特应性皮炎转录组学及靶点治疗研究进展

陈丽洁 梁景耀 刘玉梅 邵蕾 王建琴

510095广州医科大学皮肤病研究所 广州市皮肤病防治所

随着基因研究的不断发展，曾经耳熟能详的中心法则“DNA⁃mRNA-蛋白质”模式已经无法解释许多复杂的生命过程，从全基因组层面研究各种生理病理过程是目前重要的研究方向之一。全方位对疾病的研究包括，基因组水平、转录组水平、蛋白质组水平等，其中转录组（transcriptome）指特定生物体在某种状态下所有基因转录产物的总和。在转录组中包含已熟知编码蛋白的信使RNA（mRNA），也包括近年来新发现的不编码蛋白的MicroRNA、长链非编码lncRNA等非编码RNA，这些转录组RNA彼此协同作用共同调控细胞的生长、发育、凋亡等一系列重要的生理过程。蛋白质是行使细胞功能的主要承担者，转录组是连接基因组遗传信息与生物功能的蛋白质组的必然纽带，也是生物体最重要的调控方式。特应性皮炎（atopic dermatitis，AD）是一种遗传相关的慢性炎性皮肤疾病，病因复杂，尚未完全明确。该病有较强的遗传背景性，现在认为遗传易感性、环境因素以及免疫因素相互作用导致AD的发病［1］，从转录组入手，可以进一步认识疾病发病机制，是打开遗传、环境、免疫等相互作用的钥匙，为寻找新的干预靶点提供新思路。

一、转录组的历史与进展

1995年至今的20余年，从Velculescu等［2］发现第一个转录组，到高通量测序技术诞生经历了10年，接着衍生的第2代转录组测序技术RNA序列分析（RNA⁃seq）为转录组学研究带来了很大的进展。近几年，Streets等［3］利用微流控芯片技术实现了高质量单细胞的全转录组测序。2016年，表观转录组分析（epitranscriptome analysis）荣膺《自然方法》生命科学技术称号。表观转录组指的是添加到核糖核苷酸中的任何修饰，但不考虑该修饰的已知功能或遗传性。科学家们越来越意识到，核糖核苷酸的化学修饰也就是表观转录组在调控细胞特性中发挥的重要作用。

二、转录组学的应用

转录组学研究已广泛应用于生物学、数字信息学、医学、环境微生物学、教育学、临床及药物研发等领域。在医学领域，已应用于基因诊断、基因治疗和基于基因组知识的治疗、基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预等方面，对医学的发展起到了较大的推动作用。转录组学研究可进一步认识疾病发生发展过程中的机制，揭示基因突变规律，发现致病基因调控关键靶点，以及寻找新的干预靶点，建立更有效的治疗策略，为探索新药提供新的研究靶点，提供更科学的治疗手段。

三、转录组在AD的研究进展

遗传因素在AD的病因中占据重要地位，表观遗传作为介导环境与遗传相互作用的重要机制，为研究遗传与环境因素如何诱发AD等过敏性疾病发病提供了全新的思路和途径，表观遗传调控主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA（ncRNA）等，其中ncRNA是转录组的重要内容。目前AD转录组水平的研究也在不断发展，转录组相关的靶点治疗也逐步运用到临床当中。

