IgA腎病的表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展

王秋霞，綜述，王 蔚△

(1．遵義醫(yī)科大學(xué)，貴州 遵義 563000; 2．四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院，四川 成都 610072)

IgA腎病(IgA Nephropathy, IgAN)作為一種最常見的原發(fā)性腎小球腎炎，在我國(guó)腎活檢中占了原發(fā)性腎小球腎炎的32%～54%[1]。目前發(fā)現(xiàn)有含IgA1的免疫復(fù)合物在IgAN患者腎小球系膜區(qū)沉積，這些IgA1系存在O-糖化異常，稱為半乳糖化缺陷的IgA1(galactose-deficient IgA1, Gd-IgA1)。Gd-IgA1被機(jī)體內(nèi)某些抗體識(shí)別并特異性結(jié)合形成免疫復(fù)合物，沉積于腎小球系膜區(qū)，通過激活系膜細(xì)胞，或通過凝集素途徑等激活補(bǔ)體從而導(dǎo)致腎臟損傷，目前這個(gè)關(guān)于IgAN發(fā)病機(jī)制的多重打擊學(xué)說已被廣泛認(rèn)可[2]。但關(guān)于IgAN的具體發(fā)病機(jī)制仍未研究清楚。隨著表觀遺傳學(xué)在各類疾病中的提出，研究發(fā)現(xiàn)了表觀遺傳學(xué)特別是DNA甲基化在IgAN發(fā)病機(jī)制中的重要作用[3]。表觀遺傳學(xué)是指DNA序列尚未發(fā)生改變，但生物表型發(fā)生了可遺傳性改變，其主要機(jī)制包括DNA甲基化、組蛋白甲基化、MicroRNA調(diào)控等[4, 5]。本文對(duì)表觀遺傳學(xué)，主要是DNA甲基化在IgAN中的研究做一綜述。

1 DNA甲基化

1.1 DNA甲基化的概述DNA甲基化作為表觀遺傳機(jī)制中主要的調(diào)控方式，是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase, DNMT)的作用下，DNA序列上CpG二核苷酸胞嘧啶上的第5位碳原子通過共價(jià)鍵結(jié)合的方式從甲基供體S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine, SAM)得到一個(gè)甲基基團(tuán)的過程，該反應(yīng)的產(chǎn)物稱5-甲基胞嘧啶(5-mC)[6]。DNA甲基化與基因沉默有關(guān)，啟動(dòng)子區(qū)或非啟動(dòng)子區(qū)的CpG序列甲基化可抑制啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合或被甲基CpG結(jié)合域(methyl CpG binding domain, MBD)識(shí)別并結(jié)合從而直接或間接抑制基因表達(dá)[7]。目前,DNA甲基化的研究主要以特異位點(diǎn)的DNA甲基化以及全基因組DNA甲基化為主。一般從兩方面行DNA甲基化檢測(cè)，首先分離甲基化的DNA，其次利用PCR、基因測(cè)序、基因芯片等對(duì)甲基化位點(diǎn)行定位、定量檢測(cè)[8, 9]。

1.2 DNA甲基化與IgA腎病

1.2.1COSMC 和 C1GALT1 研究發(fā)現(xiàn)，核心1,3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶(core 1β3-galactosyltransferase1/T-synthase，C1GALTl)與其分子伴侶COSMC在β分子1，3糖基化過程中有著重要作用。功能正常的COSMC可以使C1GALT1發(fā)揮活性作用，使β1，3半乳糖基連接到N-乙酰半乳糖胺末端，當(dāng)COSMC功能異常時(shí)，C1GALT1的活性降低或者喪失而導(dǎo)致糖基化的異常[10]。即COSMC是C1GALT1發(fā)揮酶學(xué)活性的特異蛋白。

COSMC是蛋白質(zhì)O-糖基化所必需的分子伴侶。在IgAN中，COSMC表達(dá)降低與IgA1分子的異常糖基化有關(guān)。Sun等研究發(fā)現(xiàn)COSMC啟動(dòng)子區(qū)CpG的甲基化狀態(tài)可能與其調(diào)控蛋白的表達(dá)下調(diào)有關(guān)[11]，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)與健康受試者相比，IgAN患者的白細(xì)胞介素4(IL-4)能顯著增加B淋巴細(xì)胞中COSMC啟動(dòng)子的甲基化。在IgAN組，COSMC DNA甲基化水平和COSMC mRNA表達(dá)水平之間存在顯著的負(fù)相關(guān)性，揭示甲基化程度可能是調(diào)節(jié)mRNA水平的關(guān)鍵因素。

1.2.2DUSP3和TRIM27低甲基化 在真核細(xì)胞中，胞嘧啶甲基化導(dǎo)致染色質(zhì)狀態(tài)的改變，可使基因表達(dá)下調(diào)或沉默，基因的異常沉默或表達(dá)下調(diào)會(huì)破壞許多參與生理性腎細(xì)胞功能的關(guān)鍵途徑，從而導(dǎo)致疾病發(fā)生[12]。對(duì)IgAN患者進(jìn)行全基因組DNA甲基化篩查提示，IgAN患者CD4+T細(xì)胞中編碼DUSP3(Dual Specificity Phosphatase 3)和TRIM27(Tripartite Motif Containing 27)的DNA區(qū)域發(fā)生低甲基化，導(dǎo)致編碼基因的過度表達(dá)。

