类风湿关节炎表观遗传学研究进展①

赵智明 蔡 辉

(南京军区南京总医院中西医结合科，南京210002)

类风湿关节炎表观遗传学研究进展①

赵智明 蔡 辉

(南京军区南京总医院中西医结合科，南京210002)

类风湿关节炎(Rheumatoid arthritis，RA)是一种自身免疫性疾病，以慢性滑膜炎为主要病理改变，临床表现为关节疼痛肿胀、关节损伤和活动受限，最终会导致关节破坏和残疾。以抗瓜氨酸化抗体(Citrullinated peptide antigens,ACPA)是否阳性来划分，RA可以被划分为ACPA+和ACPA-两大类[1]。ACPA+的RA患者与特定的HLAⅡ类等位基因相关。多项全基因组关联分析(Genome-wide association studies,GWAS)已经确认遗传变异在不同群体中均与RA发病相关联。但是，这些突变只能解释不到20%的ACPA+的RA易感性，对于ACPA-RA贡献率更低。环境诱发因素中吸烟是已知最重要的环境风险因素，在RA发病中至关重要[2]。但是对于免疫力、生活方式、遗传和环境因素之间的相互作用如何在RA发病中发挥作用尚无很好解释。表观遗传因素可能成为链接遗传学和基因表达的重要媒介，用于解释RA发病原因[2]。

1 表观遗传因素与基因表达

“表观遗传学”一词最初是用来描述有基因活性但没有遗传密码改变的遗传变化。目前这一术语更多情况是指不涉及核苷酸序列变化的染色质相关调节机制，无论这样的特征是否能够严格遗传[3]。翻译后组蛋白修饰，例如乙酰化、甲基化或磷酸化等标记被表观写入蛋白添加到组蛋白侧链或该DNA(DNA甲基化)的胞嘧啶残基。这些表观遗传标记介导转录、DNA复制和重组、DNA损伤反应和染色质重塑等基本过程，可以被“识别蛋白”所识别。表观遗传“擦除蛋白”可以移除这些表观遗传标记[4,5]。对这一基本过程的了解有助于理解遗传学中表观遗传修饰的基本方式。

除了翻译后组蛋白修饰和DNA甲基化，非编码RNA也可以影响基因表达水平。mRNA是短链非编码RNA，能够发挥影响稳定、阻碍翻译等作用，但是其他非编码RNA在RA中的作用尚未确认[6]。长链非编码RNA是指长度大于200个核苷酸的、可以通过影响mRNA稳定性调节基因表达水平的RNA序列。它们能够改变转录效率并充当mRNA前体。进一步讲，长链非编码RNA可以通过引导染色质修饰复合物和其他核蛋白到特定基因组座位发挥作用以控制特定基因的表观遗传学状态[7]。有研究者发现一种长非编码RNA的变异型在RA患者外周血单核细胞(Peripheral blood mononuclear cell,PBMC)中，正常人群中并未发现该RNA，但其作用仍在研究中[8]。近期研究报道[7]，编码LOC100506036的长非编码RNA可以调节SMPD1和NFAT1进而调节RA的炎症状态。

2 DNA甲基化

DNA甲基化是通过DNA转甲基酶(DNA methyl transferases,DNMT)实现的，导致5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5-mC)形成。大量研究集中于5-mC位于富含CpG的区域，该区域称为CpG岛。这些岛位于转录起始位点附近的启动子区域，这一区域的甲基化会阻止转录的发生，与长时间基因沉默包括X染色体失活等有关[9]。

一种发生改变的DNA甲基化特征在RA患者和骨性关节炎患者滑膜成纤维细胞中和RA患者PBMC中均有发现，主要表现为RA患者滑膜组织5-mC下降[10]。低甲基化基因组主要与细胞迁移相关，包括黏着斑形成、细胞黏附、跨内皮迁移和细胞外基质相互作用等[11]。有研究显示，聚胺调节因子1绑定蛋白(PMFBP1)和精素/精胺N1乙酰基转移酶(Spermidine/spermine N1-acetyltransferase,SSAT1)的升高在RA滑膜成纤维细胞(RASF)中促进了分解代谢和聚胺再利用。研究者推测DNA甲基化过程中甲基化供体S腺蛋氨酸(S-adenosyl methionine,SAM)的大量消耗是导致RASF中总体DNA低甲基化的重要原因[12]。有研究发现一种新的方法可以抑制RA关节破坏，该方法通过一种SSAT-1抑制剂乙酰甘氨酸重氮氨苯脒抑制聚胺循环途径发挥作用，可以单独应用或与SAM/L-甲硫氨酸联用。动物研究表明，SSAT-1抑制剂降低RASF黏附和基质金属蛋白酶表达[13],这可能是针对RASF的首个治疗靶点。

