表观遗传学在特发性炎症性肌病作用机制中的研究进展

马苗，柴克霞

(青海大学附属医院，西宁810001)

特发性炎症性肌病(IIM)是一组病因未明的，以四肢近端肌无力为主的骨骼肌非化脓性炎症性疾病。基于IIM的临床特征和组织病理学表现，可分为多发性肌炎、皮肌炎、包涵体肌炎、坏死性自身免疫性肌病等亚型，以多发性肌炎和皮肌炎最为常见[1]。有报道显示，IIM的发病率为5/100万～8.4/100万，其发病年龄有两个高峰，即10～15岁和45～60岁。迄今为止，IIM的病因尚不完全清楚，可能与病毒感染、遗传因素、免疫功能异常等有关。表观遗传学是指在基因的DNA序列不发生改变情况下，基因表达水平与功能发生改变，并产生可遗传的表型[2]。在某些情况下全基因组分析无法解释自身免疫性疾病复杂的生物学过程，而表观遗传修饰在免疫应答中保留了额外的调节因子，通过参与调控免疫相关基因表达，影响免疫细胞分化发育、免疫应答相关分子活化及细胞因子分泌表达等，进而参与免疫调控，故许多受表观基因调控的信号分子和受体在自身免疫性疾病或炎症反应过程中出现失调[3，4]。目前，表观遗传学方面的研究主要集中于DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA。DNA甲基化和组蛋白修饰主要通过影响染色质的结构而调控基因的转录功能。非编码RNA表达变化能够影响mRNA翻译成蛋白质的能力，而mRNA翻译成蛋白质的能力变化又能影响DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA形成过程，最终引起生物体表型变化。它们之间相互影响、相互关联，任何一方面发生异常都将影响基因的表达及生物体的性状。因此，越来越多的研究开始关注自身免疫性疾病的表观遗传学机制，并认为表观遗传学干预对这些疾病治疗具有很大的潜力。本文结合文献就表观遗传学在IIM作用机制中的研究进展作一综述。

1 非编码RNA在IIM致病中的作用

非编码RNA是指不编码蛋白质的RNA。这些RNA的共同特点是能从基因组上转录而来，但不翻译成蛋白，在RNA水平上行使各自的生物学功能。根据核酸的长度，可将非编码RNA分为短链非编码RNA(如miRNA)和长链非编码RNA(lncRNA)。近年研究表明，非编码RNA在表观遗传修饰中具有重要作用，能够通过调节基因表达和染色体水平而控制细胞分化。

1.1 miRNA miRNA是一类内源性非编码单链小分子RNA，长度为19～25个核苷酸，能够与靶mRNA特异性结合，使靶mRNA降解或抑制其翻译，从而对基因进行转录后的表达调控[5]。在免疫系统中，miRNA异常表达可导致炎症性疾病、自身免疫性疾病[6]。miRNA在血液中稳定存在，有作为疾病生物标志物的潜力[7]。目前，miRNA在IIM患者血清或外周血单核细胞中的表达和功能被广泛研究[7～9]。Misunova等[10]报道，皮肌炎患者血清miR-3907表达上调，其表达上调与疾病活动有关。有研究还发现，皮肌炎患者血清miR-206表达降低、miR-21表达升高，二者表达变化能够使机体炎症负荷升高[11]。Zhou等[12]在血清中发现了许多表达失调的miRNA，如miR-223、miR-7、miR-31，在皮肌炎和多发性肌炎患者血清中miR-223、miR-7表达下调，miR-31表达上调。Gao等[13]研究发现了对皮肌炎和多发性肌炎有特异性或共同性的miRNA，如miR-196a-5p在多发性肌炎患者血清中表达下调，miR-193b-3p、miR-30d-5p、miR-30a-5p、miR-101-3p在皮肌炎和多发性肌炎患者血清中表达均下调。以往研究发现，在皮肌炎和多发性肌炎患者血清中miR-193b-3p表达下调，与Gao等[13]研究结论一致。但Georgantas等[14]研究发现，miR-101、miR-30a-5p在皮肌炎和多发性肌炎患者血清中表达均下调，miR-30d-5p在皮肌炎患者血清中表达明显下调，而miR-196a-5p表达没有明显变化，这与Gao等[13]研究结论并不完全一致。造成这种差异的原因可能与患者种族、疾病活动程度或病程不同有关，也可能与取样部位不同或取样部位的炎症程度不同有关。Ye等[15]研究发现，皮肌炎患者血清miR-23b-3p、miR-146a-5p、miR-150-5p表达明显下调，具有抗MDA5和抗NXP2自身抗体患者血清miR-150-5p表达显著下调，皮肌炎合并肿瘤患者血清miR-146b-5p表达显著高于未合并肿瘤患者，但该研究并未发现血清miR-23b-3p、miR-146b-5p、miR-150-5p表达与皮肌炎合并间质性肺病有明确的相关性。以上研究表明，miRNA有可能成为IIM潜在的治疗靶点，其治疗机制可能是通过传递修饰的寡核苷酸模拟物或抑制特异性miRNA序列，从而减少或增加靶基因的表达有关。目前，许多研究者已经开始关注改进miRNA模拟物的传递技术或体内的miRNA抑制剂。随着对miRNA在自身免疫性疾病致病机制中认识的不断加深及miRNA相关技术的不断改进，针对miRNA的靶向药物有可能成为治疗人类免疫系统疾病的新方法。

