DNA甲基转移酶基因多态性与自身免疫性疾病关系的研究进展

姚承佼，钟晓武,2，黄翠平，青玉凤，周京国,2

(1川北医学院附属医院，四川南充 637007；2川北医学院风湿免疫研究所)



·综述·

DNA甲基转移酶基因多态性与自身免疫性疾病关系的研究进展

姚承佼1，钟晓武1,2，黄翠平1，青玉凤1，周京国1,2

(1川北医学院附属医院，四川南充 637007；2川北医学院风湿免疫研究所)

摘要：DNA甲基化是最常见的表观遗传修饰形式，在调控基因表达、维持基因组稳定中起着极其重要的作用。DNA甲基转移酶是催化并维持这一过程的一类酶，其单核苷酸多态性可导致DNA甲基转移酶构型、功能异常，进而影响基因组DNA甲基化水平，并通过多种机制导致自身免疫性疾病的发生、发展。本文以系统性红斑狼疮、类风湿关节炎、免疫性血小板减少症等常见自身免疫性疾病为例，重点阐述DNA甲基转移酶单核苷酸多态性与免疫性疾病易感性的关系。

关键词：DNA甲基化；DNA甲基转移酶；单核苷酸多态性；自身免疫性疾病

自身免疫性疾病是由自身免疫反应所导致相应组织、器官损伤或功能障碍的一系列疾病，其病因不明，现普遍认为是环境、遗传、基因表达共同作用的结果。人类基因组计划、单核苷酸多态性(SNP)计划和单倍型图谱计划等深入研究发现，机体本身的遗传因素与复杂性疾病的发生、发展有着重要的作用，复杂性疾病的易感性及个体差异主要是由基因组SNP所致。DNA甲基转移酶(DNMTs)基因多态性、DNA甲基化异常与自身免疫性疾病有着密切关系。本文就当前对于DNMTs基因多态性的生物学作用及其与自身免疫性疾病中的关系作一综述。

1DNMTs的特点及作用方式

DNA甲基化是常见的表观遗传学修饰形式，指生物体在不改变碱基序列的前提下，利用DNMTs的催化作用，将S-腺苷甲硫氨酸的甲基供体转移到胞嘧啶5-碳分子上形成5-甲基化胞嘧啶[1]。DNA甲基化主要发生在二核苷酸胞嘧啶(CpG)的胞嘧啶，70%~80%的CpG位点发生DNA甲基化修饰，位于5′端启动子区的CpG岛(CpG富集区域)是非甲基化的[2]。DNA甲基化与基因表达负相关，高甲基化抑制表达，低甲基化促进表达，一定程度的DNA低甲基化可造成免疫细胞的异常活跃。DNA甲基化有维持甲基化和从头甲基化两种方式。两种DNA甲基化反应分别由不同DNMTs催化完成。

DNMTs是负责催化并维持DNA甲基化的一类酶，这种维持作用可通过细胞增殖稳定传递给子代。目前发现的DNMTs共五种：DNMT1、DNMT2、DNMT3A、DNMT3B、DNMT3L。DNMT1负责维持甲基化[3]，基因位于染色体19p13.2，由40个外显子拼接而成，C端为催化区域，N端为蛋白识别区域。DNMT2为天门冬氨酸tRNA的甲基转移酶，具有微弱的DNA甲基转移酶活性。DNMT3A和DNMT3B基因分别位于2p23.3和20q11.2，两者结构域相似，负责从头合成甲基化[4]，DNMT3A负责修饰裸露DNA，DNMT3B负责核小体核心部位DNA甲基化。DNMT3L缺少C端催化活性区域，没有单独的催化活性，可作为调节因子与DNMT3相互作用提高前者的催化活性[5,6]。DNMTs在生物体生长发育不同时期、不同细胞表达不同，其表达异常与系统性红斑狼疮T/B淋巴细胞激活、系统性硬化症的成纤维细胞表型异常以及抑癌基因高甲基化关系密切[7~9]，可通过多途径参与自身免疫性疾病、肿瘤、心脑血管疾病等的发病[10]。然而，DNMTs作为DNA甲基化的催化物，其本身也受到DNA甲基化作用的调控。Fatemi等[11]发现，相对于非甲基化的底物，DNMT1对半甲基化底物的活性要高7～100倍。在DNA甲基化过程中，DNMT家族相互协调，共同维持机体正常DNA甲基化状态，DNMT1是DNMT3启动CPG岛新甲基化的基础，DNMT3同时使甲基化提高到正常水平。

