IgA腎病的表觀遺傳學研究進展

王秋霞，綜述，王 蔚△

(1．遵義醫科大學，貴州 遵義 563000; 2．四川省醫學科學院·四川省人民醫院，四川 成都 610072)

IgA腎病(IgA Nephropathy, IgAN)作為一種最常見的原發性腎小球腎炎，在我國腎活檢中占了原發性腎小球腎炎的32%～54%[1]。目前發現有含IgA1的免疫復合物在IgAN患者腎小球系膜區沉積，這些IgA1系存在O-糖化異常，稱為半乳糖化缺陷的IgA1(galactose-deficient IgA1, Gd-IgA1)。Gd-IgA1被機體內某些抗體識別并特異性結合形成免疫復合物，沉積于腎小球系膜區，通過激活系膜細胞，或通過凝集素途徑等激活補體從而導致腎臟損傷，目前這個關于IgAN發病機制的多重打擊學說已被廣泛認可[2]。但關于IgAN的具體發病機制仍未研究清楚。隨著表觀遺傳學在各類疾病中的提出，研究發現了表觀遺傳學特別是DNA甲基化在IgAN發病機制中的重要作用[3]。表觀遺傳學是指DNA序列尚未發生改變，但生物表型發生了可遺傳性改變，其主要機制包括DNA甲基化、組蛋白甲基化、MicroRNA調控等[4, 5]。本文對表觀遺傳學，主要是DNA甲基化在IgAN中的研究做一綜述。

1 DNA甲基化

1.1 DNA甲基化的概述DNA甲基化作為表觀遺傳機制中主要的調控方式，是指在DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferase, DNMT)的作用下，DNA序列上CpG二核苷酸胞嘧啶上的第5位碳原子通過共價鍵結合的方式從甲基供體S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine, SAM)得到一個甲基基團的過程，該反應的產物稱5-甲基胞嘧啶(5-mC)[6]。DNA甲基化與基因沉默有關，啟動子區或非啟動子區的CpG序列甲基化可抑制啟動子與轉錄因子結合或被甲基CpG結合域(methyl CpG binding domain, MBD)識別并結合從而直接或間接抑制基因表達[7]。目前,DNA甲基化的研究主要以特異位點的DNA甲基化以及全基因組DNA甲基化為主。一般從兩方面行DNA甲基化檢測，首先分離甲基化的DNA，其次利用PCR、基因測序、基因芯片等對甲基化位點行定位、定量檢測[8, 9]。

1.2 DNA甲基化與IgA腎病

1.2.1COSMC 和 C1GALT1 研究發現，核心1,3-半乳糖基轉移酶(core 1β3-galactosyltransferase1/T-synthase，C1GALTl)與其分子伴侶COSMC在β分子1，3糖基化過程中有著重要作用。功能正常的COSMC可以使C1GALT1發揮活性作用，使β1，3半乳糖基連接到N-乙酰半乳糖胺末端，當COSMC功能異常時，C1GALT1的活性降低或者喪失而導致糖基化的異常[10]。即COSMC是C1GALT1發揮酶學活性的特異蛋白。

COSMC是蛋白質O-糖基化所必需的分子伴侶。在IgAN中，COSMC表達降低與IgA1分子的異常糖基化有關。Sun等研究發現COSMC啟動子區CpG的甲基化狀態可能與其調控蛋白的表達下調有關[11]，同時還發現與健康受試者相比，IgAN患者的白細胞介素4(IL-4)能顯著增加B淋巴細胞中COSMC啟動子的甲基化。在IgAN組，COSMC DNA甲基化水平和COSMC mRNA表達水平之間存在顯著的負相關性，揭示甲基化程度可能是調節mRNA水平的關鍵因素。

1.2.2DUSP3和TRIM27低甲基化 在真核細胞中，胞嘧啶甲基化導致染色質狀態的改變，可使基因表達下調或沉默，基因的異常沉默或表達下調會破壞許多參與生理性腎細胞功能的關鍵途徑，從而導致疾病發生[12]。對IgAN患者進行全基因組DNA甲基化篩查提示，IgAN患者CD4+T細胞中編碼DUSP3(Dual Specificity Phosphatase 3)和TRIM27(Tripartite Motif Containing 27)的DNA區域發生低甲基化，導致編碼基因的過度表達。

