表观遗传学修饰对小胶质细胞功能调控的研究进展△

孔康杰 倪颖勤

(复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科 上海 200031)

小胶质细胞是存在于中枢神经系统(central neural system，CNS)及视网膜中的常驻免疫细胞，起源于胚胎卵黄囊祖细胞。当内环境紊乱时，小胶质细胞可以迅速反应，激活并释放炎性介质[1-2]。大量研究表明小胶质细胞的功能状态与CNS和视网膜疾病的发生、进展及预后相关。

表观遗传学修饰是关于不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变化，其异常会引起机体结构和功能的改变，甚至导致疾病的发生。表观遗传学的修饰机制主要包括DNA的甲基化、组蛋白的修饰、非编码RNA分子的调节等[3]。

近年来越来越多的研究聚焦于表观遗传学修饰对于小胶质细胞功能的影响，并在相关的CNS和视网膜疾病的研究中取得一定的进展，但对于其调控机制仍有较多不明之处。本文主要针对表观遗传学修饰对小胶质细胞功能调控的研究进展做一综述，以期为临床治疗提供新思路。

1 DNA甲基化对小胶质细胞功能的影响

DNA甲基化主要表现为在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase, DNMT)的作用下，DNA上富含CpG二联核苷酸的CpG岛中的胞嘧啶第5位碳原子和甲基结合而被修饰为5-甲基胞嘧啶，阻碍转录因子与DNA的结合，所以DNA甲基化一般会导致基因沉默[4]。

小胶质细胞中异常的DNA甲基化水平往往会影响小胶质细胞的功能从而影响CNS疾病的进展。有研究者[5]指出在muIDH1人类以及小鼠神经胶质瘤组织中，有着更高甲基化水平CpG岛的小胶质细胞等多种免疫细胞表达CD45减少，由此导致的小胶质细胞免疫浸润能力降低，可能是神经胶质瘤患者临床症状改善的原因。

在激活的小胶质细胞内会出现炎症介质基因的低甲基化以及DNMT减少，而使用去甲基化试剂也可以促使小胶质细胞激活。Matt等[6]用脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)来刺激BV2小胶质细胞和原代小胶质细胞后发现其DNMT3a,DNMT3b和甲基化相关蛋白MeCP2含量减少，IL-1β基因启动子的甲基化水平降低，IL-1β表达增多，小胶质细胞被激活，而采用去甲基化试剂5-杂氮胞苷培养小胶质细胞也可以观察到相似结果。此外，该团队[7]在小鼠脑室内注射DNA甲基化的抑制剂泽布拉林后发现，小胶质细胞的IL-1β基因启动子区域2个CpG位点甲基化水平降低。但是和预想的结果相反，IL-1β的表达量反而减少，并且实验小鼠能更快地从LPS刺激所引发的病理状态中恢复，这可能与泽布拉林还同时影响小鼠体内组蛋白修饰等其他表观遗传学修饰过程有关。

小胶质细胞内炎症介质基因启动子区域的甲基化程度降低可以使炎症介质表达增多，同时促使小胶质细胞激活，加重神经炎症反应。因此，使用针对小胶质细胞的促甲基化药物可能可以减轻CNS的炎症反应，但是还要充分考虑到调节DNA的甲基化还可能影响机体内的其他表观遗传学修饰过程。

2 组蛋白修饰对小胶质细胞功能的影响

组蛋白是染色质中能够调节基因表达的蛋白成分，其N-末端能与各种基团共价结合而被修饰。组蛋白的修饰主要包括乙酰化、甲基化、磷酸化[8]、泛素化[9]等。目前表观遗传学领域的研究主要集中于组蛋白的乙酰化和甲基化。

2.1 组蛋白的乙酰化与去乙酰化 组蛋白中氨基酸残基的乙酰化通常预示着常染色质构型的开放以及转录活性增强，这一过程主要是由组蛋白乙酰化转移酶(histone acetyltransferase，HAT)和组蛋白去乙酰酶(histone-deacetylase，HDAC)来共同调节的[3]。目前有关HAT对于小胶质细胞功能调控的相关研究较少，大部分研究主要集中于HDAC的调控对于小胶质细胞功能的影响。

