可以增加腹膜炎發(fā)病過程中腹膜間皮細(xì)胞（HPMCs）miR-142 基因啟動子上的三甲基化，從而抑制 miR-142 表達(dá)。EZH2 依靠 miR-142 與其靶基因缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）mRNA 結(jié)合，從而調(diào)控HIF-1α 表達(dá)。但是有研究發(fā)現(xiàn)，抑制miR-142 表達(dá)可逆轉(zhuǎn)EZH2 抑制劑GSK343 對炎癥和纖維化的抑制作用［32］。而在肝炎小鼠中，抑制EZH2 可以降低小鼠炎癥細(xì)胞因子和纖維化標(biāo)志物的mRNA 表達(dá)［33］。因此，現(xiàn)有的研究結(jié)果均提示EZH2 在多種炎癥反應(yīng)中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，然而其在炎癥反應(yīng)中到底是抗炎還是促炎作用仍存在很大爭議。

2.5 其他 PKMTs G9a 又稱 EHMT2 或者 KMT1C，是常染色質(zhì)主要的甲基轉(zhuǎn)移酶之一，可以甲基化組蛋白H3K9 和H3K27 位點(diǎn)。在血管炎癥反應(yīng)中，抑制G9a 表達(dá)會導(dǎo)致H3K9me2 表達(dá)減少，從而增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB 和AP-1 在其下游炎癥基因上的結(jié)合，誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞的炎癥反應(yīng)［34］。在腸炎的發(fā)病過程中，G9a 介導(dǎo)的H3K9me2 可抑制輔助性T 細(xì)胞17（Th17）和Tregs 的體內(nèi)外分化。研究顯示，G9a 介導(dǎo)的H3K9me2是一個穩(wěn)定的表觀遺傳檢查點(diǎn)，可通過限制染色質(zhì)的可及性和轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGF-β1）反應(yīng)性來調(diào)節(jié)Th17 和Tregs 分化，提示G9a 可能通過介導(dǎo) TGF-β1調(diào)節(jié) Th17 與 Tregs 的平衡，從而參與調(diào)控胃腸道炎癥反應(yīng)［35］。

組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶MLL1 主要甲基化H3K4 位點(diǎn)。CARSON 等［36］發(fā)現(xiàn)，MLL1基因敲除小鼠的骨髓來源巨噬細(xì)胞中促炎基因表達(dá)顯著降低，同時組蛋白甲基化激活也明顯減少，且MLL1 缺陷的巨噬細(xì)胞在體外也表現(xiàn)出更強(qiáng)的吞噬和殺菌活性；后續(xù)的機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，MLL1 基因敲除的巨噬細(xì)胞在轉(zhuǎn)錄激活蛋白4（STAT4）啟動子中的組蛋白甲基化活性降低，提示MLL1可以通過JAK/STAT信號通路調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。

綜上所述，HMTs 與炎癥反應(yīng)之間存在相關(guān)性，對于從表觀遺傳學(xué)層面解釋炎癥反應(yīng)發(fā)生的病理生理機(jī)制具有重要的啟示作用，但根據(jù)目前相關(guān)的基礎(chǔ)研究，尚難以確定HMTs 與各種炎癥疾病之間的因果關(guān)系和確切的機(jī)制。HMTs 抑制劑的開發(fā)是近年來分子生物學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，但是由于測定方法的差異性以及效價數(shù)據(jù)缺乏一致性等原因，使得HMTs 抑制劑的研發(fā)仍然存在許多問題，如今大多數(shù)HMTs 抑制劑缺乏較高的特異性、有效性和生物利用度。未來需開發(fā)出新的具有良好藥理作用的HMTs 抑制劑，以滿足進(jìn)一步的生物學(xué)機(jī)制研究和臨床治療的需要。