系統(tǒng)性紅斑狼瘡中干擾素的表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展

沈夢佳，王 濤，李志軍，吳華勛

(1. 蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，安徽 蚌埠 233004；2.慢性疾病免疫學(xué)基礎(chǔ)與臨床安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蚌埠 233030；3.安徽醫(yī)科大學(xué)臨床藥理研究所，安徽 合肥 230032)

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)是一種多器官受累的自身免疫性疾病，以自身免疫耐受破壞、大量自身抗體產(chǎn)生為主要特點(diǎn)，臨床表現(xiàn)多樣，且主要影響育齡期女性[1]。SLE發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，目前尚未完全研究清楚，但一般認(rèn)為其與免疫學(xué)、遺傳學(xué)、表觀遺傳學(xué)、環(huán)境因素和性別等因素有關(guān)。其中，多種環(huán)境因素共同作用可引起SLE的表觀遺傳學(xué)改變，異常的表觀遺傳修飾會造成免疫反應(yīng)失調(diào)、自身免疫耐受性喪失，進(jìn)而導(dǎo)致SLE的發(fā)生發(fā)展[1]。另外，干擾素(interferon，IFN)系統(tǒng)激活，IFN刺激基因(interferon-stimulated gene，ISG)在血液和組織中表達(dá)增加，即所謂的“IFN表達(dá)特征(IFN signature)”是SLE的特征之一[2]。近年來，研究人員們對SLE中的表觀遺傳學(xué)和IFN系統(tǒng)的關(guān)系展現(xiàn)出了極大的興趣。因此，探索SLE中的IFN信號通路和異常表觀遺傳修飾之間的相互作用或許有一定價(jià)值，能為SLE的發(fā)病機(jī)制找到新的解釋，并有助于發(fā)現(xiàn)SLE致病過程中更特異且更可靠的生物標(biāo)志物。文中涉及的IFN信號通路及表觀遺傳修飾已盡可能地呈現(xiàn)在Fig 1中。

1 IFN家族介紹

IFN是一種廣泛表達(dá)的細(xì)胞因子，最早是在雞胚胎流感病毒實(shí)驗(yàn)中作為一種強(qiáng)烈干擾而被發(fā)現(xiàn)并因此得名。目前已知的IFN根據(jù)序列同源性可分為3個(gè)家族：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。人類Ⅰ型IFN家族主要成員是IFN-α和IFN-β，Ⅱ型IFN家族包括單一成員IFN-γ，Ⅲ型IFN家族的代表是IFN-λ[3]。經(jīng)過長期研究，除了抗病毒活性，人們還發(fā)現(xiàn)IFN具有調(diào)節(jié)先天免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)、抗腫瘤以及參與自身免疫性疾病中免疫應(yīng)答失控的功能[3]，而IFN-γ更為獨(dú)特，它在促進(jìn)病理性炎癥和免疫調(diào)節(jié)中有著與Ⅰ型和Ⅲ型IFN不同的作用[4]。

Ⅰ型和Ⅲ型IFN可由幾乎所有的有核細(xì)胞產(chǎn)生，尤其是巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞(dendritic cell，DC)。大多數(shù)細(xì)胞都表達(dá)Ⅰ型IFN受體IFNAR，IFNAR又包括IFNAR1和IFNAR2，而Ⅲ型IFN的受體IFNLR主要分布在上皮細(xì)胞和漿細(xì)胞樣DC(plasmacytoid DC，pDC)上[5]。Ⅱ型IFN主要由自然殺傷細(xì)胞(natural killer cells，NK)、NK T細(xì)胞和T細(xì)胞產(chǎn)生，IFN-γ通過獨(dú)特的受體IFNGR傳遞信號，IFNGR在大多數(shù)類型的細(xì)胞上都有表達(dá)[5]。在模式識別受體(PRR)檢測到微生物產(chǎn)物后，激活I(lǐng)FN調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factors，IRF)家族轉(zhuǎn)錄因子，后者又和NF-κB一起促進(jìn)多種免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞分泌IFN，之后，產(chǎn)生的IFN與細(xì)胞表面的受體結(jié)合，通過經(jīng)典的Janus激酶(Janus kinase，JAK)/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activators of transcription，STAT)通路啟動(dòng)信號級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)ISG的轉(zhuǎn)錄[6]。由于3種類型的IFN誘導(dǎo)基因信號途徑之間有顯著的重疊，因此，我們很難通過基因信號來辨認(rèn)具體是哪種IFN在發(fā)揮作用。

