系統性硬化癥表觀遺傳學研究進展

濮偉霖+郭士成+陳偲玓+王久存

摘 要 系統性硬化癥是一種復雜的自身免疫性疾病，其病因目前尚不清晰。近年來的研究發現，表觀遺傳因素參與了多種復雜疾病的發病過程。表觀遺傳因素由于同時受到遺傳和環境因素的影響，可更深入地解釋疾病發病相關機制。本文介紹系統性硬化癥表觀遺傳學研究進展。

關鍵詞 系統性硬化癥 表觀遺傳學 DNA甲基化

中圖分類號：R593.25 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1533（2017）S1-0027-03

Research advances in the studies of systemic sclerosis epigenetics*

PU Weilin**， GUO Shicheng， CHEN Sidi， WANG Jiucun***（School of Life Sciences， Fudan University， Shanghai 200438， China）

ABSTRACT Systemic sclerosis （SSc） is a kind of complex autoimmune disease with different manifestations. The pathogenesis of SSc remains unknown. Multiple studies have revealed that the epigenetic factors are involved in the pathogenesis of many complex diseases. Meanwhile， the pathogenesis of SSc can be deeply understood by the study of the epigenomic status of individuals because it can be influenced by both genetic and environmental factors. This paper summarizes the advances in the studies of SSc epigenetics till now.

KEY WORDS sytemic sclerosis； epigenetics； DNA methylation

系統性硬化癥（sytemic sclerosis， SSc）是一種病因不明的復雜的自身免疫性疾病。通過應用候選基因研究到全基因組關聯研究等多類遺傳學分析方法，目前已發現大量的遺傳易感因素，但對疾病易感性的貢獻仍處在較低水平。近年來的研究發現，表觀遺傳因素參與了SSc等自身免疫性疾病的發病過程。表觀遺傳因素同時受到遺傳和環境因素的影響，是遺傳和環境在疾病發生中的交互接口，可驅動具有特定遺傳傾向的個體發生自身免疫性疾病。因此，表觀遺傳修飾可在某些方面更深入地解釋疾病發生及進展的過程。本文介紹表觀遺傳現象（包括DNA甲基化、組蛋白修飾和miRNA等）在SSc發病、進展及其診斷、預后中的作用。

1 DNA甲基化

表觀遺傳修飾異常已被證實是復雜疾病發病機制中的重要組成部分，作為表觀遺傳修飾中被研究得最為透徹的DNA甲基化首先被聯想到在SSc的易感性或致病中可能起著重要作用。雖然DNA甲基化在SSc中的研究數有限，但國際上的SSc研究團隊基本上運用了各類前沿技術以獲取SSc甲基化譜式的特征。2012年Jiang等[1]發現，SSc患者CD4+ T細胞中基因TNFSF7啟動子區的去甲基化可促進CD70的高表達，進而影響SSc的免疫反應。CD4+ T細胞中CD11a調控序列的低甲基化可使CD11a過表達，并介導SSc發生過程中的免疫應答異常及纖維化發生[2]。此外，對女性SSc患者，CD4+ T細胞非活化的X染色體上基因CD40L的低甲基化所導致的CD40L表達增高可能是SSc在女性中高發的一個重要原因[3]。2014年Dees等[4]發現，基因DKK1和SFRP1啟動子區的異常甲基化參與了SSc中Wnt信號傳導通路異常的發生。2015年Altorok等[5]采用methylation450K全基因組甲基化芯片對配對的6組SSc患者和健康者的皮膚成纖維細胞進行異常甲基化分析，在彌漫性SSc（diffuse cutaneous systemic sclerosis， dcSSc）和局限性SSc（limited cutaneous systemic sclerosis， lcSSc）患者的皮膚成纖維細胞中分別鑒定出2 710和1 021個與健康者有顯著差異的甲基化位點。在所有有差異的甲基化位點中，異常低甲基化位點數遠遠超過高甲基化位點數，其中在dcSSc和lcSSc患者的皮膚成纖維細胞中，異常甲基化位點中分別有61%和90%為低甲基化位點。此外，Altorok還觀察到了大量SSc亞型特異性的異常甲基化位點。在dcSSc和lcSSc患者的皮膚成纖維細胞中均異常的甲基化位點數僅203個，涉及118個低甲基化和6個高甲基化基因，其中共同低甲基化基因包括ITGA9、ADAM12、COL23A1、COL4A2、MYO1E、RUNX1、RUNX2和RUNX3等，且低甲基化位點多位于基因的body區和UTR區。基于差異甲基化基因的異常信號傳導通路分析顯示，細胞外基質受體的相互作用及黏著斑系統發生了異常，此與前期的大量研究結果相吻合。

