組蛋白修飾機(jī)制在自身免疫性甲狀腺疾病發(fā)病中的作用

馬 婷，郭艷英

(新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院內(nèi)分泌科,烏魯木齊 830001)

目前，表觀遺傳學(xué)在世界范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注，其主要研究的是非遺傳因素如何在不涉及DNA序列改變的情況下調(diào)節(jié)基因的表達(dá)和表型及其在疾病發(fā)展中的作用。表觀遺傳機(jī)制主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、微RNAs(microRNAs,miRNAs)、長鏈非編碼RNAs(long non-coding RNAs,lncRNAs)和 X染色體失活等[1]。近年來隨著人們對表觀遺傳學(xué)認(rèn)識的不斷深入發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳修飾在整合遺傳與環(huán)境因素之間發(fā)揮著關(guān)鍵作用，參與并導(dǎo)致了諸多自身免疫性疾病的發(fā)生[2]。DNA甲基化作為表觀遺傳修飾中的一種重要修飾機(jī)制，既往對于其在許多自身免疫性疾病中的作用進(jìn)行了闡述，目前與之相關(guān)的研究已經(jīng)較為成熟，而組蛋白修飾作為表觀遺傳修飾中另一種重要的修飾方式，近年來研究發(fā)現(xiàn)其與多種自身免疫性疾病的發(fā)生密切相關(guān)[3-4]。常見的組蛋白修飾包括乙酰化、甲基化、泛素化、磷酸化、糖基化等[5]，其中目前研究較多的為乙酰化和甲基化。自身免疫性甲狀腺疾病(autoimmune thyroid disease,AITD)作為諸多自身免疫性疾病中的一種，近年來發(fā)現(xiàn)其與組蛋白修飾相關(guān)。現(xiàn)就組蛋白修飾在AITD發(fā)病中的作用進(jìn)行綜述。

1 組蛋白修飾

組蛋白是參與組成真核生物染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，具有高度保守性，其是核小體的重要組成部分。核小體是染色質(zhì)的基本單位，一個(gè)核小體由8個(gè)核心組蛋白(兩個(gè)H2A、H2B、H3、H4亞基)和1個(gè)長度約為147 bp，圍繞在組蛋白八聚體上的雙鏈DNA組成[6]。組蛋白中被修飾的氨基酸的種類、位置和修飾類型被稱為組蛋白密碼[7]。組蛋白中非結(jié)構(gòu)N端氨基酸可以被修飾，然后通過直接或結(jié)合某些蛋白效應(yīng)器影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，這些修飾通常發(fā)生在組蛋白的賴氨酸或精氨酸上，并由組蛋白修飾的酶介導(dǎo)，而組蛋白修飾酶又與染色體重構(gòu)密切相關(guān)。與DNA甲基化相同，組蛋白修飾也是高度動態(tài)的，并受酶的調(diào)控[8]。

與組蛋白乙酰化相同，組蛋白的磷酸化也是可逆的，它主要發(fā)生在絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸上，修飾水平分別由添加和刪除修飾的激酶和磷酸酶控制。有研究在AITD模型小鼠的T細(xì)胞和甲狀腺細(xì)胞中觀察到組蛋白H2A的磷酸化[13]。有報(bào)道稱，HDAC和HAT均是通過磷酸化RNA聚合酶Ⅱ，針對活性基因的轉(zhuǎn)錄區(qū)域發(fā)揮作用[14]。此外，組蛋白的泛素化不僅與轉(zhuǎn)錄沉默有關(guān)，還與轉(zhuǎn)錄起始和延伸有關(guān)，組蛋白類的亞甲基化與抑制功能有關(guān)，最終還會影響組蛋白甲基化或乙酰化調(diào)節(jié)基因表達(dá)的狀態(tài)[15]。泛素是由76個(gè)氨基酸組成的多肽，通過三種酶(E1激活酶、E2結(jié)合酶和E3連接酶)的順序作用與組蛋白賴氨酸連接，它們共價(jià)結(jié)合了小的泛素類修飾分子SUMO(ubiquitin class modifies molecules)[16]。對于組蛋白糖基化方面的研究也有報(bào)道，但目前仍較少，具體的機(jī)制尚不清楚，還有待進(jìn)一步研究。

