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Graves病發(fā)病機制新進展①

2017-04-24 01:26:04鄭慧娟魏軍平
中國免疫學(xué)雜志 2017年4期
關(guān)鍵詞:機制研究

鄭慧娟 魏 璠 魏軍平

(中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院內(nèi)分泌科,北京100053)

Graves病發(fā)病機制新進展①

鄭慧娟 魏 璠 魏軍平

(中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院內(nèi)分泌科,北京100053)

Graves病(Graves disease,GD)又稱毒性彌漫性甲狀腺腫,是針對甲狀腺濾泡細胞膜上促甲狀腺激素受體(Thyroid stimulating hormone receptor, TSHR)產(chǎn)生的抗體(TRAb)所引起的一種自身免疫性疾病,是引起甲亢最常見的原因,每年發(fā)病率約為20~30/1 000 000,約有3%的女性和0.5%的男性患病,一般集中在30~60年齡段[1]。目前GD發(fā)病機制尚未完全闡明,近年來有大量關(guān)于表觀遺傳、環(huán)境和免疫學(xué)因素在GD發(fā)病機制中的最新研究,證實免疫、環(huán)境、遺傳相互作用在GD發(fā)病中起著重要作用?,F(xiàn)對其作一綜述。

1 表觀遺傳調(diào)控

GD的發(fā)生具有明顯的家族聚集性,基因所致的自身免疫疾病占70%,提示遺傳因素在該疾病發(fā)生發(fā)展中的作用不可忽視[2]。表觀遺傳因素在基因和環(huán)境之間起調(diào)節(jié)作用,基因可通過環(huán)境作用而出現(xiàn)甲基化、乙?;⑷ヒ阴;?、組蛋白修飾或微小RNA(microRNA)的干擾參與GD的發(fā)生,可見表觀遺傳機制在GD的發(fā)病中扮演了重要角色[3,4]。與穩(wěn)定的基因序列相比,表觀遺傳是一個動態(tài)可逆的過程,因此探究表觀遺傳學(xué)在GD發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控,有望通過藥物進行干預(yù),成為GD治療的一個重要突破口[5]。

1.1 DNA甲基化修飾 DNA甲基化是常見的表觀遺傳學(xué)修飾形式,是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase,DNMTs)催化下,將甲基轉(zhuǎn)移至CpG雙核苷酸序列的胞嘧啶區(qū)域調(diào)控基因表達,參與多種生物學(xué)過程如染色質(zhì)修飾、X染色體失活和基因組印跡。啟動子區(qū)域DNA甲基化與基因表達呈負相關(guān),低甲基化狀態(tài)可致免疫細胞的異常增殖。遺傳基因多態(tài)性、環(huán)境等多種因素可導(dǎo)致DNA的甲基化狀態(tài)改變,最新研究顯示DNA甲基化異常、DNMTs基因多態(tài)性與GD密切相關(guān)。一項關(guān)于GD患者體內(nèi)DNA甲基化形式的研究,共識別了GD患者132個超甲基化區(qū)域和122個低甲基化區(qū)域,甲基化CpG結(jié)合蛋白2 和DNMT1蛋白表達水平明顯降低[6]。T細胞亞群的異常與GD發(fā)病密切相關(guān),通過檢測GD患者T細胞亞型基因組中3 687個CpG區(qū)域,發(fā)現(xiàn)CD8+T細胞內(nèi)CpG區(qū)域多數(shù)處于低甲基化狀態(tài),T細胞受體信號相關(guān)基因(CD247, LCK, ZAP70和3個CD3家族成員)高甲基化及TSHR位點的甲基化改變,進而影響基因的轉(zhuǎn)錄水平[7]。DNMTs是催化并維持DNA甲基化過程的一類酶,在生物體生長發(fā)育不同時期及不同細胞表達不同,DNMTs單核苷酸多態(tài)性(Single nucleotide polymorphism,SNPs)可導(dǎo)致甲基轉(zhuǎn)移酶構(gòu)型、功能異常,影響基因組DNA甲基化水平,參與自身免疫性甲狀腺疾病的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)DNMT3B和DNMT1基因可通過參與甲基化改變與GD的遺傳易感性相關(guān)[8]。