HDAC的增多可以使炎症通路的抑制因子的启动子去乙酰化而沉默，常常伴随着炎症介质的释放及小胶质细胞的激活。有研究者[10]发现用LPS刺激BV2小胶质细胞后，增多的HDAC1可以使Toll-like receptor 4(TLR4)信号通路的抑制剂RGS10的组蛋白H3去乙酰化而沉默，从而激活TLR4信号通路，促使小胶质细胞分泌炎症介质TNF-α。Haage等[11]发现在出生后早期的小鼠大脑中Tenascin C可以通过TLR4信号通路来增加HDAC1的表达,促进小胶质细胞的趋化作用、吞噬作用以及炎症介质的分泌。并且，Yeh等[12]发现吗啡可以使HDAC6的表达增加而使热休克蛋白90去乙酰化，促进了BV2小胶质细胞的激活和趋化反应。因此，HDAC可以通过激活小胶质细胞和介导炎症反应对中枢神经系统造成损害，但其涉及的相关机制和具体的信号分子仍不明确。

同时部分研究表明HDAC的减少或缺失可以抑制小胶质细胞的激活，给机体带来保护效应。Datta等[13]在阿尔茨海默症模型小鼠中发现，HDAC1和HDAC2缺乏的情况下，小胶质细胞的ApoE基因和溶酶体相关膜蛋白2基因启动子的组蛋白H3的第9位赖氨酸和第27位赖氨酸的乙酰化程度升高，表达增加，对于淀粉样蛋白斑块的吞噬作用增强。因此，实验小鼠的相关动物智力测验的得分增加，并且大脑切片中可见淀粉样蛋白斑块数量减少。Ji等[14]发现在大脑中动脉阻塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)大鼠模型和缺糖缺氧(oxygen-glucose deprivation，OGD)培养的原代小胶质细胞中，细胞核内的鞘氨醇激酶2可以使鞘氨醇1-磷酸及其类似物FTY720磷酸化，HDAC1表达减少，促进KLF4的乙酰化及其转录，从而抑制小胶质细胞的激活，因而能在缺血状态下起到神经保护作用。

HDAC的抑制剂(HDAC inhibitor，HDACi)可以促进组蛋白乙酰化，减少染色体的聚缩来促进基因的表达，或者通过促进抑制子的表达来抑制基因表达。由于HDACi所引发的抗炎作用可以产生神经保护效应，在缺血性脑卒中、帕金森病、视网膜色素变性(retinitis pigmentosa，RP)[15]等疾病中均有研究。Haage等[11]发现使用MS-275可以抑制HDAC1，组蛋白H3乙酰化程度增加，抑制TLR4信号通路，从而抑制小胶质细胞的激活及炎症介质的分泌。Li等[16]发现SAHA在MCAO小鼠模型损伤的早期可以增加组蛋白H3的乙酰化，增加Arg-1和IL-10的表达以及减少IL-6、TNF-α、iNOS的表达，抑制小胶质细胞的激活、增殖和迁移，同时还可以抑制外周血单核细胞对于梗死脑组织的浸润，从而可以减少缺血-再灌注脑损伤。Harrison等[17]通过研究帕金森病患者大脑切片和N27多巴胺神经元发现，用AGK2来抑制SIRT 2可以抑制小胶质细胞的激活，从而对多巴胺神经元起到保护作用。此外，还有学者[18-19]研究发现，丁酸钠也可以通过抑制小胶质细胞的激活来保护神经元。

除了HAT和HDAC以外，bromodomain and extraterminal domain (BET)蛋白也可以对组蛋白的乙酰化过程进行调控。BET蛋白被称为表观遗传学的“读取器”，通过“读取”特定启动子的组蛋白乙酰化赖氨酸残基，可以促进基因表达。Zhao等[20]报道了在RP小鼠模型上通过JQ1来抑制小胶质细胞的BET蛋白后，检测到炎症介质的含量减少，小胶质细胞的激活、增殖以及迁移过程受到抑制，光感受器的形态与功能得以有效保护。Sanchez-Ventura等[21]也发现使用JQ1来抑制脊髓损伤小鼠模型中的小胶质细胞的BET蛋白后也可以产生神经保护作用。