2 組蛋白修飾與DNA甲基化

DNA甲基化也是目前研究較為成熟的一種表觀遺傳修飾方式，是由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase,DNMT)介導(dǎo)的一個(gè)動態(tài)的修飾過程，是在CpG二核苷酸背景下在胞嘧啶上添加一個(gè)甲基基團(tuán)，形成5-甲基胞嘧啶，其主要發(fā)生在鳥嘌呤二核苷酸中胞嘧啶的第5個(gè)碳環(huán)上，特別是位于啟動子區(qū)的CpG島，因甲基化區(qū)域阻斷了轉(zhuǎn)錄激活因子通路，導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，從而抑制基因的轉(zhuǎn)錄，去甲基化則相反[3]。DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因的表達(dá)，對胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖和分化起重要作用[17]。盡管具體的發(fā)病機(jī)制仍不清楚，但DNA甲基化與諸多自身免疫性疾病的發(fā)生密切相關(guān)。

3 組蛋白修飾在AITD發(fā)病中的作用

AITD是一組由B細(xì)胞和T細(xì)胞介導(dǎo)的特異性自身免疫性疾病，由免疫耐受喪失和自身免疫攻擊甲狀腺組織引起，Graves病(Graves disease，GD)和橋本甲狀腺炎是其主要臨床表現(xiàn)[20]。目前AITD的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，病因可能是多方面的，考慮可能與遺傳和環(huán)境因素等有關(guān)。而表觀遺傳學(xué)的出現(xiàn)，為研究疾病的發(fā)生提供了新途徑。

3.1組蛋白乙酰化/去乙酰化與AITD GD即彌漫性毒性甲狀腺腫，是器官特異性自身免疫病之一，是免疫失調(diào)引起的免疫耐受的喪失，組蛋白乙酰化在疾病的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用[21-23]。Yan等[24]的研究表明，在GD患者的外周血單個(gè)核細(xì)胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC)中組蛋白乙酰化修飾異常，GD患者PBMC中整體組蛋白H4乙酰化水平明顯降低，其原因可能為表觀遺傳修飾基因的敲除。此外，與對照組相比，GD患者PBMC中HDAC1和HDAC2信使RNA的水平明顯升高，組蛋白H4低乙酰化在GD中伴隨著HDAC1和HDAC2信使RNA表達(dá)上調(diào)。但有分析表明，在全球范圍內(nèi)H4乙酰化水平的變化與HDAC1和HDAC2信使RNA的水平無關(guān)[24]。Limbach等[25]的全基因組分析發(fā)現(xiàn)，GD患者中T細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因組蛋白H3賴氨酸4三甲基化和組蛋白H3賴氨酸27乙酰化水平降低。亦有報(bào)道稱，α干擾素通過組蛋白修飾誘導(dǎo)甲狀腺球蛋白基因表達(dá)改變[26]。雖然目前對GD基因方面的研究取得了重大進(jìn)展，但基因變異與環(huán)境因素相互作用導(dǎo)致免疫耐受喪失的機(jī)制仍不清楚。推測異常組蛋白修飾在GD的發(fā)病中有一定的作用，而這些組蛋白乙酰化模式的改變可能為治療提供潛在的靶點(diǎn)。此外,全基因組DNA甲基化分析顯示，在GD患者的CD4+和CD8+T細(xì)胞中,與T細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因的高甲基化伴隨組蛋白H3賴氨酸4 三甲基化和組蛋白H3賴氨酸27乙酰化水平的降低[25]，證實(shí)GD患者細(xì)胞中基因啟動子甲基化與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化相結(jié)合，從而使基因表達(dá)沉默。

目前關(guān)于組蛋白乙酰化修飾在橋本甲狀腺炎發(fā)病中的研究較少，有待更多的研究進(jìn)一步探討。有研究顯示，組蛋白修飾與其他自身免疫性疾病的發(fā)病相關(guān)[26-28]，如活動性狼瘡患者CD4+細(xì)胞的整體組蛋白H3和H4低乙酰化；在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者中，乙酰化和去乙酰化等組蛋白修飾更多取決于HAT的活性，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄水平的升高。系統(tǒng)性硬化中也存在相關(guān)基因組蛋白修飾，但需要提供可靠的證據(jù)。此外，異常的組蛋白修飾模式可能為1型糖尿病、銀屑病、炎癥性腸病、強(qiáng)直性脊柱炎等的治療提供潛在靶點(diǎn)。

