DNA甲基化修飾在Graves病發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

初衛(wèi)江

(萊州市人民醫(yī)院 內(nèi)分泌科,山東 萊州 261400)

Gravers病(Graves' disease,GD)又稱毒性彌漫性甲狀腺腫,是一種常見(jiàn)的自身免疫性甲狀腺疾病。其特點(diǎn)是患者免疫耐受力喪失,自身免疫細(xì)胞對(duì)甲狀腺組織產(chǎn)生攻擊,刺激機(jī)體產(chǎn)生促甲狀腺激素受體(thyroid stimulating hormone receptor,TSHR)抗體,通過(guò)激活TSHR,機(jī)體產(chǎn)生過(guò)量的甲狀腺激素[1]。GD多見(jiàn)于女性,患病的高峰年齡在30～60歲,60歲之后患病率顯著下降[2]。在我國(guó),GD 的發(fā)病率為15～30/10萬(wàn)[3]。GD 的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,易感因素包括環(huán)境因素、內(nèi)源性因素和遺傳因素等,越來(lái)越多的證據(jù)表明表觀遺傳因素在GD發(fā)生發(fā)展中起到重要作用[4]。DNA甲基化是常見(jiàn)的表觀遺傳機(jī)制,在胞嘧啶堿基上共價(jià)加成一個(gè)甲基,隨后轉(zhuǎn)化為5-甲基胞嘧啶,這一過(guò)程主要由DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferases,DNMTs)催化完成。甲基在DNA 上的添加和去除是由特定的染色質(zhì)修飾蛋白調(diào)控的,這是一個(gè)可逆的過(guò)程,并受到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)[5]。本文主要針對(duì)DNA 甲基化在GD 中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 DNA甲基化與基因表達(dá)調(diào)控

異常的DNA 甲基化可導(dǎo)致細(xì)胞增殖失調(diào)、發(fā)育缺陷、自我更新能力受損和免疫調(diào)節(jié)異常等多種生物過(guò)程[6-7]。基因型和表型之間在某些情況下會(huì)存在差距,表型的出現(xiàn)并不局限于細(xì)胞內(nèi)提供的遺傳信息,還受到外部環(huán)境信息變化的影響,隨著時(shí)間推移,在多細(xì)胞水平上表現(xiàn)出來(lái)[8]。因此,當(dāng)分析原始DNA序列以獲取表達(dá)信息時(shí),必須考慮存在于原始DNA序列之外的輔助力量。DNA 甲基化被廣泛認(rèn)為是基因沉默的穩(wěn)定調(diào)節(jié)劑,通過(guò)改變DNA 分子構(gòu)型和染色體結(jié)構(gòu)特性,調(diào)節(jié)遺傳信息的表達(dá)[9]。DNMTs催化DNA 在特定的位置上進(jìn)行甲基化修飾,調(diào)控轉(zhuǎn)錄區(qū)域的CpG 島發(fā)生DNA 甲基化,某些特異性甲基化結(jié)合蛋白會(huì)與CpG 島相結(jié)合,通過(guò)順式作用元件序列保留CpG 島,繼而影響組蛋白修飾,影響相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá),導(dǎo)致疾病的發(fā)生[10]。

2 DNA甲基化與GD的發(fā)病機(jī)制

2.1 DNA甲基化在GD 發(fā)生發(fā)展中的作用

多種因素與GD 的DNA 甲基化改變有關(guān),包括吸煙、碘、丙型肝炎感染、壓力和內(nèi)分泌失調(diào)等[11]。這些因素使DNA 甲基化水平發(fā)生變化,打破了自我耐受調(diào)節(jié)和基因表達(dá)穩(wěn)態(tài)。此外,DNA 甲基化在維持T 細(xì)胞功能中起著至關(guān)重要的作用[12]。當(dāng)維持成熟T 細(xì)胞的DNA 甲基化水平和模式發(fā)生變化時(shí),可導(dǎo)致T 細(xì)胞發(fā)生自身免疫。這可能是由于藥物作用或者有絲分裂期間編碼DNMTs的基因沒(méi)有被激活,從而導(dǎo)致GD 等自身免疫性疾病的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)[13-14],GD 患者中有82 個(gè)高甲基化基因和103 個(gè)低甲基化基因,功能富集分析表明,高甲基化基因主要參與調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)代謝,而低甲基化基因則參與調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡及免疫功能。