1.2 組蛋白修飾 組蛋白包括H1、H2、H3、H4和H5,組蛋白尾部可發(fā)生乙?;⒓谆?、磷酸化及泛素化等多種共價修飾,是基因表達和轉(zhuǎn)錄過程中的重要調(diào)控方式,這種共價修飾主要由組蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDACs)和組蛋白乙?;D(zhuǎn)移酶(Histone acetyl transferases,HAT)催化。研究表明,在甲狀腺的自身免疫過程中,不但發(fā)生了DNA甲基化,組蛋白修飾也參與了GD的發(fā)病機制,GD患者T細胞受體信號轉(zhuǎn)錄基因H3K4me3 和 H3K27ac修飾水平降低,CD3家族基因呈現(xiàn)明顯的負相關(guān),即甲基化水平增加而轉(zhuǎn)錄水平降低[7]。經(jīng)觀察GD患者外周血單核細胞(Peripheral blood mononuclear cell,PBMCs)組蛋白表達方式,發(fā)現(xiàn)組蛋白H4去乙?;斤@著下降,HDAC1和HDAC2蛋白mRNA表達水平明顯增加,且H4乙酰化程度與GD病情呈負相關(guān)。結(jié)果進一步證實了GD患者PBMCs組蛋白乙?;揎棻憩F(xiàn)異常[9]。研究為探索GD的發(fā)病機制提供了新思路,并為研究GD的表觀遺傳因素打下了基礎(chǔ)。

microRNA是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼小分子RNA,通過表觀遺傳修飾改變DNA甲基化、組蛋白修飾及染色質(zhì)重塑,介導(dǎo)基因表達和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。研究顯示,microRNAs參與表觀遺傳調(diào)控的免疫反應(yīng),可作為自身免疫性疾病診斷的生物學(xué)標記和治療靶點[4,10]??傊?,DNA甲基化、組蛋白修飾和microRNA作為一種重要的基因表達調(diào)控機制,在GD發(fā)病機制中發(fā)揮著重要作用,深入研究表觀遺傳修飾在GD中的作用,有利于揭示GD的發(fā)病機制。

2 環(huán)境因素

大量研究表明遺傳和環(huán)境因素共同參與GD的發(fā)病,但是其機制尚不清楚。目前已確定與GD易感性有關(guān)的基因包括免疫調(diào)節(jié)基因人類白細胞抗原(Human leukocyte antigen-DR,HLA-DR)、趨化因子基因(IL8、RANTES、MIG、IP10、MCP1和IL16)、CD40、細胞毒性T淋巴細胞抗原4(CTLA-4)、蛋白絡(luò)氨酸非受體型22(PTPN22)、CD25、FOXP3和甲狀腺特定基因TSHR和TG[11-14]。環(huán)境因素主要是指食物中碘(過量或缺乏)、維生素D、硒元素、藥物(IFN-α、胺碘酮)、感染(如丙型肝炎病毒)、吸煙、壓力、污染(如芳香烴)、輻射暴露等[15]。近年來全基因組關(guān)聯(lián)分析認為GD是基因-環(huán)境交互作用的復(fù)雜疾病,GD易感基因可能促使環(huán)境暴露在發(fā)病中的作用[16]。

微量元素攝入與GD的發(fā)生顯著相關(guān),微量元素攝入與基因遺傳背景具有交互作用。甲狀腺內(nèi)含硒最高,與甲狀腺密切相關(guān)的硒蛋白包括谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidase,GPX)和硫氧還蛋白還原酶(Thioredoxin reductase,TxnRd)等,在甲狀腺抗氧化系統(tǒng)和甲狀腺激素合成、活化及代謝中發(fā)揮重要作用,參與免疫調(diào)節(jié)而影響甲狀腺功能和機體免疫狀態(tài)[17,18]。硒缺乏狀態(tài)下,體內(nèi)堆積的H2O2可致甲狀腺組織破壞,使大量Tg和TPOAb釋放入血,引起自身免疫反應(yīng),而攝入足夠的硒對甲狀腺功能至關(guān)重要[19]。一項硒治療自身免疫性甲狀腺疾病(Autoimmune thyroid disease,AITD)的薈萃分析[20]顯示,硒治療后GD患者TRAb水平明顯下降[21],且可能通過影響GPX1活性及TRAb作用來防治GD的復(fù)發(fā)[21]。碘化鈉轉(zhuǎn)運體(Sodium iodide symporter,NIS)對甲狀腺細胞攝取碘合成甲狀腺激素起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)硒可通過TxnRd活性增加大鼠甲狀腺細胞內(nèi)NIS蛋白活性,進而促進碘吸收和甲狀腺激素合成,從而在GD發(fā)病機制中起著重要作用[22]。維生素D(Vitamin D ,VD)是一重要的免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)因子,VD及受體(VDR)表達異常與包括GD在內(nèi)的多種自身免疫性疾病相關(guān)[23]。近年來研究顯示VDR基因多態(tài)性與GD發(fā)病相關(guān),VD通過與靶細胞結(jié)合調(diào)控結(jié)構(gòu)基因表達[24]。另有研究探討維生素D結(jié)合蛋白(Vitamin D binding protein, DBP)基因多態(tài)性與肥胖遺傳易感性關(guān)系,闡釋了DBP基因位點與吸煙狀態(tài)和體力活動等因素間存在著交互作用[25]。

