系统性红斑狼疮的表观遗传学发病机制

李正风，王红梅

（1.天津中医药大学，天津300193；2.天津市中医药研究院附属医院，天津300120）

系统性红斑狼疮（Systemic lupus erythematosus，SLE）的确切病因及发病机理尚不明确，本病女性好发，有遗传倾向。越来越多的研究表明表观遗传机制，特别是DNA 低甲基化在调控T 细胞自身免疫相关基因表达及SLE 发病中起着十分重要的作用。

表观遗传学通常被定义为DNA 的序列不发生变化，但是基因表达却发生了可遗传的改变，也就是说基因型未变化而表型却发生了改变，这种变化是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质的改变，并且这种改变在发育和细胞增殖的过程中能稳定的传递下去。表观遗传修饰主要包括DNA 甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA 调控。

1 DNA 甲基化

DNA 的甲基化是指真核生物DNA 双螺旋胞嘧啶核苷的嘧啶环5 位甲基化，并与其3′的鸟嘌呤形成5′mCpG3′。其与脊柱动物和一些植物的发育过程中染色质结构的变化以及某些特定基因的沉默及病毒基因组的抑制有关。DNA 甲基化修饰可在不改变基因核苷酸序列条件下调控基因表达水平。DNA甲基化修饰在机体的生理和病理过程中发挥重要的调控作用。

第一次把DNA 甲基化改变和系统性红斑狼疮联系到一起是大约20 年前，从活动期SLE 患者的T 细胞中发现大部分DNA 甲基化减低[1]。有研究表明T 细胞DNA 低甲基化与狼疮病人的活动性有关[2]。进一步研究表明低甲基化基因特别是一些甲基化敏感的与自身反应性相关的基因，在SLE 发病机制起着至关重要的作用[3]，这些基因包括CD11a（ITGAL），perforin（PRF1），CD70（TNFSF7），和CD40LG（TNFSF5）。

CD11a 是淋巴细胞功能相关抗原-1（Lymphocyte function associated antigen-1，LFA-1）的亚基，研究表明LFA-1 过度表达形成的自身反应性T 细胞可在小鼠体内诱发狼疮样疾病，而采用抗鼠LFA-1 单克隆抗体治疗狼疮鼠可减少其自身抗体的产生，阻抑自身免疫反应的发展，缓解狼疮肾炎的症状[4]。此外，敲除MRL/lpr 狼疮肾炎小鼠的LFA-1 基因亦可使其病情得到显著改善[5]。由此可见，LFA-1 过度表达导致机体自身免疫反应的发生，在SLE 的发病中起着不容忽视的作用。Perforin（穿孔素）属于成孔蛋白，是一种孔隙形成的细胞毒性分子，主要表达于CD8+T 细胞、NK 细胞和λδ 细胞，通过在靶细胞膜上形成多聚穿孔素管状通道，导致靶细胞渗透压改变而溶解破裂。CD4+T 细胞活动期表达穿孔素的水平明显高于静止期狼疮患者及健康人群。穿孔素基因是低甲基化和蛋白的过度表达，具有靶细胞和杀伤自体单核细胞的能力[6]。用DNA 甲基化抑制剂处理正常的CD4+T 细胞产生同样的低甲基化和穿孔素的过表达[7]。CD70 是TNF-α 超家族成员之一，抑制活化的T 细胞、B 细胞和成熟的树突状细胞。其由B 细胞共刺激分子的TNFSF7 基因编码，存在于正常暴露的DNA 甲基化抑制剂的CD4+T 细胞，也在狼疮的CD4+T 细胞去甲基化上游序列的启动子中高表达[8-9]。另外这些细胞表面分子，IL-4 和IL-6 基因启动子在狼疮T 细胞也表现为低甲基化，伴随IL-4 和IL-6 的表达与疾病的严重程度相关[10]。