因此，使用HDACi或其他可以有效抑制HDAC的方式抑制小胶质细胞的激活，减少炎症介质的分泌，延缓CNS和视网膜疾病的进展与恶化。另外，抑制BET蛋白可能也是一种有效的神经保护策略。

2.2 组蛋白的甲基化与去甲基化 组蛋白在组蛋白甲基转移酶(histone methyltransferase，HMT)的作用下也能进行甲基化修饰。不同类型的HMT可以作用于不同组蛋白的赖氨酸残基位点而产生基因沉默或激活效应[3]。

组蛋白H3第27位赖氨酸的甲基化修饰与基因沉默相关。Yadav等[22]报道了在神经性疼痛的大鼠模型的小胶质细胞内具有HMT活性的zeste2增强子(EZH2)和H3K27me3含量增加，而使用EZH2抑制剂DZNep后可以通过抑制小胶质细胞的激活和减少TNF-α、IL-1β、MCP-1等炎症介质的产生来缓解神经性疼痛。并且，Chen等[23]发现在OGD培养的原代小胶质细胞和MCAO小鼠模型中的EZH2含量增加，而使用DZNep之后可以通过减少STAT3的磷酸化而抑制IL-1β、IL-6、TNF-α和CXCL10的分泌，抑制小胶质细胞的激活。此外，有学者[24]发现使用H3K27me3的特异性去甲基酶Jmjd3可以抑制帕金森病小鼠模型大脑黑质中的小胶质细胞激活并减少多巴胺神经元的凋亡。

组蛋白H3第4位赖氨酸的甲基化修饰与基因转录激活相关联。Shen等[25]研究发现在MAPI小胶质细胞和坐骨神经慢性压迫性损伤大鼠模型中，SETD7的含量增加，使得单甲基化的H3K4(H3K4me1)含量增加，炎症介质基因CcL2、IL-6和IL-1β激活后分泌增加。而使用SETD7的抑制剂PFI-2或者LV-shRNA敲低SETD7处理后H3K4me1含量减少，炎症介质的分泌也相应减少。

尽管H3K27me3和H3K4me1对于基因转录有着相反的调控作用，但是都与小胶质细胞的激活有关。因此，合理选择应用相应的HMT抑制剂或组蛋白去甲基酶可能有利于抑制神经炎症的发生与进展。

3 非编码RNA对小胶质细胞功能的影响

非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)是真核细胞中大量存在的一类不被翻译为蛋白质的RNA，能够广泛地调节基因表达。ncRNA包括siRNA、miRNA、lncRNA和circRNA，其作用机制各有不同[26]。

3.1 miRNA miRNA是含21～23个碱基的、单链的、短的ncRNA，可以通过结合目标基因上的3′端非翻译区来抑制转录，从而对体内各种病理、生理过程进行调控。

近年来众多学者在各种CNS或视网膜疾病动物模型中发现不同的miRNA表达量有明显异常。例如，Chaves等[27]在不同时期检测唐氏综合征小鼠模型的海马体发现miR-17等7种miRNA的含量发生改变。Huang等[28]检测年龄相关性黄斑变性小鼠模型发现38种miRNA增加和23种miRNA减少。部分miRNA可以结合并抑制小胶质细胞中的炎症通路的关键分子或其上游激活因子，使小胶质细胞分泌炎症介质减少，抑制小胶质细胞的激活。Xie等[29]在坐骨神经慢性压迫性损伤大鼠模型中发现miR-101表达减少，mTOR表达增加。使用外源性miR-101处理实验大鼠后，mTOR表达减少，脊髓中的小胶质细胞分泌的IL-6、IL-1β和TNF-α等炎症介质明显减少。此外，还有学者[30-34]分别观察到miR-let-7、miR-124、miR-183、miR-26b和 miR-181b-5p对于小胶质细胞的激活过程产生明显有效的抑制作用。然而还有部分miRNA可以结合并抑制炎症通路的抑制因子或抗炎介质，促进小胶质细胞的激活。Periyasamy等[35]发现在使用人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)转录激活子Tat处理的小胶质细胞中的miR-34a表达增加，结合其靶点NLRC5使其表达减少，激活NF-κB信号通路从而介导小胶质细胞的激活以及炎症反应。此外，miR-210和miR-155p5也可以促进小胶质细胞的激活[36-37]。