2.2 GD相關(guān)免疫因子的異常DNA甲基化

研究發(fā)現(xiàn)[13],與GD 相關(guān)的免疫因子存在異常DNA 甲基化,包括免疫調(diào)節(jié)因子β2 腎上腺素受體(beta2-adrenergic receptor 2,ADRB2)的高甲基化和參與淋巴細(xì)胞活性調(diào)節(jié)的β-1,3-N-乙酰葡糖胺基轉(zhuǎn)移酶(beta-1,3-N-acetylglucosaminyltransferase 2,B3GNT2)基因高甲基化。ADRB2 基因是一種重要的免疫調(diào)節(jié)因子,除輔助性T(T-helper 2,Th2)細(xì)胞外,所有淋巴樣細(xì)胞均表達(dá)ADRB2。去甲腎上腺素和腎上腺素可通過(guò)刺激ADRB2-cAMP-蛋白激酶A通路,選擇性抑制Th1應(yīng)答和細(xì)胞免疫,使Th2向體液免疫的主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)變[15]。在GD 組織樣本中存在Th1和Th2的混合模式,高甲基化的ADRB2基因會(huì)擾亂Th1/Th2細(xì)胞因子平衡,最終使GD 中Th1細(xì)胞的數(shù)量和Th1/Th2細(xì)胞的比例升高,在免疫反應(yīng)期間吸引免疫效應(yīng)物到達(dá)炎癥部位,促進(jìn)炎癥擴(kuò)展,這成為GD 發(fā)病的重要因素[16]。

B3GNT2是聚氨基乳糖的主要合成酶,在免疫系統(tǒng)中高表達(dá),這對(duì)維持免疫耐受,調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能及免疫細(xì)胞的激活、成熟和凋亡具有重要作用[17]。敲除小鼠B3GNT2基因后,免疫細(xì)胞中糖蛋白上的聚氨基乳糖顯著減少,導(dǎo)致免疫細(xì)胞對(duì)刺激具有超敏和高反應(yīng)性,表明聚氨基乳糖對(duì)過(guò)度免疫反應(yīng)的抑制作用[18]。B3GNT2 與免疫相關(guān)的全基因組研究表明,降低B3GNT2表達(dá)的單核苷酸多態(tài)性與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎以及GD 等自身免疫性疾病有關(guān)[19-20]。

2.3 GD與DNMT基因多態(tài)性

研究表明[21-22],DNMT 是自身免疫性疾病的遺傳危險(xiǎn)因素,DNMT1中GG 基因型與DNA 低甲基化和GD 的難治性相關(guān)。Cai等[23]報(bào)道GD 患者DNMT3B基因中的SNP rs2424913和DNMT1基因中的SNP rs2228611 與GD 易感性相關(guān)。SNP rs2424913是DNMT3B 啟動(dòng)子區(qū)的一種多態(tài)性,從等位基因C到等位基因T 的過(guò)渡使體外啟動(dòng)子活性增加30%[24]。等位基因C 的升高表明GD 患者DNMT3B 啟動(dòng)子活性降低。因此,來(lái)自DNMT3B的SNP rs2424913可能與GD 風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。

2.4 Graves眼病與DNA甲基化

Graves眼病是GD 患者最常見(jiàn)的甲狀腺外表現(xiàn),眼眶成纖維細(xì)胞某些基因會(huì)發(fā)生高甲基化或低甲基化,涉及CpG 啟動(dòng)子,從而干擾轉(zhuǎn)錄因子募集[25]。異常的DNA 甲基化修飾可促進(jìn)炎癥反應(yīng),并調(diào)節(jié)參與眼眶成纖維細(xì)胞和脂肪形成的多種信號(hào)分子表達(dá),從而導(dǎo)致眼眶組織纖維化和炎癥浸潤(rùn)[4]。狹縫同源物(slit homolog-2,SLIT2)作為一種軸突導(dǎo)向糖蛋白,由眼眶成纖維細(xì)胞表達(dá),甲狀腺激素可提高其表達(dá)水平。SLIT2在Graves眼病中具有較低的甲基化水平,蛋白聚糖作為自身抗原通過(guò)激活CD4+T 細(xì)胞參與炎癥過(guò)程,抑制纖維細(xì)胞的分化,并顯著增加纖維細(xì)胞產(chǎn)生的炎性因子[26]。這種調(diào)節(jié)眼眶成纖維細(xì)胞炎癥的作用使SLIT2 在調(diào)節(jié)Graves眼病的進(jìn)展中發(fā)揮作用。