1.2 lncRNA 众所周知，部分非蛋白编码RNA分子在调节细胞生命活动过程中发挥重要作用。如核糖体RNA是翻译机制的基本组成部分，而小的核RNA是剪接新生RNA转录物所必需的。各种类型的小非蛋白编码RNA(由20～30个核苷酸组成)，如miRNA、siRNA、piRNA，是基因沉默的关键分子。随着大规模并行基因组测序技术的出现，人们发现大约70%基因组能够在不同环境和细胞中转录，而这些RNA转录物中，很大一部分在结构上与蛋白编码和加工的mRNA无法区分，但它们在细胞中的表达很低，几乎没有蛋白编码的能力。其中，长度≥200个核苷酸的非蛋白编码转录子被称为lncRNA。与miRNA相比，lncRNA的结构更复杂、功能更多样。研究表明，lncRNA能够参与细胞增殖、分化、凋亡等生物学过程[16]，与恶性肿瘤及心血管、神经系统疾病的发生、发展密切相关。越来越多证据表明，lncRNA还可参与免疫应答过程，能够参与自身免疫性疾病的发生、发展[17～19]。众所周知，皮肌炎或多发性肌炎患者具有抗信号识别粒子(SRP)的自身抗体，而SRP是由7SL RNA和6种蛋白质组成的，即lncRNA 7SL是SRP的RNA组分。有研究在皮肌炎或多发性肌炎患者中鉴定出了针对7SL RNA的新型自身抗体，这些抗体的存在与种族背景、临床特征和疾病发作季节有关[20]，表明针对7SL RNA的自身抗体有可能是部分皮肌炎或多发性肌炎患者的血清学标志物。Peng等[21]通过微阵列分析发现，与健康对照者肌肉组织比较，皮肌炎患者肌肉组织中有1 198个差异表达的lncRNA，其中表达上调的lncRNA有322个、表达下调的lncRNA有876个，在这些差异表达的lncRNA中选择了5种lncRNA(ENST00000541196.1、uc011ihb.2、linc-DGCR6-1、ENST00000551761.1、ENST00000583156.1)进行RT-qPCR检测，结果发现微阵列检测结果与RT-qPCR检测结果具有较好的一致性。生物信息学预测显示，linc-DGCR6-1能够调节USP18基因，而USP18基因是1型干扰素诱导基因。此外，免疫组化染色显示，皮肌炎患者束周萎缩的肌纤维中USP18蛋白表达上调。这些结果表明，lncRNA能够通过调节1型干扰素诱导分子表达来促进皮肌炎的发生、发展[22]。越来越多研究表明，lncRNA可能是免疫调节因子的候选者，也可能是自身免疫性疾病发生、发展的主要参与者。因此，深入研究lncRNA在IIM乃至自身免疫性疾病致病机制中的作用具有重要意义。

