類風濕關節炎表觀遺傳學研究進展①

趙智明 蔡 輝

(南京軍區南京總醫院中西醫結合科，南京210002)

類風濕關節炎表觀遺傳學研究進展①

趙智明 蔡 輝

(南京軍區南京總醫院中西醫結合科，南京210002)

類風濕關節炎(Rheumatoid arthritis，RA)是一種自身免疫性疾病，以慢性滑膜炎為主要病理改變，臨床表現為關節疼痛腫脹、關節損傷和活動受限，最終會導致關節破壞和殘疾。以抗瓜氨酸化抗體(Citrullinated peptide antigens,ACPA)是否陽性來劃分，RA可以被劃分為ACPA+和ACPA-兩大類[1]。ACPA+的RA患者與特定的HLAⅡ類等位基因相關。多項全基因組關聯分析(Genome-wide association studies,GWAS)已經確認遺傳變異在不同群體中均與RA發病相關聯。但是，這些突變只能解釋不到20%的ACPA+的RA易感性，對于ACPA-RA貢獻率更低。環境誘發因素中吸煙是已知最重要的環境風險因素，在RA發病中至關重要[2]。但是對于免疫力、生活方式、遺傳和環境因素之間的相互作用如何在RA發病中發揮作用尚無很好解釋。表觀遺傳因素可能成為鏈接遺傳學和基因表達的重要媒介，用于解釋RA發病原因[2]。

1 表觀遺傳因素與基因表達

“表觀遺傳學”一詞最初是用來描述有基因活性但沒有遺傳密碼改變的遺傳變化。目前這一術語更多情況是指不涉及核苷酸序列變化的染色質相關調節機制，無論這樣的特征是否能夠嚴格遺傳[3]。翻譯后組蛋白修飾，例如乙酰化、甲基化或磷酸化等標記被表觀寫入蛋白添加到組蛋白側鏈或該DNA(DNA甲基化)的胞嘧啶殘基。這些表觀遺傳標記介導轉錄、DNA復制和重組、DNA損傷反應和染色質重塑等基本過程，可以被“識別蛋白”所識別。表觀遺傳“擦除蛋白”可以移除這些表觀遺傳標記[4,5]。對這一基本過程的了解有助于理解遺傳學中表觀遺傳修飾的基本方式。

除了翻譯后組蛋白修飾和DNA甲基化，非編碼RNA也可以影響基因表達水平。mRNA是短鏈非編碼RNA，能夠發揮影響穩定、阻礙翻譯等作用，但是其他非編碼RNA在RA中的作用尚未確認[6]。長鏈非編碼RNA是指長度大于200個核苷酸的、可以通過影響mRNA穩定性調節基因表達水平的RNA序列。它們能夠改變轉錄效率并充當mRNA前體。進一步講，長鏈非編碼RNA可以通過引導染色質修飾復合物和其他核蛋白到特定基因組座位發揮作用以控制特定基因的表觀遺傳學狀態[7]。有研究者發現一種長非編碼RNA的變異型在RA患者外周血單核細胞(Peripheral blood mononuclear cell,PBMC)中，正常人群中并未發現該RNA，但其作用仍在研究中[8]。近期研究報道[7]，編碼LOC100506036的長非編碼RNA可以調節SMPD1和NFAT1進而調節RA的炎癥狀態。

2 DNA甲基化

DNA甲基化是通過DNA轉甲基酶(DNA methyl transferases,DNMT)實現的，導致5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5-mC)形成。大量研究集中于5-mC位于富含CpG的區域，該區域稱為CpG島。這些島位于轉錄起始位點附近的啟動子區域，這一區域的甲基化會阻止轉錄的發生，與長時間基因沉默包括X染色體失活等有關[9]。

一種發生改變的DNA甲基化特征在RA患者和骨性關節炎患者滑膜成纖維細胞中和RA患者PBMC中均有發現，主要表現為RA患者滑膜組織5-mC下降[10]。低甲基化基因組主要與細胞遷移相關，包括黏著斑形成、細胞黏附、跨內皮遷移和細胞外基質相互作用等[11]。有研究顯示，聚胺調節因子1綁定蛋白(PMFBP1)和精素/精胺N1乙?；D移酶(Spermidine/spermine N1-acetyltransferase,SSAT1)的升高在RA滑膜成纖維細胞(RASF)中促進了分解代謝和聚胺再利用。研究者推測DNA甲基化過程中甲基化供體S腺蛋氨酸(S-adenosyl methionine,SAM)的大量消耗是導致RASF中總體DNA低甲基化的重要原因[12]。有研究發現一種新的方法可以抑制RA關節破壞，該方法通過一種SSAT-1抑制劑乙酰甘氨酸重氮氨苯脒抑制聚胺循環途徑發揮作用，可以單獨應用或與SAM/L-甲硫氨酸聯用。動物研究表明，SSAT-1抑制劑降低RASF黏附和基質金屬蛋白酶表達[13],這可能是針對RASF的首個治療靶點。