1.在动物模型上的转录组学研究：有研究［4］报道，在过度表达IL⁃4转基因小鼠AD动物模型上，用PCR阵列技术检测IL⁃4转基因小鼠发病前后及同窝出生的野生型小鼠数以百计的炎症相关基因，发现 CXCL5，IL⁃1b，IL⁃24，IL⁃6，oncostatinM，PTGS2，FPR1和REG3g等许多趋化因子、促炎性细胞因子与野生型小鼠相比上调几百倍，提示IL⁃4转基因小鼠中，IL⁃4在上皮过度表达可导致各种趋化因子、细胞因子、炎症因子异常调节。有学者［5］用AD犬动物模型的丝聚蛋白mRNA与健康犬比较，有显著的高表达，健康犬的丝聚蛋白免疫荧光在颗粒层和角质层均匀分布，而AD犬显示片状强荧光。有研究［6］发现，MCP基因、IL1家族基因、跨膜受体EMR1和EMR3基因、干扰素诱导基因、生成头发和指甲相关的角蛋白基因，在AD犬异常转录。Merryman⁃Simpson等［7］通过对AD犬的mRNA表达的基因芯片分析，在AD皮损和非皮损中有16个基因异常表达，26个基因只在非皮损表达，12个基因在皮损表达，S100A8是皮损中表达差异最明显的，高出正常皮肤23倍。S100A8是一个表皮分化复合体的促炎性细胞因子基因。

2.在AD患者及健康人群的转录组学研究：白细胞介素是由多种细胞产生又作用于多种细胞的一类细胞因子。现研究已发现，IL⁃4、IL⁃13、IL⁃22、IL⁃31、IL⁃36、IL⁃9等在AD皮损与正常皮肤表达或治疗前后表达有差异。IL⁃31是AD中一个和感染及瘙痒相关的重要媒介，有研究表明，IL⁃31 mRNA水平和血清IL⁃31蛋白水平有很强的相关性，血清IL⁃31水平和血清IgE之间有相关性，嗜酸性粒细胞阳离子蛋白、疾病严重程度和瘙痒的强度在AD患者中有一定的相关性［8］。还有研究［9］发现，转录因子PU.1和IL⁃9在AD中的表达水平与疾病的严重程度和发疹类型相关。该研究通过对比30例AD患者和30例健康人血清，AD的严重程度采用SCORAD评分表评估，用IgE（人类）酶联测免疫吸附试验（ELISA）来测定血清IgE，IL⁃9及PU.1，通过实时定量PCR发现IL9及PU.1在AD中的表达明显高于正常对照组。有研究者［10］通过RNA测序和微阵列这两种技术识别差异表达的基因，试图刻画AD转录组，发现包含217个基因，包括炎症［S100A8/A9/A12，CXCL1 和 2′⁃5′⁃oligoadenylate合成酶像（OASL）］和屏障［MKi67，角蛋白16（k16）］，和紧密连接蛋白8［cldn8］）AD相关基因，这比用PCR的方法更准确，但也有偏差，其中运用RNA⁃seq唯一确定的是TREM⁃1通路［如CCL2，CCL3，单免疫球蛋白域IL1R1相关（SIGIRR）］和IL⁃36在AD患者皮损中的表达增加，为AD的机制提供了新思路。转录组研究比个体研究更丰富了AD的关键通路，把AD和一些新通路联系起来，如动脉粥样硬化信号（IL⁃37，selectin E/SELE），确定了广泛脂质异常和相关Th2免疫激活是下调表皮脂质的关键（FA2H、FAR2、ELOVL3），强调了屏障破坏细胞因子的作用［11］。我们团队［12］通过荟萃分析也发现，IL⁃4 590C/T多态性可能导致AD的敏感性，特别是对亚洲儿童人群。Julia等从10个AD患者的正常皮肤和急慢性皮损中通过基因、分子、细胞的转录组学研究发现，AD开始时，S100A7，S100A8和S100A9基因表达增加，且伴随着Th2和Th22细胞因子活化。这个发现支持了从急性到慢性阶段Th2和Th22细胞因子的活化免疫轴模型，拓展了以往对病因机制的认识观点［13］。