3 GD與相關(guān)分子的DNA甲基化

腫瘤壞死因子-α、干擾素、白細(xì)胞介素和細(xì)胞間黏附分子等DNA 甲基化與GD 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),下面逐一探討這些分子的DNA 甲基化修飾在GD 中的作用。

3.1 腫瘤壞死因子-α的DNA甲基化

腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)是一種由Th1淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞和甲狀腺細(xì)胞分泌的炎性細(xì)胞因子,在啟動(dòng)和發(fā)展自身免疫疾病中起著重要作用[27]。研究發(fā)現(xiàn)[28],GD 活動(dòng)期和復(fù)發(fā)期患者TNF-α水平顯著升高,其多個(gè)CpG 位點(diǎn)甲基化水平顯著降低。GD 炎癥過(guò)程啟動(dòng)和加速的共同機(jī)制是Th1細(xì)胞因子/趨化因子軸[29]。Th1細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α,刺激GD 患者甲狀腺細(xì)胞和Graves眼病的眶后細(xì)胞分泌趨化因子C-X-C 配體10(chemokine C-X-C ligand 10,CXCL10)、CXCL9和CXCL11,后者結(jié)合并激活Th1細(xì)胞上的趨化因子3受體,促進(jìn)TNF-α釋放,從而形成正反饋回路,加速受累器官炎癥細(xì)胞的募集和激活[30]。此外,在GD 中,CXCL10介導(dǎo)的Th1細(xì)胞募集主要在疾病的早期階段發(fā)揮作用,活動(dòng)性和復(fù)發(fā)性GD 患者血清CXCL10 水平較高,治療后降低,表明GD 活躍期的啟動(dòng)和復(fù)發(fā)是由Th1淋巴細(xì)胞決定的[29]。

3.2 干擾素的DNA甲基化

干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)由Th1 細(xì)胞分泌,可激活細(xì)胞毒性T 細(xì)胞,并減少Th17分化,從而抑制體液免疫。研究發(fā)現(xiàn)[31],難治性GD 患者IFN-γ啟動(dòng)子區(qū)-54 CpG DNA 甲基化水平明顯高于緩解期GD。這表明IFN-γ啟動(dòng)子DNA 甲基化與GD 嚴(yán)重程度和治療反應(yīng)之間存在關(guān)聯(lián),高水平的DNA 甲基化可能會(huì)抑制IFN-γ的表達(dá),增強(qiáng)Th17的分化,導(dǎo)致難治性GD,INF-γ-54 CpG 的甲基化是GD 難治性的一個(gè)重要表觀遺傳因素。然而,沒(méi)有證據(jù)表明該甲基化水平與甲巰咪唑劑量之間存在相關(guān)性。

此外,IFN-α功能異常也與多種自身免疫性疾病有關(guān),GD 是IFN-α治療病毒性丙型肝炎的常見(jiàn)副作用[32]。Lafontaine等[11]報(bào)道了3 例丙肝患者,接受IFN-α治療8個(gè)月后確診合并GD,這提示IFN-α與GD 發(fā)病有很強(qiáng)的相關(guān)性。CXCL10、CXCL9 以及CXCL11等IFN-α相關(guān)的基因被報(bào)道與自身免疫性疾病有關(guān)[33]。研究發(fā)現(xiàn)[34],Graves 眼病患者的CD4+T 細(xì)胞中IFN-α 相關(guān)基因四肽重復(fù)序列1(tetratricopeptide repeats 1,IFIT1)、干擾素調(diào)節(jié)因子7(interferon regulatory factor 7,IRF7)、粘病毒抗性1(myxovirus resistance 1,MX1)、寡腺苷酸合成酶1(oligoadenylate synthetase 1,OAS1)、泛素特異性蛋白酶18(ubiquitin-specific protease 18,USP18)及含自由基s-腺苷甲硫氨酸結(jié)構(gòu)域蛋白2(radical s-adenosyl methionine domain-containing protein 2,RSAD2)呈低甲基化水平,表明這些基因的DNA 甲基化異常可能參與GD 發(fā)病。

