过敏反应过程中的DNA甲基化表观遗传学调控机制

钟伟龙 窦侠 于波

·综述·

过敏反应过程中的DNA甲基化表观遗传学调控机制

钟伟龙 窦侠 于波

DNA甲基化是一种不改变DNA序列，但基因表达却发生了可遗传改变的重要表观遗传学修饰。研究发现，DNA甲基化异常可能在过敏反应的发生过程中起重要作用，但研究并不能清楚地解释异常的甲基化模式在疾病中发挥的生物学作用。常见过敏反应或疾病发病过程中的DNA甲基化调控机制，如特应性皮炎、接触性皮炎、荨麻疹、食物过敏等，以进一步理解过敏反应发生过程中的基因调控机制及基因-环境相互作用关系。此外，DNA甲基化的研究可能为过敏反应的预防、诊断和管理提供新的方向。

过敏反应；DNA甲基化；表观基因组学；皮炎，特应性；皮炎，接触性；荨麻疹

过敏性疾病影响儿童和成人的生活质量，严重的全身过敏反应甚至危及生命，已成为全球关注的公共卫生问题。目前，过敏反应的发生机制尚不明确，除遗传、环境与免疫因素外，研究发现，表观遗传学修饰异常在其发病过程中可能起重要作用。表观遗传是指DNA序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变，在环境和遗传因素之间的调控作用尤为重要。作为最常见的表观遗传学修饰形式，DNA甲基化是调节基因组功能的重要机制。现就DNA甲基化参与特应性皮炎（AD）、接触性皮炎、荨麻疹及食物过敏等过敏性疾病或过敏反应发病的机制进行概述。

作者单位：518036深圳，北京大学深圳医院皮肤性病科（钟伟龙、窦侠、于波）；汕头大学医学院（钟伟龙）

1 概述

在高等生物细胞内，DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的催化下，将甲基转移到胞嘧啶-鸟嘌呤（CpG）二核苷酸中胞嘧啶的第5位碳原子上，生成5甲基胞嘧啶的一种反应。约75%的哺乳动物CpG二核苷酸处于甲基化状态；而由CpG二核苷酸局部聚集形成的CpG岛则大多处于非甲基化状态。CpG岛主要位于基因座控制区域、启动子区以及多数基因的第1个外显子上，是人类基因组甲基化形成与发挥调控作用的重要区域［1］。相反，通过甲基基团的氧化，CpG位点能去甲基化。DNA甲基转移酶与DNA去甲基化酶调控基因组DNA序列甲基化的动态变化。基因启动子区CpG岛的甲基化可使一些转录因子无法与DNA结合，抑制基因转录，而该区域的去甲基化则可激活基因的转录［2］。

2 DNA甲基化参与过敏性疾病或过敏反应发病

2.1 DNA甲基化与AD：AD的发病与遗传易感性、皮肤屏障功能障碍及免疫调节异常有关。研究发现，DNA甲基化也可能参与AD的发病。DNA甲基转移酶（DNMT）1是细胞分裂中维持DNA甲基化模式的关键酶，其功能异常可能导致DNA甲基化的异常修饰，进而影响相关基因的表达。Nakamura等［3］发现，与健康人相比，总IgE水平升高（≥5 000 IU/ml）的AD患者外周血单核细胞DNMT-1的mRMA水平显著降低，提示DNMT-1水平降低可能促使AD的发生。AD患者单核细胞及树突细胞表面高表达IgE高亲和力受体（FcεRI）并参与 AD的发病。Liang等［4］发现，AD患者单核细胞基因组DNA存在病理性低甲基化，且单核细胞FcεRI的γ亚基基因启动子区存在的低甲基化与该基因表达水平呈负相关。Ziyab等［5］报道 AD与丝聚蛋白基因 CpG位点（cg07548383）的DNA甲基化程度相关，提示AD发病中DNA甲基化调控的重要性。

胸腺基质淋巴细胞生成素（TSLP）在T细胞向Th2分化过程中有重要作用，环境因素（如过敏原、微生物、烟雾暴露等）的刺激可上调上皮或表皮TSLP表达。AD皮损处TSLP高表达，可能与TSLP基因启动子的低甲基化有关［6］。而AD儿童TSLP基因5′CpG岛的DNA甲基化水平显著低于健康儿童，且与母体烟雾环境暴露呈负相关，表明母体烟雾环境暴露可能通过DNA甲基化机制增加AD的患病风险［7］。Rodríguez 等［8］发现，与 AD 相关的 DNA甲基化具有明显的组织特异性，与外周血相比，皮肤可能是在AD中进行表观遗传学研究的理想组织。

2.2 DNA甲基化与接触性皮炎：接触性皮炎的发病机制非常复杂，其发病也可能与DNA甲基化相关。接触刺激物的种类及其量引起的细胞因子可不同，而发生刺激性皮炎的中心细胞因子为肿瘤坏死因子（TNF）α。在职业性三氯乙烯药疹样皮炎中，杨建平等［9］发现，TNF-α基因启动子区低甲基化状态与职业性三氯乙烯药疹样皮炎患者血清TNF-α水平升高相关。不同类型的过敏原引发接触性皮炎的机制有可能不同。Chapman 等［10］报道小鼠经 2，4- 二硝基氯苯（接触性过敏原）或偏苯三酸酐（吸入性过敏原）处理后，引流淋巴结的DNA出现免疫相关通路（如丝裂原活化蛋白激酶信号传导通路）基因启动子区相关的差异甲基化区域，其DNA甲基化模式具有特征性。而差异甲基化区域Gmpr和Nwc分别可能是接触性过敏原诱导的免疫反应和呼吸道化学过敏原诱导反应的生物标记，为化学过敏原的分类提供基础［11］。研究发现，前列腺素E2能促进UVB对小鼠接触性超敏反应的免疫抑制作用，可能通过DNA甲基化调节介导［12］。