包括DNA甲基化的全面改變，不同RA細胞型特定基因的啟動子表現為低甲基化或高甲基化狀態[14]。細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4啟動子單CpG位點的甲基化在RA患者調節性T淋巴細胞(regulatory T cells,Treg)中表現為活化T細胞2核因子轉錄因子損傷，導致CTLA-4水平下降。隨后，Treg不能活化色氨酸降解酶吲哚胺2,3-二氧化酶從而不能激活免疫調節的犬尿氨酸途徑[15]。這些因素共同交織導致表觀遺傳學改變影響整個RA細胞的功能。

3 組蛋白乙?；?/h2>

組蛋白乙?；腿ヒ阴；怯苫钚韵喾吹膬蓚€酶家族完成，即組蛋白乙?；?Histone acetylases,HAT)和組蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDAC)。HDAC通過從賴氨酸殘基移除帶負電荷的乙酰基來發揮其表觀遺傳學作用，導致染色質壓縮和影響轉錄因子靠近。人類基因組包括18個基因編碼的HDAC，根據結構和功能的相似性被分為4個群組。Ⅰ類 HDAC(HDAC 1,2,3,8)廣泛表達于核心部位，Ⅱ類HDAC(HDAC 4-7,9)表達局限，能夠穿梭于細胞核與細胞質之間。Sirtuins(SIRT 1-7)是Ⅲ類HDAC，需要NADt參與酶活性。HDAC11是Ⅳ類 HDAC的唯一成員[16]。除了飲食因素對HDAC活性的影響，抗TNF治療在RA中表現為PBMC核提取物HAT/HDAC比例升高，而利妥昔單抗對HAT和HDAC核活性有促進作用[17]。吸煙導致RA關節局部基因表達水平增加的作用與SIRT6介導有關。Engler等[18]發現SIRT6在吸煙者滑膜組織中增加，且與吸煙RA患者疾病持續時間有關，而在非吸煙RA中沒有發現這一現象。RASF中SIRT6的上調暴露于香煙提取物或TNF作為抗調節機制參與MMP1產生[18]。這些發現與先前報道的SIRT6在RASF體外研究和CIA小鼠模型體內實驗抗炎抗破壞作用相一致[19]。與之相反，SIRT1表達水平在滑膜組織和滑膜細胞中高表達提示其有促炎和抗凋亡作用[20]。SIRT1和SIRT6相互矛盾的作用提示對HDAC家族的研究應該更有針對性，各成員之間的功能可能完全相反。

多種HDAC阻滯劑已經被部分體外和體內研究證實有效[21,22]，但是多項研究表明這些HDAC抑制劑是染色質依賴的非表觀遺傳學效應被阻滯[14]。越來越多有潛力的HDAC抑制劑正在逐漸被發現[23,24]。Ahmed等[22]發現拉格唑拉(Largazole，LAR)，一種海洋衍生(Marine-derived)Ⅰ類HDAC抑制劑，能夠抑制RASF中TNF誘導的細胞間黏附分子1(Intracellular adhesion molecule-1,ICAM-1)和血管黏附分子1(Vascular adhesion molecule-1,VCAM-1)過表達。LAR可以調節HDAC1、HDAC5及HDAC6水平，HDAC6在LAR誘導的ICAM-1和VCAM-1變化中發揮作用。這些結果表明，對HDAC酶確切作用的研究對RA發病及針對HDAC抑制劑的研究有重要價值[22]。國內學者通過探討去乙酰化酶抑制劑VPA改變巨噬細胞的組蛋白修飾，發現其可以影響巨噬細胞極化的過程,為治療自身免疫性疾病提供了新的思路[25]。