2DNMTs基因多态性

SNP是在基因组水平上单个核苷酸变异引起的DNA序列多态性。哺乳动物SNP中T取代C占一半以上，可能因为5-甲基化胞嘧啶可自发脱氨基形成胸腺嘧啶。研究发现，人体内的DNMTs共检测到100多种不同的SNP现象，其中DNMT3B基因启动子区域-149位点T取代C突变，可使DNMT3B的活性增加约30%[12]；DNMT3B-579位点G取代T可增加DNMT3B酶活性[13]；DNMT3B基因启动子区域-448位点A取代G相比基因启动子区域-283T取代C可使DNMT3B酶活性增加大于2倍；DNMT3B基因启动子区域-283位点T携带者酶活性远远低于C携带者。同时研究还发现，SNP存在种族和地域分布差异，如DNMT3B基因启动子区域-149位点SNP与高加索人结直肠癌易感性密切相关，而此位点与中国人结直肠癌患病无明显相关性[14]。

3DNMTs基因多态性与自身免疫性疾病

3.1系统性红斑狼疮(SLE)SLE是一种大量的自身抗体产生诱发自身免疫反应，攻击靶器官引起全身多脏器受损的自身免疫性疾病。SLE患者DNMT1活性较正常人群下降60%。徐金华等[15]研究发现，SLE患者DNMT1内含子7的21397位CC纯合子较正常人明显增加，分析认为低甲基化的胞嘧啶不能自发地脱氨基转化为胸腺嘧啶，导致终产物三维构型变化而影响DNMT1的催化活性，继而进一步影响胞嘧啶脱氨基作用，如此恶性循环造成DNA低甲基化。DNA低甲基化可能通过以下机制致病：①引起CD70、CD11a、IL-4、IL-6、LFA-1等异常表达，激活自身反应性T淋巴细胞，促进B淋巴细胞活化[16]；②激活的自身反应性T淋巴细胞可介导巨噬细胞被大量杀伤，导致自身抗体增加、免疫复合物沉积[15,17]；③激活人类内源性逆转录病毒(HERV)序列，激发T和B记忆淋巴细胞产生抗DNA抗体致病[18,19]；④诱导失活的X染色体CD40L基因高表达，促进B淋巴细胞活化，是女性易患SLE的重要原因之一[20]。由此推断，DNMTs的SNP降低其催化活性，导致DNA低甲基化可能成为SLE发病的触发点。Park等[21]研究发现，DNMT1基因SNP在正常人和SLE患者中的分布并没有明显差异，DNMT1基因SNP与SLE没有明确联系。徐金华和Byung两个实验结果在中国人和韩国人中产生了截然相反的结论。同样相反的结果也出现在DNMT1基因单核苷酸多态性对中国、高加索、欧洲女性乳腺癌的相关分析中，两者相关性分别为相关、相关、无关[22]。分析认为这些相反的结论产生可能由于种族差异、实验误差、病例差异等造成。目前，DNMTs基因SNP与SLE易感性的相关研究及其在不同人种中的分布、作用还有待进一步深入研究，以阐明SLE发病机制，为寻找治疗SLE的新途径提供线索。