2.3 DNA甲基化与荨麻疹：荨麻疹的病因复杂，分类较多。宋彪等［13］发现，在慢性特发性荨麻疹和自身免疫性荨麻疹患者血清中的S腺苷蛋氨酸、S腺苷同型半胱氨酸水平及二者之间的比值差异无统计学意义，提示DNA甲基化可能不参与慢性荨麻疹发病机制。Ⅰ型遗传性血管性水肿的发生是由于SERPING1基因突变引起C1酯酶抑制物的缺乏。但研究发现，患者外周血单核细胞中SERPING1基因的表达与该基因启动子区的高甲基化不相关［14］。因此，DNA甲基化是否参与荨麻疹的发病，尚待进一步研究。

2.4 DNA甲基化与食物过敏：食物过敏是指暴露于特定食物后发生的不利于健康的特异性免疫反应。从轻微过敏到致命性的过敏反应，食物过敏影响了约 5%的成人及 8%的儿童［15］。

2.4.1 DNA甲基化与食物过敏的发病：食物过敏的危险因素有很多，包括遗传（如易感基因及特应性遗传史）及环境因素等。Martino等［16］对一个食物过敏队列的研究发现，CD4+T细胞在早期发育过程中，存在丝裂原活化蛋白激酶信号传导相关基因的DNA甲基化失调，可能与儿童早期发生食物过敏相关。特应性遗传史可能增加后代对花生过敏的易感性。Song等［17］对小鼠的研究发现可能与IL-4基因启动子的DNA甲基化水平改变有关。

2.4.2 DNA甲基化与食物过敏的诊断与治疗：目前，除食物激发试验外，其他单一的诊断试验均不足以对食物过敏做出准确的判断。Martino等［18］报道，与过敏原特异性的IgE检测以及皮肤点刺试验相比，外周血单个核细胞甲基化生物标记能更好地预测口服激发试验的结果，有望成为新的诊断试验。

尽量避免食用可疑过敏食物是目前预防食物过敏的主要手段，而特异性免疫治疗是针对食物过敏的对因治疗手段。在对43例花生过敏患者（23例接受24个月花生口服免疫疗法，20例禁食花生）抗原诱导的调节性T细胞的研究中，Syed等［19］发现，口服免疫疗法治疗后FOXP3甲基化水平显著性降低；且与再次对花生过敏的患者相比，对花生持续耐受患者的FOXP3甲基化水平更低。提示诱导耐受后再次出现花生过敏与FOXP3基因的甲基化水平升高有关。Berni等［20］对40例儿童外周血单个核细胞来源的Th1细胞因子（IL-4、IL-5）和Th2细胞因子（IL-10和干扰素γ）基因启动子区的DNA甲基化水平以及相应的血清水平进行分析，发现牛奶蛋白耐受的儿童具有Th1细胞因子基因低甲基化和Th2细胞因子基因高甲基化模式，而且可受添加益生菌配方奶粉的影响，提示DNA甲基化研究可能为牛奶过敏的预防和治疗提供靶点。

2.5 其他：慢性湿疹皮损中分化抑制剂4启动子（inhibitor of differentiation 4）的高甲基化状态，可能与其表皮角化不全相关［21］。DNA甲基化也可能参与AD相关的特应性进程中过敏性鼻炎和哮喘的发病，这对皮肤相关的过敏性疾病的研究具有参考价值。例如，在对猫尾草和尘螨过敏的30例患者接受双抗原舌下免疫治疗或安慰剂治疗的研究中，Swamy等［22］发现，舌下免疫治疗诱导的长期耐受可能与FOXP3甲基化水平的降低有关。

3 结语

通过表观遗传学尤其是DNA甲基化的研究，能更全面地认识过敏反应发病的基因调控机制及环境-基因的相互作用关系，进一步的研究有望为过敏反应的预防、诊断和管理提供新的方向。

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Epigenetic regulation by DNA methylation in allergic reactions

Zhong Weilong*,Dou Xia,Yu Bo.*Department of Dermatovenereology,Peking University Shenzhen Hospital,Shenzhen 518036,China

DNA methylation is an important epigenetic modification that causes heritable changes in gene expressions without alterations in DNA sequences.It has been reported that aberrant DNA methylation may play an important role in the development of allergic reactions,but it is unclear how aberrant DNA methylation patterns play their biological roles in these diseases.This article reviews regulation mechanisms of DNA methylation in the occurrence of common allergic reactions or diseases,such as atopic dermatitis,contact dermatitis,urticaria and food allergy,which may help to better understand genetic regulatory mechanisms and gene-environment interaction in the occurrence of these entities.Moreover,DNA methylation studies may provide new directions in the prevention,diagnosis and management of allergic reactions.

Anaphylaxis;DNA methylation;Epigenomics;Dermatitis,atopic;Dermatitis,contact;Urticaria

s:Yu Bo,Email:yubomd@163.com;Dou Xia,Email:drdouxia@163.com

深圳市科技计划项目（JCYJ20140415162542993）

Fund program:Shenzhen Municipal Science and Technology Plan Project（JCYJ20140415162542993）

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2016.04.016

于波，Email:yubomd@163.com；窦侠，Email:drdouxia@163.com

本文主要缩称：AD：特应性皮炎，CpG：胞嘧啶-鸟嘌呤，DNMT：DNA甲基转移酶，TSLP：胸腺基质淋巴细胞生成素，TNF：肿瘤坏死因子

2015-08-10）