2 SLE中的IFN

以Ⅰ型IFN為例，在SLE中，由自身核酸過度激活的pDC是Ⅰ型IFN的主要來源，自身抗體和核酸結(jié)合蛋白組成的免疫復(fù)合物被pDC上的FcyRIIA吞噬后轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)體，在那里免疫復(fù)合物的核酸部分與Toll樣受體(toll-like receptor，TLR)7或TLR9結(jié)合，隨后激活轉(zhuǎn)錄因子并產(chǎn)生IFN-α，這是SLE中Ⅰ型IFN持續(xù)產(chǎn)生的原因之一，另外，其他免疫細(xì)胞和pDC之間的相互作用也可促進(jìn)IFN的持續(xù)產(chǎn)生[2]，持續(xù)產(chǎn)生的IFN可以導(dǎo)致持續(xù)的自身免疫反應(yīng)。IFN在SLE中通過多種方式發(fā)揮作用，包括通過IFN信號通路表達(dá)ISG、促使其他細(xì)胞發(fā)揮功能以及與其他細(xì)胞因子形成相互作用的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等。以Ⅰ型IFN為例，IFN-α可促進(jìn)Th17細(xì)胞的分化，抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory cell，Treg)的功能，使自身反應(yīng)性T細(xì)胞擴(kuò)增，它還刺激B細(xì)胞產(chǎn)生抗體。特別的是，IFN-α可增加NK細(xì)胞的細(xì)胞毒作用并促進(jìn)IFN-γ產(chǎn)生，這說明Ⅰ型IFN和Ⅱ型IFN之間有所聯(lián)系[2]。

關(guān)于SLE患者中IFN信號通路的研究一直是一個(gè)熱點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，三型IFN水平在SLE患者中均高于在健康對照組中，并且與SLE疾病活動(dòng)指數(shù)(SLE disease activity index，SLEDAI)相關(guān)[7]。SLE患者的組織和器官，包括皮膚、關(guān)節(jié)、腎臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)都有不同程度的IFN表達(dá)增加[2]。另外IFN還與部分SLE臨床指標(biāo)有一定相關(guān)性，例如，IFN-α水平與C3、IgG、ANA半定量、抗ds-DNA抗體半定量等臨床指標(biāo)的差異就具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[8]，但它們之間的相互作用的具體機(jī)制尚未可知。

隨著對IFN信號的了解越來越深入，研究人員們嘗試通過下調(diào)SLE患者中的IFN表達(dá)來治療SLE，例如靶向IFN-α、IFNAR或IFNAR下游信號成分的治療。其中，一種抗IFNAR的單克隆抗體anifrolumab剛剛完成了SLE患者的第三階段臨床試驗(yàn)，并顯示出了令人滿意的療效和安全性[9]，這表明在不影響抗病毒能力的前提下，選擇性抑制IFN信號或許可以成為SLE患者個(gè)性化治療的關(guān)鍵一環(huán)。

3 SLE中IFN的表觀遺傳調(diào)控

表觀遺傳修飾是指在不改變DNA序列的情況下基因表達(dá)的可遺傳變化，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)等。目前SLE的估計(jì)遺傳率為43.9%，然而同卵雙胞胎SLE符合率僅為24%[1]，這種SLE個(gè)體差異可以用表觀遺傳學(xué)解釋，甚至，我們可以認(rèn)為，表觀遺傳學(xué)因素大大增加了SLE發(fā)病機(jī)制的復(fù)雜性。部分異常表觀遺傳修飾參與調(diào)節(jié)SLE中的IFN信號，控制IFN相關(guān)基因的表達(dá)或抑制，進(jìn)而參與調(diào)控自身免疫反應(yīng)可能是表觀遺傳學(xué)因素在SLE中發(fā)揮作用的途徑之一。

Fig 1 Potential mechanisms of IFN signaling pathway and epigenetic modification in SLE

