表觀遺傳學在特發(fā)性炎癥性肌病作用機制中的研究進展

馬苗，柴克霞

(青海大學附屬醫(yī)院，西寧810001)

特發(fā)性炎癥性肌病(IIM)是一組病因未明的，以四肢近端肌無力為主的骨骼肌非化膿性炎癥性疾病。基于IIM的臨床特征和組織病理學表現(xiàn)，可分為多發(fā)性肌炎、皮肌炎、包涵體肌炎、壞死性自身免疫性肌病等亞型，以多發(fā)性肌炎和皮肌炎最為常見[1]。有報道顯示，IIM的發(fā)病率為5/100萬～8.4/100萬，其發(fā)病年齡有兩個高峰，即10～15歲和45～60歲。迄今為止，IIM的病因尚不完全清楚，可能與病毒感染、遺傳因素、免疫功能異常等有關。表觀遺傳學是指在基因的DNA序列不發(fā)生改變情況下，基因表達水平與功能發(fā)生改變，并產生可遺傳的表型[2]。在某些情況下全基因組分析無法解釋自身免疫性疾病復雜的生物學過程，而表觀遺傳修飾在免疫應答中保留了額外的調節(jié)因子，通過參與調控免疫相關基因表達，影響免疫細胞分化發(fā)育、免疫應答相關分子活化及細胞因子分泌表達等，進而參與免疫調控，故許多受表觀基因調控的信號分子和受體在自身免疫性疾病或炎癥反應過程中出現(xiàn)失調[3，4]。目前，表觀遺傳學方面的研究主要集中于DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA。DNA甲基化和組蛋白修飾主要通過影響染色質的結構而調控基因的轉錄功能。非編碼RNA表達變化能夠影響mRNA翻譯成蛋白質的能力，而mRNA翻譯成蛋白質的能力變化又能影響DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA形成過程，最終引起生物體表型變化。它們之間相互影響、相互關聯(lián)，任何一方面發(fā)生異常都將影響基因的表達及生物體的性狀。因此，越來越多的研究開始關注自身免疫性疾病的表觀遺傳學機制，并認為表觀遺傳學干預對這些疾病治療具有很大的潛力。本文結合文獻就表觀遺傳學在IIM作用機制中的研究進展作一綜述。

1 非編碼RNA在IIM致病中的作用

非編碼RNA是指不編碼蛋白質的RNA。這些RNA的共同特點是能從基因組上轉錄而來，但不翻譯成蛋白，在RNA水平上行使各自的生物學功能。根據核酸的長度，可將非編碼RNA分為短鏈非編碼RNA(如miRNA)和長鏈非編碼RNA(lncRNA)。近年研究表明，非編碼RNA在表觀遺傳修飾中具有重要作用，能夠通過調節(jié)基因表達和染色體水平而控制細胞分化。

1.1 miRNA miRNA是一類內源性非編碼單鏈小分子RNA，長度為19～25個核苷酸，能夠與靶mRNA特異性結合，使靶mRNA降解或抑制其翻譯，從而對基因進行轉錄后的表達調控[5]。在免疫系統(tǒng)中，miRNA異常表達可導致炎癥性疾病、自身免疫性疾病[6]。miRNA在血液中穩(wěn)定存在，有作為疾病生物標志物的潛力[7]。目前，miRNA在IIM患者血清或外周血單核細胞中的表達和功能被廣泛研究[7～9]。Misunova等[10]報道，皮肌炎患者血清miR-3907表達上調，其表達上調與疾病活動有關。有研究還發(fā)現(xiàn)，皮肌炎患者血清miR-206表達降低、miR-21表達升高，二者表達變化能夠使機體炎癥負荷升高[11]。Zhou等[12]在血清中發(fā)現(xiàn)了許多表達失調的miRNA，如miR-223、miR-7、miR-31，在皮肌炎和多發(fā)性肌炎患者血清中miR-223、miR-7表達下調，miR-31表達上調。Gao等[13]研究發(fā)現(xiàn)了對皮肌炎和多發(fā)性肌炎有特異性或共同性的miRNA，如miR-196a-5p在多發(fā)性肌炎患者血清中表達下調，miR-193b-3p、miR-30d-5p、miR-30a-5p、miR-101-3p在皮肌炎和多發(fā)性肌炎患者血清中表達均下調。以往研究發(fā)現(xiàn)，在皮肌炎和多發(fā)性肌炎患者血清中miR-193b-3p表達下調，與Gao等[13]研究結論一致。但Georgantas等[14]研究發(fā)現(xiàn)，miR-101、miR-30a-5p在皮肌炎和多發(fā)性肌炎患者血清中表達均下調，miR-30d-5p在皮肌炎患者血清中表達明顯下調，而miR-196a-5p表達沒有明顯變化，這與Gao等[13]研究結論并不完全一致。造成這種差異的原因可能與患者種族、疾病活動程度或病程不同有關，也可能與取樣部位不同或取樣部位的炎癥程度不同有關。Ye等[15]研究發(fā)現(xiàn)，皮肌炎患者血清miR-23b-3p、miR-146a-5p、miR-150-5p表達明顯下調，具有抗MDA5和抗NXP2自身抗體患者血清miR-150-5p表達顯著下調，皮肌炎合并腫瘤患者血清miR-146b-5p表達顯著高于未合并腫瘤患者，但該研究并未發(fā)現(xiàn)血清miR-23b-3p、miR-146b-5p、miR-150-5p表達與皮肌炎合并間質性肺病有明確的相關性。以上研究表明，miRNA有可能成為IIM潛在的治療靶點，其治療機制可能是通過傳遞修飾的寡核苷酸模擬物或抑制特異性miRNA序列，從而減少或增加靶基因的表達有關。目前，許多研究者已經開始關注改進miRNA模擬物的傳遞技術或體內的miRNA抑制劑。隨著對miRNA在自身免疫性疾病致病機制中認識的不斷加深及miRNA相關技術的不斷改進，針對miRNA的靶向藥物有可能成為治療人類免疫系統(tǒng)疾病的新方法。