病毒感染誘發(fā)的自身免疫性甲狀腺疾病可使部分易感人群引發(fā)甲狀腺局部的炎癥,一項體外實驗將乙肝病毒(HCV)感染人類甲狀腺細胞,HCV受體CD81表達于甲狀腺細胞,可結(jié)合HCV包膜蛋白E2,誘導(dǎo)細胞因子的產(chǎn)生引發(fā)甲狀腺的過度增殖[26]。另有研究顯示,腸道病毒也易累及甲狀腺引起自身免疫性反應(yīng),這與機體易感性關(guān)系密切[27]。吸煙是GD致病的危險因素之一,全基因組分析證實吸煙與成人常染色體DNA甲基化特定CpG區(qū)域相關(guān),揭示GD是基因與環(huán)境交互作用的結(jié)果,遺傳易感性對環(huán)境危險因素表現(xiàn)各異[28]。

3 免疫學(xué)機制研究

免疫反應(yīng)是GD發(fā)生、發(fā)展的核心因素。傳統(tǒng)研究認為體液和細胞機制單獨參與AITD的發(fā)病機制,而新的研究表明兩種免疫途徑之間相互作用共同致病,一些B、T細胞激活途徑通過抗原遞呈細胞(Antigen-presenting cells,APCs)和細胞因子,導(dǎo)致輔助T細胞(Helper T cells ,Th)和調(diào)節(jié)T細胞(regulatory T cell,Treg)的定向分化[29]。目前GD的免疫相關(guān)機制研究多集中在CD4+T淋巴細胞新亞群功能及其分泌的細胞因子功能的免疫調(diào)節(jié)等方面。

3.1 T細胞亞群失衡 人類CD4+T細胞識別甲狀腺自身抗原并與其受體相結(jié)合而被激活,從而產(chǎn)生各種黏附分子和細胞因子,并激活CD8+T淋巴細胞或B細胞,最終產(chǎn)生自身抗體[30]。研究表明Th1/Th2細胞比例失衡、紊亂的細胞因子作為細胞間的信號傳遞分子,通過多種途徑導(dǎo)致GD的發(fā)生發(fā)展[31]。李紅林等[32]研究細胞因子活性對GD致病的影響,結(jié)果表明IFN-γ、IL-6、IL-17、TGF-β1在初發(fā)GD患者血清中水平顯著高于對照組,且與FT3、FT4呈正相關(guān),與TSH呈負相關(guān),提示它們協(xié)同作用參與機體的免疫應(yīng)答,導(dǎo)致甲狀腺功能改變,引起GD的發(fā)生。新近研究發(fā)現(xiàn)GD免疫病理中CD4+T細胞的新亞群Th17和Treg細胞在AITD的發(fā)病過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[33]。Th17細胞數(shù)量及分泌的細胞因子影響GD的發(fā)病,與疾病嚴重程度相關(guān);Treg細胞數(shù)量或功能改變,減弱對Th細胞的抑制,促使B淋巴細胞產(chǎn)生異質(zhì)性TRAb。有報道稱在GD患者的甲狀腺組織及外周血中發(fā)現(xiàn)Treg細胞增多,其功能缺陷是免疫失衡的主要原因,Bossowski等[34]觀察GD患者外周血中Th17/Treg細胞比例,發(fā)現(xiàn)患者內(nèi)CD4+IL17+/CD4+CD25+CD127-和CD4+IL17+/CD4+CD25+CD127-FoxP3+細胞與對照組相比明顯降低,且與TRAb正相關(guān)。上述的研究表明外周血中Th17/Treg細胞比例變化與抗甲狀腺抗體水平明顯相關(guān),提示兩者比例失衡參與GD的發(fā)病機制??梢娡ㄟ^對T淋巴細胞在GD發(fā)病機制中的作用研究,為GD的免疫學(xué)治療提供理論基礎(chǔ)。