DNA 甲基化模式是由3 种不同的DNA 甲基转移酶，即DNMT1，DNMT3A 和DNMT3B 调节。DNA甲基转移酶1（DNA methyltransferase1，DNMT1）是维持DNA 甲基化水平最重要的酶[11]，其表达水平的高低可以影响众多基因启动子的甲基化水平，进而影响到基因的表达水平[12]。DNMT1 在活动性狼疮患者T 细胞有较低的表达[13]。自身反应性T 细胞的DNA 甲基化抑制剂可诱发狼疮样自身免疫性疾病，而DNMT1 抑制剂普鲁卡因胺[14]产生细胞DNA低甲基化[15-16]。在亚急性皮肤红斑狼疮，DNMT1 和DNMT3A mRNA 水平，在CD4+T 细胞有显著的下调，DNMT1 与DNA 甲基化的表达呈正相关[17]。然而，Balada 等[18]研究SLE 患者CD4+T 细胞转录水平的DNMT1，DNMT3A，DNMT3B 患者与患者之间没有发现差异。此外，在一些活动性的SLE 患者中一个或多个DNA 甲基转移酶增加。有矛盾的证据表明，在一些SLE 病例中不是必须表达，在子宫内膜异位症、白血病等疾病中DNMT 表达的独立因素归因于DNA 低甲基化。大量研究表明DNA 低甲基化异常修饰是导致SLE 患者CD4+T 细胞异常活化，过度刺激B 细胞产生大量自身抗体的关键分子机制之一[19-21]。张轶群[22]发现SLE 患者CD4+T 细胞中基因PPARG、MALT1mRNA 表达水平上升，其启动子区DNA 高羟甲基化可能是导致此异常改变的关键所在。

有研究发现，DNA 甲基化转移酶的表达可通过ras-有丝分裂原活化的蛋白激酶途径的信号转导来调节[23]。抑制c-junNH2 末端激酶或细胞外信号调节激酶（ERK）途径均可减少DNMT1 和DNMT3A 的表达。狼疮T 细胞c-junNH2 末端激酶信号途径正常，而ERK 途径的信号减少，且直接和疾病活动性相关。用选择性的有丝分裂原活化蛋白/细胞外信号调节激酶抑制剂PD98059 抑制正常T 细胞ERK 途径，可减少T 细胞DNMT1mRNA 和酶活性以及诱导DNA 低甲基化至狼疮T 细胞的水平[24]，使T 细胞具有自身反应性，促使抗DNA 抗体的产生。肼苯哒嗪是ERK 信号途径的抑制剂，在Jurkat 细胞和正常T细胞经十四烷酰佛波醇乙酯刺激后，肼苯哒嗪可抑制这些细胞中的ERK 信号的磷酸化作用。表明肼苯哒嗪诱导的狼疮部分是通过诱导ERK 信号途径的缺陷来实现的。因此，缺陷的T 细胞ERK 信号途径可能通过减少DNA 甲基化转移酶表达、调节DNA 甲基化的方式和改变基因的表达来参与自身免疫的发展，这种机制可能参与特发性和药物诱导狼疮的发病[25]。

2 组蛋白修饰

组蛋白是染色体的结构蛋白，其与DNA 组成的核小体是染色体的基本结构单元。组蛋白氨基末端伸出了核心之外，发生各种各样的修饰，包括组蛋白末端的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、ADP核糖基化等。组蛋白修饰参与异染色质形成、基因印记、X 染色体失活和转录调控等多种生理功能，在基因表达调控及肿瘤发生发展中起着重要的作用。已经有一系列研究表明DNA 甲基化与自身免疫病如系统性红斑狼疮（Systemic lupus erythematosus）及类风湿性关节炎（Rheumatoid arthritis）等的发病相关。而组蛋白修饰和DNA 甲基化在分子机制上密切相关。组蛋白修饰在自身免疫性疾病中所起的作用也开始成为研究的热点。