3.2类风湿关节炎(RA)RA是以关节滑膜炎为主的自身免疫性疾病，最终可出现关节的强直、畸形、毁损[23]。研究发现，RA患者T淋巴细胞DNMTs催化活性及DNA甲基化水平均远远低于正常人群，提示DNMTs、DNA低甲基化和RA之间具有一定相关性[24]。Nam等[25]研究显示，DNMT3B基因启动子区域-283C>T突变在RA患者及正常人群中分布没有显著差异，RA患者283T比例明显高于283C，283T携带者关节毁损早于283C携带者。故认为283T突变可能造成DNMT转录及催化活性降低造成DNA低甲基化水平。DNA低甲基化对RA关节的破坏可概括如下：①Thl/Th2细胞间分化呈Th1极化趋势，Thl所分泌致炎因子如IFN-γ、IL-1β、TNF-α、IL-17A等基因启动子区域的DNA甲基化水平低于健康人群，致炎因子表达增多，激活局部或全身炎症反应[26]；②滑膜成纤维细胞基因启动子区低甲基化导致滑膜成纤维细胞表型改变，发生生长及凋亡异常并最终导致关节损坏[27]；③对本病关节损坏具有决定作用的是NF-kappa B，其转录起始区域DNA低甲基化，增强其表达，可参与RA患者的关节损害过程[28]。目前，关于DNMTs基因SNP现象与RA关系的研究尚无报道，故无法确定其是否具有地域特征及人种差异。继续深入研究两者的相关性将为深入了解RA的发生发展及判断预后提供重要的线索。

3.3免疫性血小板减少症(ITP)ITP是一种获得性自身免疫性疾病，其特征为血小板减少(<100×109/L)和血小板特异性自身抗体产生。其病因不明，目前普遍认为基因和环境因素均对疾病发生发展有重要作用[29]。研究证实，ITP患者DNA甲基化水平远低于正常人群，DNMT3B、DNMT3A的mRNA表达显著低于对照组[30]。Chen等[31]研究发现，DNMT3B基因启动子区域-149位点碱基突变对DNMT3B表达无明显影响。Shaheen等[32]在研究DNMT3B -149位点碱基突变与埃及儿童的ITP易感性的相关性中，得出了与Chen等的研究相同的结果。Zhao等[33]研究显示，DNMT3B基因启动子区域-579 G>T突变在ITP患者及健康对照组中分布无显著差异。而Khorshied等[13]研究表明，DNMT3B启动子区域-579碱基突变TT基因型在ITP患者中显著高于正常对照组，统计分析发现埃及儿童TT携带者增加了3倍ITP患病率。Jung等[34]也发现，DNMT3B-579G>T基因型具有地域分布差异，这与Zhao等的研究结果一致，G等位基因在中国、韩国、美国正常人群中的比例分别为11.5%、20%、61.6%，埃及人与美国人相似，与中国、韩国人相差较大。上述SNP现象出现的地域、人种和疾病易感性差异原因尚不明确，有待进一步深入研究。

综上所述，自身免疫性疾病是涉及多机制、多因素、累及多器官的系统性疾病。DNMTs异常表达可导致DNA低甲基化，参与到激活T淋巴细胞、炎性因子释放，自身免疫反应激活等。针对DNMTs基因SNP与自身免疫性疾病还有许多问题亟待解决：细胞因子异常释放，地域差异、人种差异等都是具有挑战性的工作。关于自身免疫性疾病与DNMTs基因SNP现象相关性的研究尚在起步阶段，DNMTs基因SNP在痛风、强直性脊柱炎、干燥综合征等免疫性疾病中的研究仍是空白，深入的研究有望为免疫性疾病的临床检查、新的治疗靶点提供重要依据。

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(收稿日期：2015-09-16)

中图分类号：R593

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2016)04-0091-04

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2016.04.036

通信作者：周京国(E-mail: jgzhou@nsmc.edu.cn)

基金项目：国家自然科学基金资助项目(81272047)；四川省教育厅资助科研项目(15ZB0197);南充市科技支撑项目(14A0061);川北医学院科研发展计划博士科研启动基金(CBY14-QD-07)。