DUSP-3也稱為痘苗H1相關(Vaccinia H1-Related,VHR)磷酸酶，由DUSP3基因編碼，是雙特異性蛋白磷酸酶中相對較小的成員。體外研究表明，DUSP3在多個細胞系中是ERK和JNK信號通路的負調控因子[13]。DUSP3使參與細胞生長、增殖和存活的ERK1和ERK2去磷酸化，而失去活性。在T細胞中，VHR通過CD28和T細胞抗原受體(TCR)的相互作用來抑制JNK和ERK的活化[14]。

TRIM27被認為是CD4+T細胞的負調節因子。其作為E3泛素連接酶，負責通過賴氨酸48的多泛素化使Ⅱ類磷脂酰肌醇3激酶C2β(Class II Phosphatidylinositol 3 Kinase C2β, PI3KC2β)失去活性。同時，TRIM27通過抑制PI3KC2β的作用，抑制KCa3.1通道(KCa3.1 K+channel)活性、TCR刺激性鈣內流以及細胞因子的產生，對CD4+T細胞有抑制作用。因此TRIM27對于外周T細胞的T細胞受體信號傳遞以及T細胞的發育和存活都很重要[15]。

1.2.3VTRNA2-1高甲基化 編碼VTRNA2-1(Vault RNA 2-1)的DNA高甲基化，導致其表達下調。VTRNA2-1的基因產物是一個非編碼庫RNA，被鑒定為microRNA-886(Pre-miR-886)的前體。因VTRNA2-1高甲基化所引起的Pre-miR-886水平低表達，同時與依賴RNA激活的蛋白激酶 (Protein Kinase RNA-Activated, PKR)共同作用，導致CD3/CD28 TCR的激活以及CD4+T細胞的增殖率均降低。此外，由于VTRNA2-1表達下調，導致轉化生長因子β(Transforming Growth Factor β, TGFβ)的表達增加，可降低CD3/CD28激活的效果，阻礙正常的鈣離子內流，從而在促進T細胞無活性狀態的同時，還抑制TCR的活性、抑制CD4+T細胞的活性[16]。

有研究發現轉化生長因子β1(TGF-β1)與IgAN發病相關，它參與了IgA和IgG2的轉換以及促進B細胞中IgA1和IgA2分泌的增加[16, 17]。轉化生長因子β過度表達導致IgA-IgG2的轉換有利于IgA的產生，同時在這些患者的系膜區還發現了IgG1和IgG3分子[16]。然而由于涉及的免疫病理范圍廣泛，要闡明清楚之間的轉換關系需要做更多的研究來確定異常DNA甲基化通過免疫紊亂參與IgAN的發生發展機制。

2 組蛋白甲基化

2.1 組蛋白甲基化概念組蛋白甲基化控制基因轉錄主要是通過改變染色質結構來實現的。H3K4me3位點可被某些轉錄激活效應蛋白識別并促進基因表達，與基因激活有關。大多數人類基因啟動子位于非甲基化的CpG島中。有人認為是CpG島(CpG islands, CGIs)與CXXC指蛋白1(CFP1)和其他CpG結合蛋白相互作用，從而在H3K4的三甲基化過程中發揮關鍵作用[18]。研究發現，在IgAN患者中發現FCRL4、GALK2、PTPRN2、IL1RAPL1這幾個部位呈現異常的H3K4me3水平[19]。

2.2 組蛋白甲基化與IgA腎病

2.2.1FCRL4 和半乳糖激酶2(GALK2) 在IgAN患者外周血單個核細胞(PBMC)中，Qi等研究發現Fc受體4(FCRL4)和GALK2的H3K4me3積聚較正常對照組更多[19]。Fc受體4可與IgA分子結合。已有研究表明，Fcα受體I(FcαRI)在IgAN患者可與IgA結合形成復合物參與IgAN的發病[20]。因此，可以推測FCRL4糖蛋白在IgAN發病機制中可能與FcαRI具有相似的功能，從而參與IgA腎病的發病。