3.1 DNA甲基化DNA甲基化是一種非常關(guān)鍵的表觀遺傳修飾，通常發(fā)生在CpG二核苷酸的胞嘧啶堿基的5位碳原子上，以S-腺苷甲硫氨酸作為甲基化的供體，由DNA甲基化酶(DNA methyltransferase，DNMT)催化完成。研究人員通過對比分析大量SLE患者和健康人的DNA甲基化圖譜發(fā)現(xiàn)，SLE患者的結(jié)果表現(xiàn)出顯著的低甲基化，這種低甲基化在活動(dòng)期患者中尤為突出，值得注意的是，其中最顯著的甲基化差異出現(xiàn)在Ⅰ型IFN相關(guān)基因上[10]。最近的一項(xiàng)研究顯示，在SLE患者中，MX1、IFI44L、PARP9、DT3XL、IFIT1、IFI44、RSAD2、PLSCR1和IRF7等多個(gè)與Ⅰ型IFN通路有關(guān)的IFN相關(guān)基因存在顯著低甲基化，且甲基化程度還與SLEDAI評分有關(guān)[11]。這些IFN相關(guān)基因在SLE中有各自的作用，篩選出這些基因的異常甲基化或許是有意義的，例如MX1和IFI44L，MX1水平的升高可以誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫反應(yīng)，從而導(dǎo)致自身抗原的耐受性崩潰[11]， 而IFI44L啟動(dòng)子甲基化更被認(rèn)為是診斷SLE高度敏感且特異的標(biāo)志物，可以用來鑒別SLE患者和健康人群與其他自身免疫性疾病如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和原發(fā)性干燥綜合征的患者，盡管IFI44L的具體功能還未可知，但可以確定的是表達(dá)增加的IFI44L是Ⅰ型IFN表達(dá)特征和免疫應(yīng)答的組成部分之一[12]。另外，研究人員發(fā)現(xiàn)在狼瘡患者CD8+T細(xì)胞中，HLA-DRB1也存在顯著低甲基化，HLA-DRB1的表達(dá)依賴于CIITA和STAT1的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，IFN-α處理可誘導(dǎo)體外狼瘡CD8+T細(xì)胞表達(dá)CIITA和STAT1，因此狼瘡中HLA-DRB1低甲基化發(fā)揮致病作用或許與狼瘡患者體內(nèi)高Ⅰ型IFN水平有關(guān)[13]。

3.2 組蛋白修飾組蛋白是一組與DNA鏈相關(guān)的保守蛋白質(zhì)，它通過形成核小體來維持DNA鏈的穩(wěn)定、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，以及改變基因的表達(dá)。組蛋白復(fù)合體的N端尾部延伸至核小體外，可以接受不同的化學(xué)修飾，主要包括甲基化、乙酰化、泛素化和磷酸化[14]，其中關(guān)于甲基化和乙酰化的研究相對較多。組蛋白修飾水平在SLE中有所增加，并以不同的方式調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，異常組蛋白修飾的產(chǎn)生有賴于IFN過表達(dá)環(huán)境。研究人員在SLE患者單核細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)H4賴氨酸殘基乙酰化水平升高，他們認(rèn)為可能的機(jī)制是IRF1直接或間接調(diào)節(jié)組蛋白乙酰化，另外體外細(xì)胞模型經(jīng)IFN-α處理實(shí)驗(yàn)證明IFN-α的存在可以使IRF1被持續(xù)激活[15]，所以SLE患者體內(nèi)高IFN水平可能通過誘導(dǎo)IRF1過表達(dá)導(dǎo)致了H4高乙酰化。

組蛋白乙酰化由組蛋白乙酰化酶(histone acetylase，HAT)和組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)的相反作用共同控制，HAT和HDAC能夠有效催化組蛋白賴氨酸殘基上乙酰基的添加或去除[14]。其中HDAC可通過調(diào)控TLR、IFN信號通路和調(diào)控抗原提呈過程等途徑參與調(diào)控固有免疫和適應(yīng)性免疫過程，HDAC抑制劑是一類可抑制HDAC活性的化合物，被認(rèn)為可以通過調(diào)控免疫細(xì)胞功能和抑制促炎細(xì)胞因子與趨化因子產(chǎn)生在SLE中發(fā)揮改善疾病嚴(yán)重程度和減少腎臟損傷的作用[16]。