2 DNA甲基化在IIM致病中的作用

DNA甲基化是指在DNA序列的胞嘧啶核苷酸的特定位置共价加减甲基基团的一种变化，即通过DNA甲基转移酶的催化作用从S-腺苷-1-甲硫氨酸转移甲基，将甲基基团转移至胞嘧啶残基C5位置上[23，24]。DNA甲基化既受遗传DNA序列的影响，又受环境暴露的影响[25]，被认为是调控基因表达的关键表观遗传因子。肌肉基因组整体DNA甲基化图谱显示，同源框基因、WT1基因等27个基因存在明显的甲基化差异，这表明DNA甲基化在IIM的致病机制中可能具有重要作用。在皮肌炎和多发性肌炎基因组DNA甲基化的研究中发现了不同的甲基化CpG位点，而且他们之间存在共同且特异的甲基化CpG位点改变。结合基因表达谱，Gao等[7]认为DNA甲基化修饰可能对约20%的差异表达基因具有调控作用。青少年皮肌炎是一种严重的慢性自身免疫性疾病，表现为受慢性肌肉损伤引起的肌无力[26]。Wang等[27]通过甲基化阵列Illumina Infinium 27K DNA甲基化BeadChIP对全基因组DNA甲基化进行分析，在正常青少年和皮肌炎青少年肌肉组织中共发现了27个具有显著甲基化差异的基因。虽然以往的基因表达研究表明，参与免疫反应、血管重塑和内质网应激的基因表达发生了改变，但在青少年皮肌炎中并未发现这些基因的甲基化改变。而在这27个甲基化差异基因中发现，HOX基因(如HOXC11、HOXD3、HOXD4)和发育转录因子WT1在青少年皮肌炎肌肉组织及存在肌无力的其他类型IIM中低甲基化。在IIM中发现WT1和同源框基因的类甲基化改变，表明这些青少年的受损肌肉具有自我更新能力，能刺激肌肉干细胞池进行肌肉修复，并且关键基因在表观遗传上发生了改变，以应对疾病过程中的肌肉损伤。这些结果表明，同源框基因和WT1基因在表观遗传上被标记，以促进肌肉修复过程，这为IIM治疗提供了新的方法。目前，学者们逐渐认识到DNA甲基化是正常肌肉生理或病理生理改变的重要参与者。可以预见在不久的将来，表观遗传疗法将被用于治疗与肌肉相关的疾病。

3 组蛋白修饰在IIM致病中的作用

组蛋白修饰是指组蛋白在相关酶的作用下发生乙酰化、甲基化、泛素化、磷酸化、瓜氨酸、ADP-核糖基化和脯氨酸异构化等修饰过程，其表观遗传学标志具有高度特异性，能决定细胞和组织的表型与功能[28]。有研究报道，表观遗传调节剂——组蛋白脱乙酰基酶的表达和功能改变在恶性肿瘤、神经系统疾病和自身免疫性疾病的发生、发展过程中具有重要作用[29]。已有研究报道，通过组蛋白修饰，组蛋白变异沉积和核小体稳定性来调节增强子活性[25]。在P19细胞的神经元分化和3T3-L1细胞的脂肪分化过程中，DNA羟甲基化是增强子活化的早期事件。基于染色质特征和MyoD招募，发现了一个驱动肌肉分化的调控元件。因此，有必要分析在肌原性特异性远端调控区获得5hmC能否激活增强子，导致肌肉分化基因的表达。有证据表明，翻译后修饰与不同细胞系的发育、调节及免疫耐受和自身免疫紊乱的调节有关[30]。当人们一旦明确疾病发生的机制后，就可运用修改组蛋白密码技术来设计药物和提出措施，继而改变或调整基因表达的状态和活性，从而治愈相应的疾病。但目前关于组蛋白修饰能否参与多发性肌炎或皮肌炎的发病过程，尚不完全清楚，仍需要进一步研究。

综上所述，DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等表观遗传学在IIM的致病机制中具有重要作用。它们之间相互影响、相互关联，任何一方面发生异常都将影响基因的表达及生物体的性状。因此，深入了解表观遗传学在IIM中的作用，有可能为IIM的诊断和治疗提供新的方向。