DUSP-3也稱為痘苗H1相關(guān)(Vaccinia H1-Related,VHR)磷酸酶，由DUSP3基因編碼，是雙特異性蛋白磷酸酶中相對(duì)較小的成員。體外研究表明，DUSP3在多個(gè)細(xì)胞系中是ERK和JNK信號(hào)通路的負(fù)調(diào)控因子[13]。DUSP3使參與細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和存活的ERK1和ERK2去磷酸化，而失去活性。在T細(xì)胞中，VHR通過CD28和T細(xì)胞抗原受體(TCR)的相互作用來抑制JNK和ERK的活化[14]。

TRIM27被認(rèn)為是CD4+T細(xì)胞的負(fù)調(diào)節(jié)因子。其作為E3泛素連接酶，負(fù)責(zé)通過賴氨酸48的多泛素化使Ⅱ類磷脂酰肌醇3激酶C2β(Class II Phosphatidylinositol 3 Kinase C2β, PI3KC2β)失去活性。同時(shí)，TRIM27通過抑制PI3KC2β的作用，抑制KCa3.1通道(KCa3.1 K+channel)活性、TCR刺激性鈣內(nèi)流以及細(xì)胞因子的產(chǎn)生，對(duì)CD4+T細(xì)胞有抑制作用。因此TRIM27對(duì)于外周T細(xì)胞的T細(xì)胞受體信號(hào)傳遞以及T細(xì)胞的發(fā)育和存活都很重要[15]。

1.2.3VTRNA2-1高甲基化 編碼VTRNA2-1(Vault RNA 2-1)的DNA高甲基化，導(dǎo)致其表達(dá)下調(diào)。VTRNA2-1的基因產(chǎn)物是一個(gè)非編碼庫RNA，被鑒定為microRNA-886(Pre-miR-886)的前體。因VTRNA2-1高甲基化所引起的Pre-miR-886水平低表達(dá)，同時(shí)與依賴RNA激活的蛋白激酶 (Protein Kinase RNA-Activated, PKR)共同作用，導(dǎo)致CD3/CD28 TCR的激活以及CD4+T細(xì)胞的增殖率均降低。此外，由于VTRNA2-1表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(Transforming Growth Factor β, TGFβ)的表達(dá)增加，可降低CD3/CD28激活的效果，阻礙正常的鈣離子內(nèi)流，從而在促進(jìn)T細(xì)胞無活性狀態(tài)的同時(shí)，還抑制TCR的活性、抑制CD4+T細(xì)胞的活性[16]。

有研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)與IgAN發(fā)病相關(guān)，它參與了IgA和IgG2的轉(zhuǎn)換以及促進(jìn)B細(xì)胞中IgA1和IgA2分泌的增加[16, 17]。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β過度表達(dá)導(dǎo)致IgA-IgG2的轉(zhuǎn)換有利于IgA的產(chǎn)生，同時(shí)在這些患者的系膜區(qū)還發(fā)現(xiàn)了IgG1和IgG3分子[16]。然而由于涉及的免疫病理范圍廣泛，要闡明清楚之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系需要做更多的研究來確定異常DNA甲基化通過免疫紊亂參與IgAN的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。

2 組蛋白甲基化

2.1 組蛋白甲基化概念組蛋白甲基化控制基因轉(zhuǎn)錄主要是通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。H3K4me3位點(diǎn)可被某些轉(zhuǎn)錄激活效應(yīng)蛋白識(shí)別并促進(jìn)基因表達(dá)，與基因激活有關(guān)。大多數(shù)人類基因啟動(dòng)子位于非甲基化的CpG島中。有人認(rèn)為是CpG島(CpG islands, CGIs)與CXXC指蛋白1(CFP1)和其他CpG結(jié)合蛋白相互作用，從而在H3K4的三甲基化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[18]。研究發(fā)現(xiàn)，在IgAN患者中發(fā)現(xiàn)FCRL4、GALK2、PTPRN2、IL1RAPL1這幾個(gè)部位呈現(xiàn)異常的H3K4me3水平[19]。

2.2 組蛋白甲基化與IgA腎病

2.2.1FCRL4 和半乳糖激酶2(GALK2) 在IgAN患者外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMC)中，Qi等研究發(fā)現(xiàn)Fc受體4(FCRL4)和GALK2的H3K4me3積聚較正常對(duì)照組更多[19]。Fc受體4可與IgA分子結(jié)合。已有研究表明，F(xiàn)cα受體I(FcαRI)在IgAN患者可與IgA結(jié)合形成復(fù)合物參與IgAN的發(fā)病[20]。因此，可以推測(cè)FCRL4糖蛋白在IgAN發(fā)病機(jī)制中可能與FcαRI具有相似的功能，從而參與IgA腎病的發(fā)病。