MicroRNA是一类由内源基因编码的长度约为22个核苷酸的非编码单链RNA分子，它们参与转录后基因表达调控。有研究［14］发现，AD患者皮肤上Th1和Th2细胞MicroRNA⁃155有高表达，是由过敏原和超级抗原调控，特别是在分化和激活Th细胞时。在皮肤组织上T细胞，树突细胞，成纤维细胞和肥大细胞显示MicroRNA⁃155高表达。MicroRNA⁃155分子参与了先天的监管和获得性免疫反应，免疫细胞的发展和致癌作用［15］。Ma 等［16］研究也发现，MicroRNA⁃155可通过调节分化和辅助Th17功能来参与AD的发病机制。Rebane 等［17］发现，MicroRNA⁃146a通过抑制角质形成细胞的先天免疫应答来减轻AD的慢性炎症。AD患者角质形成细胞miR⁃146a，miR⁃10b，miR⁃10a，miR⁃10a*，miR⁃216，miR⁃921⁃1*，miR⁃454，miR⁃29b⁃1*的高表达和miR⁃99a*，miR⁃34a*，miR34c⁃5p，miR⁃30a的下调。Chen等［18］通过高通量测序，对AD患者和健康对照组血浆中的microRNA差异表达进行比较，发现MiR⁃151a通过调节IL⁃12 β2受体来参与AD的发病机制。此外，有研究通过多种转录组数据分析显示除免疫介导途径外，皮肤屏障通路，如角质形成细胞分化通路在AD发病机制中起着关键作用。更好地了解角质形成细胞在AD中的作用，对于发展新型的“屏障治疗”是非常重要的［19］。

3.体外模型的建立：近期研究，用Th2细胞因子诱导重建表皮，构建具有AD形态学及转录组学特点的体外模型。Rouaud⁃Tinguely等［20］选取正常人角质形成细胞，经炎性细胞因子（聚肌胞苷酸、TNF⁃α、IL⁃4和IL⁃13）诱导，角质形成细胞分泌胸腺基质淋巴细胞生产素和IL⁃8增加，导致特定的基因表达模式，炎症过程促进了形态学、功能学和转录组学的改变，全面模拟AD炎症背景构建表皮，为治疗AD的天然分子筛选提供了工具。

四、AD的靶点治疗药物

见表1。有了转录组学基因研究作厚实的奠基，相关的药物治疗也运用到临床当中，AD的靶点治疗药物也在不断发展。Beck等［21］在用赛诺菲（dupilumab单抗：抗IL⁃4和IL⁃13单克隆抗体）与IL⁃4、IL⁃13Ra部位结合阻断Th2调节IL⁃4及IL⁃13的信号传导途径，从而抑制过敏性疾病的过程。观察150 mg或300 mg治疗前和治疗4周后正常和皮损皮肤之间的转录组表达变化，发现过敏性哮喘和AD可能有相关的驱动程序，特别是IL⁃4和IL⁃13，因此治疗过敏性哮喘的部分药物同样也可以治疗AD。而目前此药已进入AD 3期临床试验［22］。近期一项靶点治疗首次在人体进行临床试验，通过抑制IL⁃31缓解AD瘙痒，结果发现皮下注射人源化抗人IL⁃31受体单克隆抗体CIM331可以明显改善AD患者的瘙痒状况，健康受试者和AD患者对药物均有良好的耐受性［23］。Khattri等［24］用环孢素治疗AD前后通过实时定量PCR和基因芯片分析发现，经过2周和12周的治疗，在正常皮肤和皮损中基因表达与临床改善相关，特别是Th2⁃，Th22⁃和一些Th17⁃相关分子如，IL⁃13，IL⁃22，CCL17，S100As，elafin/p13，以及表皮增殖和分化的调节。而以IL⁃22为靶点的生物制剂ILV⁃094（fezakinumab）已经进入了AD的2期临床试验。

表1 人类特应性皮炎转录组研究及靶点治疗药物

五、结语

AD病因复杂，发病机制普遍认为与遗传、环境、免疫、感染等相互调控相关，转录组从细胞中基因转录调控水平上进一步认识其生理病理学机制。AD的病因在不断完善，需要发现更多治疗AD的新靶点，对该病的预防和治疗都有重要意义。

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