在视网膜疾病的研究中也有miRNA可以调节小胶质细胞激活的相关报道。Karali等[38]发现miR-204可以有效保护RP小鼠和Leber先天性黑矇小鼠的光感受器细胞。其机制是miR-204通过结合并抑制Siglec1基因，从而使激活的小胶质细胞/巨噬细胞的细胞膜受体唾液酸黏附素减少，使得小胶质细胞的激活受到抑制。Dong等[39]发现在视网膜的小胶质细胞中miR-30a可以抑制NLPR3表达来抑制小胶质细胞的激活，从而对糖尿病视网膜病变的视网膜组织起到一定的保护作用。Bhattacharjee等[40]通过培养C8B4小胶质细胞和检测年龄相关性黄斑变性患者视网膜组织发现，miR-34a可以结合其靶点TREM2使其表达减少，激活NF-κB信号通路，降低小胶质细胞对于淀粉样蛋白的吞噬和清除能力。

因此，把能够激活小胶质细胞的miRNA作为抑制靶点或者把能够抑制小胶质细胞激活的miRNA作为保护剂(表1)，或许可以作为CNS和视网膜疾病的治疗策略。

3.2 lncRNA lncRNA是指＞200个核苷酸并缺乏蛋白编码功能的ncRNA，可以通过顺式作用激活或沉默近邻基因的表达，也可以通过反式作用调控远距离基因染色质状态激活或沉默基因[41]。

因lncRNA作用机制的不同，并且部分lncRNA还可以与HDAC、HMT或miRNA联合修饰，使得lncRNA对于小胶质细胞的功能调控更具有复杂性。Zhang等[42]和Wang等[43]分别发现MCAO小鼠模型lncRNA-1810034E14Rik和lncRNA H19可有效抑制小胶质细胞的激活以及减少炎症介质的分泌，敲低lncRNA H19可以逆转由于缺血而引发的HDAC1增多以及组蛋白H3和H4乙酰化水平降低的现象。而Sun等[44]发现lncRNA GAS5可以激活脑脊髓炎小鼠模型的小胶质细胞。lncRNA不仅可以调控小胶质细胞的激活，还可以影响小胶质细胞的凋亡。Jiang等[45]在脊髓损伤大鼠模型中发现，lncRNA SNHG5可以通过增加KLF4的表达来减少小胶质细胞的凋亡，增加小胶质细胞的存活率，同时也能使eNOS的分泌也相应增加，使神经炎症反应加重。

由于lncRNA与小胶质细胞间关系的相关研究较少，并且lncRNA对小胶质细胞功能调控的复杂性，所以在分析lncRNA对于小胶质细胞的影响时需充分考虑不同lncRNA间的差别以及是否与HDAC、HMT或miRNA具有协调修饰作用。

3.3 circRNA circRNA是真核细胞内的一类3′端与5′端共价结合的环状RNA，充当miRNA“海绵”而抑制miRNA活性来调节基因表达[46]。Wang等[47]报道了在OGD培养的小胶质细胞中circRNA PTK2通过充当miR-29b的“海绵”，抑制miR-29b的活性，减少SOCS-1的表达，激活JAK2/STAT3信号通路，促进IL-1β的分泌，引起海马体神经元的凋亡。

尽管关于circRNA在CNS[48]和视网膜[49-50]疾病中已有研究，但涉及小胶质细胞的实验报道较少，仍需要更多实验资料来阐明circRNA对小胶质细胞功能的调控所涉及的相关机制。

表1 miRNA对小胶质细胞功能调节的相关研究

4 展望

虽然有不少研究集中于DNA甲基化、组蛋白修饰和ncRNA这3种表观遗传学修饰对于小胶质细胞功能的调控，但是其中尚未明确的具体机制还有待进一步阐明。由于多种表观遗传学调控系统共同存在于机体中，而这些表观遗传学调控系统可以相互联系形成一个网络，共同调节各种生理与病理过程，所以应该充分考虑多种表观遗传学修饰的共同作用对小胶质细胞的影响。表观遗传学修饰对于小胶质细胞功能的调控具有至关重要作用，明确其涉及的相关机制对于CNS和视网膜疾病的临床治疗无疑具有重要意义。