GALK2也系N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)激酶，盡管它最有利的底物是GalNAc，但這種酶亦可將α-d-半乳糖催化為1-磷酸半乳糖[21]。IgA1鉸鏈區(qū)O-連接多糖的生物合成從添加GalNAc開始，并隨著半乳糖的添加而繼續(xù)[22]，研究認(rèn)為當(dāng)GALK2激活增強(qiáng)可以誘導(dǎo)低濃度的半乳糖，導(dǎo)致IgA1的半乳糖化不足[19]，而產(chǎn)生O糖鏈半乳糖缺失的IgA1，從而參與到IgA腎病的發(fā)病。

2.2.2PTPRN2和IL1RAPL1 Qi等還在IgA腎病患者中發(fā)現(xiàn)低H3K4me3水平的PTPRN2和IL1RAPL1，PTPN2屬于蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)家族，與蛋白酪氨酸激酶(PTK)作用相反[19]。因?yàn)橐恍㏄TK可能參與了由免疫介導(dǎo)的IgA腎病的發(fā)病過程[23]，由此推測(cè)PTPN2表達(dá)下調(diào)可能在IgAN進(jìn)展中起了一定作用。而IL1RAPL1是IL-1受體(IL1R)家族的一個(gè)成員，盡管其H3K4me3水平很低，但它在IgAN患者中表達(dá)上調(diào)，這可能是由其他表觀遺傳機(jī)制共同調(diào)控的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)IL-1細(xì)胞因子家族成員似乎與IgAN的病情進(jìn)展有關(guān)[24]。由于IL-1家族成員的活動(dòng)是由IL-1Rs介導(dǎo)的，因此研究推測(cè)IL1RAPL1的高水平表達(dá)可能與疾病進(jìn)展有關(guān)。

目前已發(fā)現(xiàn)在IgAN患者中H3K4me3模式存在顯著差異，PTPRN2、IL1RAPL1、FCRL4以及GALK2等很有可能參與了IgA腎病的發(fā)病機(jī)制。但是由它們介導(dǎo)的確切機(jī)制仍未明確，還需開展更進(jìn)一步的研究。

3 MicroRNA(miRNA)

3.1 miRNA的概念miRNAs是一種小分子單鏈非編碼RNA，可與目標(biāo)mRNA的3′非翻譯區(qū)(3′-UTR)結(jié)合，負(fù)調(diào)控蛋白質(zhì)的生產(chǎn)[25]。在過去的幾年里，關(guān)于miRNAs在IgA腎病領(lǐng)域的研究取得了很大進(jìn)展，有望成為疾病的非侵入性生物學(xué)標(biāo)志物。

3.2 miRNA和IgA腎病miRNA能通過控制免疫反應(yīng)進(jìn)而參與IgA腎病的發(fā)病。目前研究已證實(shí)miR-418b, miR-148b, miR-150-5p, miR-200c, miR-192, miR-185, miR-133a, miR-133b, miR-29c等與IgA腎病的發(fā)病相關(guān)[26～28]。如miR-148b, Serino等研究發(fā)現(xiàn)IgA腎病患者miR-148b水平明顯高于正常對(duì)照組, miR-148b可調(diào)控C1GALT1的表達(dá)下降而影響IgA1的O-糖化過程，間接影響IgA腎病的發(fā)病[28]。Pawluczyk等研究發(fā)現(xiàn)miR-150-5p存在于淋巴浸潤(rùn)中，增生和纖維化區(qū)域與已知的進(jìn)展驅(qū)動(dòng)因素一致，因此，miR-150-5p 可能是腎纖維化的潛在功能介質(zhì)，對(duì)預(yù)測(cè)IgA腎病和其他腎臟疾病的進(jìn)展具有一定價(jià)值[27]。

4 總結(jié)與展望

目前IgAN發(fā)病機(jī)制仍未闡明，隨著表觀遺傳學(xué)的提出，越來越多關(guān)于IgAN發(fā)病機(jī)制的研究指向表觀遺傳，特別是DNA甲基化越來越成為熱點(diǎn)。研究證明DNA甲基化的異常與IgAN的發(fā)生發(fā)展是有相關(guān)性的。在IgAN患者CD4+T細(xì)胞中，DUSP-3和TRIM27甲基化水平較低，而VTRNA2-1甲基化水平較高。這些修飾導(dǎo)致DUSP-3和TRIM27過度表達(dá)，VTRNA2-1表達(dá)下降。這3個(gè)基因均可在T細(xì)胞激活、增殖、分化以及細(xì)胞因子產(chǎn)生等生理過程中起著調(diào)節(jié)作用。此外，COSMC啟動(dòng)子的甲基化狀態(tài)可能決定了COSMC mRNA的表達(dá)，其表達(dá)降低與IgA1異常糖基化有關(guān)，證明COSMC的異常甲基化狀態(tài)在IgAN的發(fā)病過程中也有一定作用。

未來仍需進(jìn)行大量試驗(yàn)研究，去探索IgAN的發(fā)病機(jī)制，我們期待在新的特異性生物學(xué)指標(biāo)以及潛在疾病特異性治療靶點(diǎn)上有新突破。