3.2組蛋白甲基化/去甲基化與其他自身免疫性疾病 Stefan等[26]發(fā)現(xiàn),α干擾素可誘發(fā)甲狀腺球蛋白基因表達(dá)的改變，并通過組蛋白H3上甲狀腺球蛋白基因啟動子區(qū)域賴氨酸4殘留的甲基化引發(fā)AITD。在狼瘡患者的PBMC中發(fā)現(xiàn)，組蛋白H3賴氨酸4二甲基化水平顯著升高，而組蛋白H3賴氨酸4三甲基化與系統(tǒng)性紅斑狼瘡的疾病活動有關(guān)[29]。候選基因研究發(fā)現(xiàn)，女性類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者存在免疫共刺激因子CD40L的去甲基化，這也體現(xiàn)了該病在女性中占有優(yōu)勢[30]。研究發(fā)現(xiàn)，在1型糖尿病高危基因中組蛋白H3賴氨酸9二甲基化顯著增加[31]。組蛋白H3賴氨酸9低甲基化在系統(tǒng)性硬化癥患者的B細(xì)胞中可檢測到，與下調(diào)HMT SUV39H2和上調(diào)組蛋白去甲基化酶JHDM2A相關(guān)[32]。

4 其他自身免疫性疾病與AITD

研究證實(shí)，其他自身免疫性疾病與AITD也存在相關(guān)性，易受到AITD的影響[33]。一項(xiàng)大型前瞻性病例對照研究表明，橋本甲狀腺炎患者中其他自身免疫性疾病如白癜風(fēng)、慢性自身免疫性胃炎、干燥病、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化、風(fēng)濕性多肌痛、乳糜瀉、糖尿病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等的患病率顯著增加，且患有上述自身免疫性疾病的患者更易受AITD的影響[33]。Fallahi等[34]研究橋本甲狀腺炎患者中其他自身免疫性疾病的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，最常見的關(guān)聯(lián)是橋本甲狀腺炎+慢性自身免疫性胃炎+白癜風(fēng)和橋本甲狀腺炎+慢性自身免疫性胃炎+風(fēng)濕性多肌痛。英國的一項(xiàng)大型研究表明，在GD患者中，GD與類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、惡性貧血、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、Addison病、腹腔疾病以及白癜風(fēng)顯著相關(guān)[35]。

5 環(huán)境因素與AITD

由Shoenfeld和Agmon-Levin[35]提出的佐劑誘導(dǎo)的自身免疫炎癥綜合征是指暴露于多種佐劑而引起的自身免疫性疾病，這些佐劑存在于多種疫苗中，并引起免疫反應(yīng)。此外，硒和維生素D缺乏、高碘攝入、暴露于輻射等對于免疫耐受缺乏的受試者發(fā)生AITD的可能性更大。吸煙與GD和格雷夫斯眼病相關(guān)，其可以降低甲狀腺功能減退和甲狀腺自身免疫性疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[36]。病毒感染也可以導(dǎo)致AITD，特別是人類細(xì)小病毒B19和丙型肝炎病毒。化學(xué)污染物、農(nóng)藥以及鹵代有機(jī)氯會不同程度地破壞甲狀腺功能，多氯聯(lián)苯及其代謝產(chǎn)物和多溴聯(lián)苯醚可與甲狀腺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(即轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白)結(jié)合，取代甲狀腺素，從而破壞甲狀腺功能[37]。干擾素和含碘的藥物也與AITD有關(guān)。

6 小 結(jié)

組蛋白修飾作為表觀遺傳修飾的主要方式之一，在AITD的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。盡管目前對于其具體的致病機(jī)制尚不清楚，但組蛋白修飾作為一種診斷性生物標(biāo)志物對于疾病早期的診斷仍有意義，建議開展相關(guān)方面的研究。此外，任何一種疾病的發(fā)生絕不是某一單一致病因素導(dǎo)致的，而是諸多因素共同作用的結(jié)果，且各種因素之間可能存在某些特殊的聯(lián)系，對其進(jìn)行深入研究有助于更好地認(rèn)識疾病的發(fā)生發(fā)展。結(jié)合目前組蛋白修飾對疾病影響的可能機(jī)制，下一步的研究可以更多地從組蛋白修飾的位點(diǎn)出發(fā)，找出更多的致病靶點(diǎn)和相關(guān)標(biāo)志物，以期通過基因修飾的手段達(dá)到臨床上治愈該疾病的目的。