3.3 非編碼RNA轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了人類發(fā)現(xiàn)大量功能未知的非編碼轉(zhuǎn)錄本，其中不具備編碼蛋白質(zhì)潛力的RNA被稱為ncRNA，ncRNA主要包括微小RNA(microRNA，miRNA)、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)和環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)等。事實(shí)上，ncRNA占據(jù)了RNA的大多數(shù)，并且越來越能肯定的是，在各種細(xì)胞的生理功能中，ncRNA扮演著關(guān)鍵角色。例如，ncRNA參與調(diào)節(jié)Th1、Th17、濾泡輔助性T細(xì)胞( follicular helper T cell，Tfh)、Treg等細(xì)胞的分化和功能[17]，而這些細(xì)胞可以分泌包括IFN在內(nèi)的多種效應(yīng)細(xì)胞因子，所以ncRNA同樣可能是一種通過調(diào)節(jié)IFN信號參與SLE致病過程的表觀遺傳學(xué)因素。

3.3.1miRNA miRNA是一類長度約為22個(gè)核苷酸的ncRNA，主要通過沉默特定的mRNA來調(diào)節(jié)基因表達(dá)。miRNA在先天免疫和獲得性免疫的發(fā)育、穩(wěn)態(tài)功能中發(fā)揮作用，這些作用的失調(diào)將導(dǎo)致自身免疫反應(yīng)和炎癥。如前所述，SLE是一種Ⅰ型IFN依賴型自身免疫性疾病，pDC過度激活是其重要特點(diǎn)之一。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)SLE患者血漿中外泌體傳遞的miRNA是潛在的新型TLR7內(nèi)源性配體，可以誘導(dǎo)pDC激活并促使其持續(xù)分泌Ⅰ型IFN，表明miRNA可能是啟動(dòng)自身免疫反應(yīng)的新的致病介質(zhì)和治療Ⅰ型IFN介導(dǎo)疾病的潛在靶點(diǎn)[18]。

國內(nèi)外研究顯示[19-21]，在SLE患者中，部分miRNA是IFN信號通路潛在的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，例如miR-146a，miR-130b和miR-302d。其中，miR-146a缺陷可以誘導(dǎo)外周血單個(gè)核細(xì)胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)分泌Ⅰ型IFN，此外，miR-146a靶向TLR7、IRF5和STAT1等多個(gè)Ⅰ型IFN通路中的關(guān)鍵信號蛋白[19]，并且靶點(diǎn)還在不斷更新中。而miR-302d是研究人員在SLE患者單核細(xì)胞中鑒定出的另一種靶向IRF9的miRNA，IRF9是調(diào)控ISG表達(dá)的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的關(guān)鍵成分，miR-302d表達(dá)降低可以使IRF9表達(dá)增加，進(jìn)而導(dǎo)致MX1和OAS1在內(nèi)的一些ISG的表達(dá)也增加，這種變化在疾病活動(dòng)性增強(qiáng)的患者中尤為明顯[21]。

3.3.2lncRNA lncRNA指的是一類長度超過200個(gè)核苷酸的ncRNA，其中包括在相鄰蛋白編碼基因間隙中轉(zhuǎn)錄而來的基因間長鏈非編碼RNA (long intergenic non-coding RNA，lincRNA)。與miRNA相比，lncRNA可以通過更復(fù)雜的分子機(jī)制在多個(gè)水平上調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)[22]。研究人員們通過轉(zhuǎn)錄組測序等技術(shù)發(fā)現(xiàn)了大量在狼瘡患者和健康人中差異表達(dá)的lncRNA，借助生物信息學(xué)技術(shù)，他們從中篩選出了可能參與IFN信號通路的lncRNA，例如ENST00000524824.1, ENST00000531076.1和ENST00000534483.1，這3種lincRNA可能通過調(diào)控IFN家族及其免疫調(diào)節(jié)通路在SLE的發(fā)病機(jī)制和疾病活動(dòng)性中發(fā)揮重要作用[23]。而另一個(gè)lincRNA linc00513在SLE患者體內(nèi)明顯過表達(dá)，它是Ⅰ型IFN通路的正性調(diào)節(jié)因子，通過促進(jìn)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子STAT1和STAT2的磷酸化放大IFN信號[24]。