早期有研究报道CD154、IL-6、IL-10 和IFN-C等基因的比例失调可能与SLE 发病相关。而曲古抑菌素A（Trichostatin A，TSA）可以逆转这种状态，可以推断SLE 中可能存在组蛋白的低乙酰化[26]。随后又有实验表明TSA 和组蛋白去乙酰化酶抑制剂-SAHA（Suberoylanilide hydroxamicacid）能抑制SLE小鼠脾细胞中IL-12、IFN-γ、IL-6 和IL-10 的水平，组蛋白去乙酰化酶抑制剂促使细胞染色质中组蛋白H3 和H4 乙酰化。为了进一步阐述TSA 在狼疮鼠体内的影响，给MRL/lpr 小鼠皮下注射TSA[0.5 mg/（kg·d）]，共5 周，与对照组相比，用TSA 处理过小鼠的蛋白尿、脾脏肿大、肾小球肾炎等症状均明显好转，这些研究结果表明，导致组蛋白乙酰化状况改变使HDACs 表达增加可能是在MRL/lpr 小鼠中病理状态的改善有一定的意义。此外，在由黏多糖和细胞因子刺激的肾小球膜细胞中，TSA 可以抑制TNF2A、IL-6、IL-12 和NO 的产生。提示HDAC抑制剂在SLE 的治疗上有价值，因为其能抑制肾炎而不改变自身抗体的产生[27]。以上这些均提示组蛋白乙酰化可能与SLE 的异常基因表达有关，同时也为治疗SLE 开发新的途径提供了理论支持。Hu 等[28]发现在狼疮患者H3K9 甲基化水平显著降低，核心组蛋白H3、H4 低乙酰化，这些异常的表达可能与SLE 的发病有关。

3 MicroRNA

MicroRNAs（miRNAs）是一类源于内源性染色体上的非编码单链RNA，长度为21～25 个核苷酸的短序列，能够通过与靶mRNA 特异性的碱基互补配对，引起靶mRNA 降解或者抑制其翻译，从而对基因进行转录后的表达调控。最近的研究表明，miRNA 参与调节人体各种免疫过程，可以作为多种疾病诊断的生物学标记物或治疗靶点。在人类多种自身免疫性疾病，包括红斑狼疮、类风湿关节炎和多发性硬化症中已经发现多种miRNA 的表达改变。然而，miRNA 在SLE 的发病机制中的作用还需要进一步研究。

在SLE 样本组，用Northern 印迹分析，共有16个差异表达的miRNA 的识别和确认[29]。Dai 等[30]在SLE、特发性血小板减少性紫癜患者，进行miRNA 微阵列分析外周血单个核细胞（Peripheral blood mononuclear cell，PBMC）的miRNA。狼疮性肾炎患者的肾活检miRNA 表达谱与正常对照组相比，66个miRNAs 表达有差异[30]。这些数据表明，miRNAs的异常模式可能参与SLE 的发病机制，提供了潜在的新的诊断性狼疮生物标记。

一些特异的miRNAs，例如miR-155，miR-101和miR-17-92 簇成员与自身免疫性疾病或狼疮的机制有关。miR-17-92 基因表达升高引起小鼠淋巴细胞累积和淋巴组织增生性疾病和自身免疫性疾病，可能是由于肿瘤抑制基因PTEN 抑制miR-17-92 凋亡蛋白所致[31]。用roquin ROQ 区域M199R 突变（也称Rc3h1）桑罗奎纯合子小鼠，增加T 细胞诱导T 细胞共刺激分子（Inducible T-cell co-stimulator，ICOS）表达导致淋巴细胞累积与狼疮样自身免疫综合征有关。Roquin 通常限制ICOS 表达通过促进ICOS mRNA 的降解。研究阐明关键的T 细胞转录后途径在调节淋巴细胞的累积和自身免疫性疾病，并突出部分拮抗ICOS 途径的治疗潜力[32]。

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