包括DNA甲基化的全面改变，不同RA细胞型特定基因的启动子表现为低甲基化或高甲基化状态[14]。细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4启动子单CpG位点的甲基化在RA患者调节性T淋巴细胞(regulatory T cells,Treg)中表现为活化T细胞2核因子转录因子损伤，导致CTLA-4水平下降。随后，Treg不能活化色氨酸降解酶吲哚胺2,3-二氧化酶从而不能激活免疫调节的犬尿氨酸途径[15]。这些因素共同交织导致表观遗传学改变影响整个RA细胞的功能。

3 组蛋白乙酰化

组蛋白乙酰化和去乙酰化是由活性相反的两个酶家族完成，即组蛋白乙酰化酶(Histone acetylases,HAT)和组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDAC)。HDAC通过从赖氨酸残基移除带负电荷的乙酰基来发挥其表观遗传学作用，导致染色质压缩和影响转录因子靠近。人类基因组包括18个基因编码的HDAC，根据结构和功能的相似性被分为4个群组。Ⅰ类 HDAC(HDAC 1,2,3,8)广泛表达于核心部位，Ⅱ类HDAC(HDAC 4-7,9)表达局限，能够穿梭于细胞核与细胞质之间。Sirtuins(SIRT 1-7)是Ⅲ类HDAC，需要NADt参与酶活性。HDAC11是Ⅳ类 HDAC的唯一成员[16]。除了饮食因素对HDAC活性的影响，抗TNF治疗在RA中表现为PBMC核提取物HAT/HDAC比例升高，而利妥昔单抗对HAT和HDAC核活性有促进作用[17]。吸烟导致RA关节局部基因表达水平增加的作用与SIRT6介导有关。Engler等[18]发现SIRT6在吸烟者滑膜组织中增加，且与吸烟RA患者疾病持续时间有关，而在非吸烟RA中没有发现这一现象。RASF中SIRT6的上调暴露于香烟提取物或TNF作为抗调节机制参与MMP1产生[18]。这些发现与先前报道的SIRT6在RASF体外研究和CIA小鼠模型体内实验抗炎抗破坏作用相一致[19]。与之相反，SIRT1表达水平在滑膜组织和滑膜细胞中高表达提示其有促炎和抗凋亡作用[20]。SIRT1和SIRT6相互矛盾的作用提示对HDAC家族的研究应该更有针对性，各成员之间的功能可能完全相反。

多种HDAC阻滞剂已经被部分体外和体内研究证实有效[21,22]，但是多项研究表明这些HDAC抑制剂是染色质依赖的非表观遗传学效应被阻滞[14]。越来越多有潜力的HDAC抑制剂正在逐渐被发现[23,24]。Ahmed等[22]发现拉格唑拉(Largazole，LAR)，一种海洋衍生(Marine-derived)Ⅰ类HDAC抑制剂，能够抑制RASF中TNF诱导的细胞间黏附分子1(Intracellular adhesion molecule-1,ICAM-1)和血管黏附分子1(Vascular adhesion molecule-1,VCAM-1)过表达。LAR可以调节HDAC1、HDAC5及HDAC6水平，HDAC6在LAR诱导的ICAM-1和VCAM-1变化中发挥作用。这些结果表明，对HDAC酶确切作用的研究对RA发病及针对HDAC抑制剂的研究有重要价值[22]。国内学者通过探讨去乙酰化酶抑制剂VPA改变巨噬细胞的组蛋白修饰，发现其可以影响巨噬细胞极化的过程,为治疗自身免疫性疾病提供了新的思路[25]。