3.3 白細(xì)胞介素的DNA甲基化

白細(xì)胞介素(interleukin,IL)是調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng)功能主要因子之一,可調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活性及免疫應(yīng)答。IL-6參與B 細(xì)胞分化和T 細(xì)胞增殖,并與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β 結(jié)合,誘導(dǎo)Th17 細(xì)胞發(fā)揮促炎作用[35]。研究發(fā)現(xiàn)[36],難治性GD 患者IL-6 水平升高,IL-6啟動(dòng)子區(qū)-664 CpG 位點(diǎn)和666 CPG 位點(diǎn)的DNA 甲基化水平低于健康對(duì)照組和緩解期GD 患者,而外周血中Th17細(xì)胞的比例高于緩解期GD 患者。因此推測(cè)IL-6基因甲基化水平降低可促進(jìn)IL-6產(chǎn)生及Th17分化。研究發(fā)現(xiàn)[31],Th17細(xì)胞的增加參與了頑固性GD 的進(jìn)展,這意味著GD 治療難度的進(jìn)一步增大。

此外,白細(xì)胞介素-2 受體(interleukin-2 receptor,IL-2R)的α亞單位參與T 細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)。T細(xì)胞表面有許多IL-2R 分子表達(dá),IL-2R 啟動(dòng)子區(qū)域的表觀遺傳修飾會(huì)影響該基因的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)[37],GD 患者IL-2R 基因啟動(dòng)子的DNA 甲基化顯著降低,低甲基化可以改變CD4+和CD25+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞上IL-2R 基因的表達(dá),競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合IL-2,通過(guò)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞功能,影響GD 的發(fā)生。

3.4 細(xì)胞間黏附分子-1的DNA甲基化

細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)是一種由內(nèi)皮細(xì)胞、白細(xì)胞和甲狀腺濾泡細(xì)胞表達(dá)的糖蛋白[11]。ICAM-1是人類卵巢癌細(xì)胞中的表觀遺傳沉默基因,通過(guò)啟動(dòng)5-mC 氧化參與DNA 去甲基化[38]。GD 患者中,ICAM-1 在甲狀腺細(xì)胞和外周血中均表達(dá)增加,ICAM-1被認(rèn)為是影響GD 易感性的重要危險(xiǎn)因素[39]。研究發(fā)現(xiàn)[40],GD 患者ICAM-1基因DNA 甲基化水平顯著降低,ICAM-1基因低甲基化會(huì)導(dǎo)致參與GD 炎癥過(guò)程中的多種免疫激活相關(guān)的基因過(guò)表達(dá),從而導(dǎo)致對(duì)甲狀腺細(xì)胞的自身免疫攻擊。ICAM-1 低甲基化還與Graves患者突眼程度及促甲狀腺免疫球蛋白水平呈正相關(guān)[40]。促甲狀腺免疫球蛋白會(huì)特異性增加細(xì)胞表面ICAM-1基因的表達(dá),募集淋巴細(xì)胞到甲狀腺,促進(jìn)自身免疫攻擊。由此表明,ICAM-1 基因DNA甲基化改變?cè)贕D 的發(fā)展中起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)[41],抗ICAM-1單克隆抗體治療,可顯著降低血清甲狀腺素及促甲狀腺激素抗體水平,減緩GD 小鼠的體重減輕程度,這表明ICAM-1 有望成為臨床治療GD 的靶點(diǎn)之一。

4 總結(jié)與展望

綜上所述,DNA 甲基化修飾作為一種常見(jiàn)的表觀遺傳機(jī)制,對(duì)GD 的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生影響。然而,目前表觀遺傳學(xué)研究還處在起步階段,還有很多與GD發(fā)病或患者預(yù)后相關(guān)的DNA 甲基化異?；驎翰幻鞔_。單一基因DNA 甲基化檢測(cè)是否能作為GD 的診斷標(biāo)準(zhǔn),未來(lái)還需進(jìn)一步探索。以DNA 甲基化為切入點(diǎn)研發(fā)治療GD 的新藥物,有望成為未來(lái)的研究新領(lǐng)域,對(duì)該病的治療具有深遠(yuǎn)意義。