1.2 lncRNA 眾所周知，部分非蛋白編碼RNA分子在調節(jié)細胞生命活動過程中發(fā)揮重要作用。如核糖體RNA是翻譯機制的基本組成部分，而小的核RNA是剪接新生RNA轉錄物所必需的。各種類型的小非蛋白編碼RNA(由20～30個核苷酸組成)，如miRNA、siRNA、piRNA，是基因沉默的關鍵分子。隨著大規(guī)模并行基因組測序技術的出現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)大約70%基因組能夠在不同環(huán)境和細胞中轉錄，而這些RNA轉錄物中，很大一部分在結構上與蛋白編碼和加工的mRNA無法區(qū)分，但它們在細胞中的表達很低，幾乎沒有蛋白編碼的能力。其中，長度≥200個核苷酸的非蛋白編碼轉錄子被稱為lncRNA。與miRNA相比，lncRNA的結構更復雜、功能更多樣。研究表明，lncRNA能夠參與細胞增殖、分化、凋亡等生物學過程[16]，與惡性腫瘤及心血管、神經系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關。越來越多證據表明，lncRNA還可參與免疫應答過程，能夠參與自身免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展[17～19]。眾所周知，皮肌炎或多發(fā)性肌炎患者具有抗信號識別粒子(SRP)的自身抗體，而SRP是由7SL RNA和6種蛋白質組成的，即lncRNA 7SL是SRP的RNA組分。有研究在皮肌炎或多發(fā)性肌炎患者中鑒定出了針對7SL RNA的新型自身抗體，這些抗體的存在與種族背景、臨床特征和疾病發(fā)作季節(jié)有關[20]，表明針對7SL RNA的自身抗體有可能是部分皮肌炎或多發(fā)性肌炎患者的血清學標志物。Peng等[21]通過微陣列分析發(fā)現(xiàn)，與健康對照者肌肉組織比較，皮肌炎患者肌肉組織中有1 198個差異表達的lncRNA，其中表達上調的lncRNA有322個、表達下調的lncRNA有876個，在這些差異表達的lncRNA中選擇了5種lncRNA(ENST00000541196.1、uc011ihb.2、linc-DGCR6-1、ENST00000551761.1、ENST00000583156.1)進行RT-qPCR檢測，結果發(fā)現(xiàn)微陣列檢測結果與RT-qPCR檢測結果具有較好的一致性。生物信息學預測顯示，linc-DGCR6-1能夠調節(jié)USP18基因，而USP18基因是1型干擾素誘導基因。此外，免疫組化染色顯示，皮肌炎患者束周萎縮的肌纖維中USP18蛋白表達上調。這些結果表明，lncRNA能夠通過調節(jié)1型干擾素誘導分子表達來促進皮肌炎的發(fā)生、發(fā)展[22]。越來越多研究表明，lncRNA可能是免疫調節(jié)因子的候選者，也可能是自身免疫性疾病發(fā)生、發(fā)展的主要參與者。因此，深入研究lncRNA在IIM乃至自身免疫性疾病致病機制中的作用具有重要意義。