4 表觀遺傳學介導遺傳風險

研究人員試圖將表觀遺傳機制與遺傳易感基因位點聯合探索，尋找RA的發病原因[11,26]。Liu等[27]對ACPA+患者白細胞基因組甲基化和單核苷酸多態性(Single nucleotide polymorphism,SNP)進行分析，發現MHC區域9簇差異甲基化特征和一個在同一染色體上非MHC區域，可能介導RA遺傳風險。此外，在一個跨族群GWAS數據薈萃分析，對非MHC風險位點富集染色質區域進行評估[28]，找到部分風險因素。用來標記啟動子和增強子激活和增強的組蛋白3賴氨酸4三甲基化(Histone 3 lysine4 trimethylation,H3K4me3)，已被證明是具有表型細胞特異的組蛋白標記[29]。RA的風險基因的候選基因與免疫相關細胞生物學中H3K4me3峰重疊，特別是在Treg 中[28]。

5 其他類型翻譯后組蛋白修飾

除外乙酰化在RA中研究較多之外，其他轉錄后組蛋白修飾的研究較少[14]。最近，關于組蛋白磷酸化方面的研究開始出現，研究人員通過篩查84個已知染色質修飾酶，發現極光激酶A(Aurora kinase A,AURKA)和B(Aurora kinase B,AURKB)在蛋白聚糖誘導的關節炎(Proteoglyan-induced arthritis,PGIA)小鼠以及RA患者PBMC單核細胞中過表達。B細胞AURKA與AURKB水平的升高是基于PGIA小鼠相關磷酸化組蛋白3水平升高的。用泛極光酶抑制劑可以增加B細胞凋亡和減少關節炎小鼠炎癥反應物[30]。

6 靶向表觀識別蛋白

近年來大量研究致力于布羅莫結構域和額外末端(Bromodomain and extraterminal,BET)家族(BRD2、BRD3、BRD4、BRDT)的抑制劑。BET蛋白是賴氨酸殘基(Kac)e-N-乙?；淖R別蛋白，位于組蛋白尾部，是一種與開放染色質結構和轉錄激活有關的修飾結構[31]。多項臨床研究已經開始，BET抑制劑Ⅰ-BET762用于治療睪丸核蛋白(Nuclear protein in tests,NUT)中線癌；OTX015用于治療惡性血液病；CPI-0610用于治療淋巴瘤，提示該類抑制劑有巨大臨床潛力[32]。由于BET抑制劑潛在的抗炎作用，已經有人關注其用于自身免疫病的可能[33]。Mahdi等[34]探討了BET蛋白在RA中與基因型、吸煙、自身免疫對瓜氨酸化α-烯醇酶之間的關系。有3個在BRD2的SNP座位與RA陽性瓜氨酸化α-烯醇酶肽1和環瓜氨酸肽有關，獨立于HLADRB1共享等位基因表位。另外一個表觀識別蛋白BRD1(BRPF2)基因座位SNP在RA進展期發揮保護關節作用。治療劑量的BET抑制劑JQ1被證明在兩個自身免疫老鼠模型中是有效的，一種是CIA小鼠，一種是實驗性自身免疫性腦脊髓炎老鼠(Encephalomyelitis,EAE)[35]。BET抑制劑可以抑制Th17細胞的激活與分化[36]。在Toll樣受體配體存在的情況下，抑制劑Ⅰ-BET151可以廣泛抑制RASF多種炎癥介質和基質降解酶。Ⅰ-BET151可以降低RASF的增殖比率和朝向PBMC移動的趨向性。BET蛋白在不同炎癥和自身免疫情況下的獨特作用機制仍需繼續研究。除了靶向Bromodomain蛋白之外，其他表觀標記識別蛋白包括甲基賴氨酸綁定位點識別蛋白可能發揮潛在的治療作用，需要進一步研究證實[37]。

7 結論

關于表觀遺傳相關因子的研究在RA中逐步得到重視。進一步解釋參與RA發病的不同細胞中不同類型的表觀遺傳學改變有助于理解表觀遺傳學在RA中的作用，并有助于尋找新的治療靶點?，F有研究已經取得部分可喜的成果，可以預見，表觀遺傳學在RA治療中將占有重要的地位。

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[收稿2016-07-19 修回2016-08-23]

(編輯 許四平)

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.04.033

①本文為南京軍區南京總醫院科研項目資助(No.2013056)。

趙智明(1979年-)，男，在讀博士，主治醫師，主要從事中西醫結合風濕免疫病方向，E-mail:chinazzm@163.com。

及指導教師：蔡 輝(1959年-)，男，醫學博士，主任醫師，教授，博士生導師，主要從事中西醫結合風濕免疫病方向，E-mail:njzy_caihui@163.com。

R593.22 R394

A

1000-484X(2017)04-0634-04