3.2 其他免疫細胞 樹突狀細胞(Dendritic cells,DCs)作為APC能直接活化初始型T細胞,在T細胞免疫應(yīng)答或免疫耐受中發(fā)揮重要作用。在GD免疫應(yīng)答中DC為主要的APC,而免疫應(yīng)答改變或Treg缺陷均可導(dǎo)致GD的發(fā)生[35]。OX40/OX40L通路在抗原啟動T細胞和效應(yīng)T細胞中的發(fā)揮重要的作用。研究發(fā)現(xiàn),GD患者外周血CD4+T細胞表達OX40/OX40L水平與TRAb相關(guān),通過激活T細胞活化來促進CD4+T細胞的增殖和存活,OX40和OX40L形成一個功能性復(fù)合體促進OX40L向OX40的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),導(dǎo)致GD的發(fā)病[36]。濾泡輔助性T細胞(follicular helper T cells, Tfh)是一類新的效應(yīng)性CD4+T細胞亞群,主要分泌IL-21,對維持機體免疫平衡起重要作用。Tfh細胞表型OX40/OX40L是免疫應(yīng)答過程中一對重要的共刺激分子,屬TNF超家族成員,研究表明GD甲狀腺組織內(nèi)Tfhs和相關(guān)因子(IL-21、IL-21R、CXCR5和CXCL13)表達增加,GD患者甲狀腺組織CD4(+)T-/CD19(+)B 細胞內(nèi)存在Tfh和IL-21R,IL-21 mRNA的表達與血清中甲狀腺自身抗體和甲狀腺激素水平相關(guān),且在TSAb刺激下IL-21促進cAMP釋放[37]。黃小慶等[38]探究IL-21調(diào)節(jié)外周血Treg細胞的表達在GD發(fā)病機制中的研究,表明了 IL-21通過抑制Treg細胞的分化及效應(yīng)分子IL-10的分泌,降低對效應(yīng)T細胞的抑制能力,從而參與了GD的發(fā)病過程。調(diào)節(jié)性B細胞(regulatory B cells, Bregs)主要通過分泌IL-10、TGF-β介導(dǎo)機體免疫耐受及抑制過度活化的免疫應(yīng)答,其功能失調(diào)可導(dǎo)致自身免疫性疾病的發(fā)生。目前國內(nèi)外已有研究顯示Bregs參與GD的免疫調(diào)節(jié)過程與GD的嚴重程度密切相關(guān)[39],提示對Bregs的研究可進一步明確GD的發(fā)病機制,為尋找新的免疫干預(yù)手段提供理論依據(jù)。

4 總結(jié)與展望

GD是由遺傳與環(huán)境因素共同作用而引起的器官特異性自身免疫紊亂,碘攝入、性別、壓力、吸煙等GD發(fā)生發(fā)展相關(guān)的危險因素可以通過影響DNA甲基化和組蛋白修飾顯著增加GD的患病風(fēng)險。通過遺傳學(xué)、表觀遺傳修飾及環(huán)境因素之間的相互作用研究,有助于了解GD致病因素的發(fā)病機理。隨著研究的深入,希望學(xué)者進一步能夠重視基因表達改變與環(huán)境因素的相互作用及其對GD發(fā)生發(fā)展的影響,將為GD的防治提供新的思路和方法。

GD的發(fā)生以產(chǎn)生針對甲狀腺細胞表面TSHR的抗體TRAb為特征,TRAb與TSHR結(jié)合通過細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)通路導(dǎo)致甲狀腺細胞增殖,激素合成、分泌增加,該過程可能受到自噬機制的雙重調(diào)節(jié)。正常情況下自噬維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài),在外界壓力下,細胞過度增殖或饑餓、氧化應(yīng)激等情況下自噬開啟保護機制,而自噬機制的受損可能與GD免疫紊亂過程密切相關(guān)。故研究自噬在GD甲狀腺細胞增殖過程中自噬機制變化,將有助于闡釋GD的病理生理機制。

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[收稿2016-08-24 修回2016-10-21]

(編輯 張曉舟)

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.04.030

①本文受國家自然科學(xué)基金資助(81573961)。

鄭慧娟(1990年-),女,在讀博士,主要從事甲狀腺疾病的基礎(chǔ)研究,E-mail:345835708@qq.com。

及指導(dǎo)教師:魏軍平(1966年-),男,主任醫(yī)師,博士生導(dǎo)師,主要從事甲狀腺疾病、糖尿病等內(nèi)分泌代謝疾病的基礎(chǔ)和臨床研究,E-mail:weijunping@126.com。

R593.2

A

1000-484X(2017)04-0621-04

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破除舊機制要分步推進
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