GALK2也系N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)激酶，盡管它最有利的底物是GalNAc，但這種酶亦可將α-d-半乳糖催化為1-磷酸半乳糖[21]。IgA1鉸鏈區O-連接多糖的生物合成從添加GalNAc開始，并隨著半乳糖的添加而繼續[22]，研究認為當GALK2激活增強可以誘導低濃度的半乳糖，導致IgA1的半乳糖化不足[19]，而產生O糖鏈半乳糖缺失的IgA1，從而參與到IgA腎病的發病。

2.2.2PTPRN2和IL1RAPL1 Qi等還在IgA腎病患者中發現低H3K4me3水平的PTPRN2和IL1RAPL1，PTPN2屬于蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)家族，與蛋白酪氨酸激酶(PTK)作用相反[19]。因為一些PTK可能參與了由免疫介導的IgA腎病的發病過程[23]，由此推測PTPN2表達下調可能在IgAN進展中起了一定作用。而IL1RAPL1是IL-1受體(IL1R)家族的一個成員，盡管其H3K4me3水平很低，但它在IgAN患者中表達上調，這可能是由其他表觀遺傳機制共同調控的結果。研究發現IL-1細胞因子家族成員似乎與IgAN的病情進展有關[24]。由于IL-1家族成員的活動是由IL-1Rs介導的，因此研究推測IL1RAPL1的高水平表達可能與疾病進展有關。

目前已發現在IgAN患者中H3K4me3模式存在顯著差異，PTPRN2、IL1RAPL1、FCRL4以及GALK2等很有可能參與了IgA腎病的發病機制。但是由它們介導的確切機制仍未明確，還需開展更進一步的研究。

3 MicroRNA(miRNA)

3.1 miRNA的概念miRNAs是一種小分子單鏈非編碼RNA，可與目標mRNA的3′非翻譯區(3′-UTR)結合，負調控蛋白質的生產[25]。在過去的幾年里，關于miRNAs在IgA腎病領域的研究取得了很大進展，有望成為疾病的非侵入性生物學標志物。

3.2 miRNA和IgA腎病miRNA能通過控制免疫反應進而參與IgA腎病的發病。目前研究已證實miR-418b, miR-148b, miR-150-5p, miR-200c, miR-192, miR-185, miR-133a, miR-133b, miR-29c等與IgA腎病的發病相關[26～28]。如miR-148b, Serino等研究發現IgA腎病患者miR-148b水平明顯高于正常對照組, miR-148b可調控C1GALT1的表達下降而影響IgA1的O-糖化過程，間接影響IgA腎病的發病[28]。Pawluczyk等研究發現miR-150-5p存在于淋巴浸潤中，增生和纖維化區域與已知的進展驅動因素一致，因此，miR-150-5p 可能是腎纖維化的潛在功能介質，對預測IgA腎病和其他腎臟疾病的進展具有一定價值[27]。

4 總結與展望

目前IgAN發病機制仍未闡明，隨著表觀遺傳學的提出，越來越多關于IgAN發病機制的研究指向表觀遺傳，特別是DNA甲基化越來越成為熱點。研究證明DNA甲基化的異常與IgAN的發生發展是有相關性的。在IgAN患者CD4+T細胞中，DUSP-3和TRIM27甲基化水平較低，而VTRNA2-1甲基化水平較高。這些修飾導致DUSP-3和TRIM27過度表達，VTRNA2-1表達下降。這3個基因均可在T細胞激活、增殖、分化以及細胞因子產生等生理過程中起著調節作用。此外，COSMC啟動子的甲基化狀態可能決定了COSMC mRNA的表達，其表達降低與IgA1異常糖基化有關，證明COSMC的異常甲基化狀態在IgAN的發病過程中也有一定作用。

未來仍需進行大量試驗研究，去探索IgAN的發病機制，我們期待在新的特異性生物學指標以及潛在疾病特異性治療靶點上有新突破。