2 DNA甲基化在IIM致病中的作用

DNA甲基化是指在DNA序列的胞嘧啶核苷酸的特定位置共價加減甲基基團的一種變化，即通過DNA甲基轉移酶的催化作用從S-腺苷-1-甲硫氨酸轉移甲基，將甲基基團轉移至胞嘧啶殘基C5位置上[23，24]。DNA甲基化既受遺傳DNA序列的影響，又受環(huán)境暴露的影響[25]，被認為是調控基因表達的關鍵表觀遺傳因子。肌肉基因組整體DNA甲基化圖譜顯示，同源框基因、WT1基因等27個基因存在明顯的甲基化差異，這表明DNA甲基化在IIM的致病機制中可能具有重要作用。在皮肌炎和多發(fā)性肌炎基因組DNA甲基化的研究中發(fā)現(xiàn)了不同的甲基化CpG位點，而且他們之間存在共同且特異的甲基化CpG位點改變。結合基因表達譜，Gao等[7]認為DNA甲基化修飾可能對約20%的差異表達基因具有調控作用。青少年皮肌炎是一種嚴重的慢性自身免疫性疾病，表現(xiàn)為受慢性肌肉損傷引起的肌無力[26]。Wang等[27]通過甲基化陣列Illumina Infinium 27K DNA甲基化BeadChIP對全基因組DNA甲基化進行分析，在正常青少年和皮肌炎青少年肌肉組織中共發(fā)現(xiàn)了27個具有顯著甲基化差異的基因。雖然以往的基因表達研究表明，參與免疫反應、血管重塑和內質網應激的基因表達發(fā)生了改變，但在青少年皮肌炎中并未發(fā)現(xiàn)這些基因的甲基化改變。而在這27個甲基化差異基因中發(fā)現(xiàn)，HOX基因(如HOXC11、HOXD3、HOXD4)和發(fā)育轉錄因子WT1在青少年皮肌炎肌肉組織及存在肌無力的其他類型IIM中低甲基化。在IIM中發(fā)現(xiàn)WT1和同源框基因的類甲基化改變，表明這些青少年的受損肌肉具有自我更新能力，能刺激肌肉干細胞池進行肌肉修復，并且關鍵基因在表觀遺傳上發(fā)生了改變，以應對疾病過程中的肌肉損傷。這些結果表明，同源框基因和WT1基因在表觀遺傳上被標記，以促進肌肉修復過程，這為IIM治療提供了新的方法。目前，學者們逐漸認識到DNA甲基化是正常肌肉生理或病理生理改變的重要參與者。可以預見在不久的將來，表觀遺傳療法將被用于治療與肌肉相關的疾病。

3 組蛋白修飾在IIM致病中的作用

組蛋白修飾是指組蛋白在相關酶的作用下發(fā)生乙酰化、甲基化、泛素化、磷酸化、瓜氨酸、ADP-核糖基化和脯氨酸異構化等修飾過程，其表觀遺傳學標志具有高度特異性，能決定細胞和組織的表型與功能[28]。有研究報道，表觀遺傳調節(jié)劑——組蛋白脫乙酰基酶的表達和功能改變在惡性腫瘤、神經系統(tǒng)疾病和自身免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中具有重要作用[29]。已有研究報道，通過組蛋白修飾，組蛋白變異沉積和核小體穩(wěn)定性來調節(jié)增強子活性[25]。在P19細胞的神經元分化和3T3-L1細胞的脂肪分化過程中，DNA羥甲基化是增強子活化的早期事件。基于染色質特征和MyoD招募，發(fā)現(xiàn)了一個驅動肌肉分化的調控元件。因此，有必要分析在肌原性特異性遠端調控區(qū)獲得5hmC能否激活增強子，導致肌肉分化基因的表達。有證據表明，翻譯后修飾與不同細胞系的發(fā)育、調節(jié)及免疫耐受和自身免疫紊亂的調節(jié)有關[30]。當人們一旦明確疾病發(fā)生的機制后，就可運用修改組蛋白密碼技術來設計藥物和提出措施，繼而改變或調整基因表達的狀態(tài)和活性，從而治愈相應的疾病。但目前關于組蛋白修飾能否參與多發(fā)性肌炎或皮肌炎的發(fā)病過程，尚不完全清楚，仍需要進一步研究。

綜上所述，DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA等表觀遺傳學在IIM的致病機制中具有重要作用。它們之間相互影響、相互關聯(lián)，任何一方面發(fā)生異常都將影響基因的表達及生物體的性狀。因此，深入了解表觀遺傳學在IIM中的作用，有可能為IIM的診斷和治療提供新的方向。