4 表观遗传学介导遗传风险

研究人员试图将表观遗传机制与遗传易感基因位点联合探索，寻找RA的发病原因[11,26]。Liu等[27]对ACPA+患者白细胞基因组甲基化和单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)进行分析，发现MHC区域9簇差异甲基化特征和一个在同一染色体上非MHC区域，可能介导RA遗传风险。此外，在一个跨族群GWAS数据荟萃分析，对非MHC风险位点富集染色质区域进行评估[28]，找到部分风险因素。用来标记启动子和增强子激活和增强的组蛋白3赖氨酸4三甲基化(Histone 3 lysine4 trimethylation,H3K4me3)，已被证明是具有表型细胞特异的组蛋白标记[29]。RA的风险基因的候选基因与免疫相关细胞生物学中H3K4me3峰重叠，特别是在Treg 中[28]。

5 其他类型翻译后组蛋白修饰

除外乙酰化在RA中研究较多之外，其他转录后组蛋白修饰的研究较少[14]。最近，关于组蛋白磷酸化方面的研究开始出现，研究人员通过筛查84个已知染色质修饰酶，发现极光激酶A(Aurora kinase A,AURKA)和B(Aurora kinase B,AURKB)在蛋白聚糖诱导的关节炎(Proteoglyan-induced arthritis,PGIA)小鼠以及RA患者PBMC单核细胞中过表达。B细胞AURKA与AURKB水平的升高是基于PGIA小鼠相关磷酸化组蛋白3水平升高的。用泛极光酶抑制剂可以增加B细胞凋亡和减少关节炎小鼠炎症反应物[30]。

6 靶向表观识别蛋白

近年来大量研究致力于布罗莫结构域和额外末端(Bromodomain and extraterminal,BET)家族(BRD2、BRD3、BRD4、BRDT)的抑制剂。BET蛋白是赖氨酸残基(Kac)e-N-乙酰化的识别蛋白，位于组蛋白尾部，是一种与开放染色质结构和转录激活有关的修饰结构[31]。多项临床研究已经开始，BET抑制剂Ⅰ-BET762用于治疗睾丸核蛋白(Nuclear protein in tests,NUT)中线癌；OTX015用于治疗恶性血液病；CPI-0610用于治疗淋巴瘤，提示该类抑制剂有巨大临床潜力[32]。由于BET抑制剂潜在的抗炎作用，已经有人关注其用于自身免疫病的可能[33]。Mahdi等[34]探讨了BET蛋白在RA中与基因型、吸烟、自身免疫对瓜氨酸化α-烯醇酶之间的关系。有3个在BRD2的SNP座位与RA阳性瓜氨酸化α-烯醇酶肽1和环瓜氨酸肽有关，独立于HLADRB1共享等位基因表位。另外一个表观识别蛋白BRD1(BRPF2)基因座位SNP在RA进展期发挥保护关节作用。治疗剂量的BET抑制剂JQ1被证明在两个自身免疫老鼠模型中是有效的，一种是CIA小鼠，一种是实验性自身免疫性脑脊髓炎老鼠(Encephalomyelitis,EAE)[35]。BET抑制剂可以抑制Th17细胞的激活与分化[36]。在Toll样受体配体存在的情况下，抑制剂Ⅰ-BET151可以广泛抑制RASF多种炎症介质和基质降解酶。Ⅰ-BET151可以降低RASF的增殖比率和朝向PBMC移动的趋向性。BET蛋白在不同炎症和自身免疫情况下的独特作用机制仍需继续研究。除了靶向Bromodomain蛋白之外，其他表观标记识别蛋白包括甲基赖氨酸绑定位点识别蛋白可能发挥潜在的治疗作用，需要进一步研究证实[37]。

7 结论

关于表观遗传相关因子的研究在RA中逐步得到重视。进一步解释参与RA发病的不同细胞中不同类型的表观遗传学改变有助于理解表观遗传学在RA中的作用，并有助于寻找新的治疗靶点。现有研究已经取得部分可喜的成果，可以预见，表观遗传学在RA治疗中将占有重要的地位。

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[收稿2016-07-19 修回2016-08-23]

(编辑 许四平)

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.04.033

①本文为南京军区南京总医院科研项目资助(No.2013056)。

赵智明(1979年-)，男，在读博士，主治医师，主要从事中西医结合风湿免疫病方向，E-mail:chinazzm@163.com。

及指导教师：蔡 辉(1959年-)，男，医学博士，主任医师，教授，博士生导师，主要从事中西医结合风湿免疫病方向，E-mail:njzy_caihui@163.com。

R593.22 R394

A

1000-484X(2017)04-0634-04