MALAT1是一個(gè)較為經(jīng)典的lncRNA，它在腫瘤和眾多疾病中的作用都有相關(guān)研究，而在SLE的研究中，它被證明可以上調(diào)OAS2、OAS3和OASL等下游效應(yīng)分子的表達(dá)，而OAS2、OAS3和OASL在無病毒和細(xì)菌存在的情況下介導(dǎo)了IFN-α-2a的促炎作用，從而參與SLE的致病過程[25]。另一個(gè)經(jīng)典lncRNA NEAT1主要在人單核細(xì)胞中表達(dá)，SLE患者體內(nèi)NEAT1的表達(dá)明顯上調(diào)，且與病情嚴(yán)重程度相關(guān)，最近，研究人員通過狼瘡小鼠模型發(fā)現(xiàn)，NEAT1的過度表達(dá)會使髓源性抑制細(xì)胞G-MDSC分泌B細(xì)胞激活因子(BAFF)，從而促使B細(xì)胞中Ⅰ型IFN信號激活，誘發(fā)SLE患者B細(xì)胞中的IFN表達(dá)特征，最終導(dǎo)致SLE自身抗體的產(chǎn)生[26]。

lncRNA還參與了狼瘡患者的器官損傷，研究人員發(fā)現(xiàn)在狼瘡腎炎患者腎活檢組織中RP11-2B6.2的水平有所升高，并且與疾病活動(dòng)度和IFN評分呈正相關(guān)，RP11-2B6.2可以提高染色質(zhì)可及性并抑制SOCS1基因轉(zhuǎn)錄，通過激活JAK1、TYK2和STAT1的磷酸化對Ⅰ型IFN通路起正向調(diào)節(jié)作用[27]。

3.3.3circRNA 近幾年circRNA的研究熱度有增無減，它是一種具有閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)源性ncRNA。在SLE等自身免疫性疾病中，部分circRNA充當(dāng)miRNA的分子海綿，通過與miRNA相互作用參與基因調(diào)控，例如一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在SLE患者中circIBTK的表達(dá)有所下調(diào)，circIBTK可以通過與miR-29b結(jié)合來逆轉(zhuǎn)miR-29b誘導(dǎo)的DNA去甲基化和AKT信號通路的激活，從而阻礙SLE疾病進(jìn)展，所以circIBTK或許可以作為SLE的診斷和治療靶點(diǎn)[28]。

與miRNA相比，circRNA有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，因此它被認(rèn)為是疾病診斷、治療及預(yù)后更理想的分子生物標(biāo)志物。目前circRNA在SLE中的研究集中于其作為生物標(biāo)志物的效價(jià)和充當(dāng)miRNA海綿發(fā)揮調(diào)控基因表達(dá)作用，而關(guān)于它的表觀遺傳修飾功能和具體分子機(jī)制的研究仍十分空缺[29]。然而已有研究組人員通過體外結(jié)合實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，circPOLR2A過表達(dá)可以導(dǎo)致先天免疫因子PKR活性降低和EIF2α磷酸化，并抑制Ⅰ型IFN誘導(dǎo)基因表達(dá)，因此SLE患者體內(nèi)circRNA的大量降解或許可以解釋SLE中先天免疫通路的異常激活和Ⅰ型IFN表達(dá)特征的高表達(dá)[30]。所以我們有理由相信，circRNA同樣可以通過調(diào)節(jié)IFN表達(dá)特征，在SLE的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮表觀遺傳學(xué)功能，只是還需要大量更深入的研究。

4 結(jié)語

SLE臨床表現(xiàn)多樣并具有潛在致殘性，令患者們深受其害。復(fù)雜的發(fā)病機(jī)制和高度異質(zhì)性使SLE的臨床治療效果因人而異，并且往往伴有明顯的副作用，因此我們期待未來有更為安全有效的治療方法面世。近十幾年來，越來越多的研究認(rèn)可了參與調(diào)控IFN信號通路的表觀遺傳修飾在SLE疾病發(fā)生發(fā)展中的作用，但是大多數(shù)異常表觀遺傳修飾仍未揭開面紗，它們所造成的異常分子機(jī)制和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路變化都還需要更深入的研究。篩選出SLE患者和健康人免疫細(xì)胞亞型或組織中差異表達(dá)的表觀遺傳修飾，或?qū)⒂兄谶M(jìn)一步探索SLE的發(fā)病機(jī)制和發(fā)現(xiàn)SLE更特異、更可靠的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。