Lei等[6]采用全基因組甲基化水平定量評估技術對中國的10例SSc患者和12例健康者CD4+ T細胞的全基因組甲基化水平以及DNA甲基化系統相關基因表達進行了評估，發現SSc患者的DNA甲基化轉移酶-1、甲基化結合蛋白-3和甲基化結合蛋白-4的表達顯著降低，并觀察到甲基化結合蛋白-4的表達水平與SSc患者全基因組的DNA甲基化水平顯著相關。此外，SSc患者CD4+ T細胞的全基因組甲基化水平顯著低于健康者，與在腫瘤基因組中的現象一致。全基因組甲基化水平對SSc特異性的甲基化譜式的揭示有助于促進SSc的早期診斷、進展預測及其治療手段的發展，因此筆者等近期也通過高通量甲基化芯片技術對SSc患者的CD4+和CD8+ T細胞進行了甲基化水平研究，發現SSc患者有多個與Ⅰ型干擾素相關的基因同時呈現低甲基化和高表達狀態，提示Ⅰ型干擾素相關信號傳導通路可能與SSc的發生相關。盡管上述全基因組水平研究已為SSc的甲基化組學提供了大量數據，但高覆蓋率和高分辨率的SSc全基因組甲基化譜式尚未完成，SSc基因組中各種功能原件的精確甲基化譜式也有待進一步的研究。

2 組蛋白修飾

Wang等[7]以SSc患者的B細胞為模型研究了SSc患者全基因組水平的組蛋白修飾變化情況，發現SSc患者的B細胞在全基因組水平呈異常的組蛋白H4高乙酰化和組蛋白H3中賴氨酸9低甲基化狀態，同時發現基因JHDM2A顯著高表達并伴組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase， HDAC）2、HDAC7和UV39H2低表達。臨床觀察發現，全基因組組蛋白H4乙酰化與疾病活動性正相關，HDAC2的表達與皮膚厚度負相關。因此，全基因組水平組蛋白修飾的變化可能與SSc的多種臨床表型密切相關。

對SSc患者和健康者成纖維細胞中基因FLI1啟動子區組蛋白H3和H4乙酰化水平的檢測結果顯示，SSc患者成纖維細胞中的組蛋白H3和H4呈顯著低乙酰化狀態[8]。而組蛋白去乙酰化是靶基因表達受抑制的標志，可增強FLI1與DNA的相互作用，使染色質結構變得緊密、不利于轉錄，從而導致FLI1的低表達，進而使得細胞外基質基因的表達增高。此研究還發現，HDAC1和HDAC6在成纖維細胞中均高表達，與組蛋白H3和H4的低乙酰化狀態相符。由此可見，FLI1的組蛋白去乙酰化與SSc的發生、發展相關。

基于在成纖維細胞中存在組蛋白乙酰化異常現象，研究者開始嘗試使用HDAC抑制劑如曲古抑菌素A（已被廣泛用于脊髓增生異常治療）來進行治療。曲古抑菌素A能夠抑制SSc動物模型皮膚成纖維細胞中Ⅰ型膠原的表達[8]并減少成纖維細胞數[9]，減少皮膚纖維化動物模型中膠原、細胞外基質和纖連蛋白的累積[10]。有研究顯示，曲古抑菌素A的這種效應是通過抑制HDAC7的表達、進而抑制膠原基因COL1A1和COL3A1等的表達而實現的[9，11]。上述各研究表明，組蛋白乙酰化水平變化可能在SSc發病中起著重要作用，而組蛋白乙酰化調控因子則有用于治療SSc的潛力。

3 miRNA

由于miRNA對多種生理功能具有重要的調控作用，且miRNA的異常與多種疾病的發病均有非常重要的關聯，因此對SSc的研究也涉及到對miRNA的研究。Makino等[12]在miRNA層面對SSc小鼠模型的膠原沉積及組織纖維化進行了研究，發現在dcSSc和lcSSc小鼠模型中均存在let-7a的低表達現象。進一步研究發現，過表達的let-7a可抑制Ⅲ型膠原蛋白的表達活性，從而減緩SSc小鼠模型的纖維化進程。Honda等[13]的研究發現，miR-150的低表達可促進Ⅰ型膠原蛋白的過表達。Maurer等[14]的研究發現，SSc患者的miR-29a呈顯著低表達狀態。miR-29a與SSc患者細胞外基質膠原的沉積和組織纖維化密切相關，可直接降低Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的表達。此外，β-轉化生長因子、血小板源性生長因子B和白介素-4等均可降低miR-29的表達。因此，miR-29a有望成為SSc治療藥物的作用靶點。另有研究發現，miR-142在SSc患者血漿游離成分中的水平顯著增高，且與疾病嚴重程度顯著相關，提示miR-142有望用作SSc的診斷或輔助診斷標志物[15]。

4 結語

SSc的發病可能是在長期的風險環境暴露下通過改變表觀基因（DNA甲基化、組蛋白修飾和miRNA等）并結合特定易感基因共同作用的結果。因此，對SSc致病因素的研究應采取同時結合表觀遺傳學和遺傳學的研究策略，對SSc相關的易感基因變異，包括單核苷酸多態性、拷貝數變異、DNA甲基化和組蛋白修飾等，展開多組學聯合關聯分析，以促進對SSc的發病機制有更深入的認識，建立有效的SSc發病預測模型及治療策略。

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