组蛋白甲基转移酶在炎症反应中作用机制的研究进展

申秦颢，肖逸雯，胡瑜，程蓓，罗应伟

昆明医科大学附属口腔医院，昆明650106

翻译后修饰是指蛋白质在合成之后发生的共价修饰，是蛋白质动态反应以及相互作用的分子基础，同时也是细胞信号调控的重要靶点。组蛋白甲基化修饰是翻译后修饰的一种，由组蛋白甲基转移酶（HMTs）所介导。HMTs 分为蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMTs）和蛋白质赖氨酸甲基转移酶（PK⁃MTs），具有位点特异性，并在多种生理活动中发挥重要作用。炎症是人体消除有害刺激的基本防御反应，但长期慢性炎症会导致多种疾病的发生，包括癌症、动脉粥样硬化、关节炎和牙周炎等。近年来HMTs 与炎症反应之间的相关性得到了人们的重视，然而其相关研究仍处于起步阶段。本文对HMTs 在炎症反应中的作用机制作一综述，为深入研究HMTs在炎症反应中的生物学作用提供依据。

1 PRMTs在炎症反应中的作用机制

1.1 蛋白质精氨酸甲基转移酶1（PRMT1） PRMT1可催化组蛋白和其他蛋白质的甲基化，产生单甲基精氨酸（MMA）和不对称二甲基化精氨酸（ADMA），属于Ⅰ型精氨酸甲基转移酶。PRMT1 参与调节基因转录和蛋白质活性，是多种细胞过程的关键调节因子，被证明可以在氧化应激、炎症和癌症中发挥作用，并参与多种疾病的发生发展。白细胞介素1β（IL-1β）参与诱导软骨细胞的炎症反应，而沉默PRMT1 可以通过抑制 GLI 家族锌指蛋白 1（GLI1）介导的刺猬信号通路，对炎症软骨细胞发挥抗分解和抗炎作用［1］。

白细胞介素4（IL-4）通过上皮细胞中的转录激活蛋白 6（STAT6）上调 PRMT1 表达，而 IL-1β 通过NF-κB 信号通路在成纤维细胞中上调PRMT1 表达。在成纤维细胞与上皮细胞中，NF-κB抑制剂Raf激酶抑制蛋白（RKIP）和STAT6 抑制剂STAT 蛋白抑制因子1（PIAS1）可以分别抑制炎症细胞因子诱导的PRMT1 表达［2］。后续研究发现，PRMT1 在急性肺炎组织中表达显著上调，并且主要在上皮细胞中表达，而在慢性肺炎组织中PRMT1 主要在成纤维细胞中高表达；对肺炎大鼠应用PRMT1 抑制剂AMI-1 可减少COX2 生成和体液免疫应答，并且减少黏液分泌和 胶 原 生 成 ；提 示 NF-κB 及 JAK-STAT 通 路 是PRMT1的潜在上游通路，其通过上调PRMT1的表达参与了成纤维细胞及上皮细胞的炎症反应［3］。

PRMT1 抑制剂TC-E5003 可显著降低脂多糖（LPS）诱导的NO 生成和炎症相关基因表达，同时可以部分抑制 NF-κB 亚基 p65 和 p50 表达，激活蛋白 1（AP-1）的核转位［4］。TC-E5003 还可以直接调节LPS处理后c-Jun基因的表达，并且减弱NF-κB抑制因子α（IκBα）活化。因此，TC-E5003 发挥抗炎作用是通过调节PRMT1 介导的AP-1/NF-κB 信号通路实现的［5］。在LPS 诱导的子宫内膜炎大鼠中，ADMA、二甲基精氨酸二甲氨基水解酶2（DDAH2）水平与PRMT1表达呈正、负相关关系［6］。但是，在炎症反应中PRMT1 如何调控ADMA 与DDAH2 的平衡仍不清楚。

PRMT1 表达降低可使IL-1β 和肿瘤坏死因子α（TNF-α）表达下调，而抑制核调节因子2（NRF-2）可明显恢复PRMT1 基因敲除引起的抗炎和抗氧化应激作用，提示 NRF-2 是 PRMT1 的下游靶点［7］。但是，髓系特异性PRMT1基因敲除小鼠在盲肠结扎和穿孔后却检测到更多的促炎细胞因子表达；后续研究发现，PRMT1 通过催化组蛋白H4 位点的甲基化产生ADMA，从而调控过氧物酶体增殖体激活受体γ（PPARγ）基因表达，PPARγ 会影响促炎细胞因子的产生［8］。因此，PRMT1 可以通过多种途径实现对炎症反应的精准调控，但是仍需进一步研究。

1.2 蛋白质精氨酸甲基转移酶5（PRMT5） PRMT5属于Ⅱ型PRMTs，主要催化对称二甲基化精氨酸（SDMA）。炎症性T 细胞和调节性T 细胞（Tregs）之间的平衡在肠道稳态中起重要作用，结肠炎患者PRMT5 表达与 Tregs 水平呈负相关关系，PRMT5 通过增强DNA 甲基转移酶1（DNMT1）与叉头样转录因子3（Foxp3）启动子的结合，从而限制Tregs 分化。敲低PRMT5 表达可增加Tregs 水平并降低TNF-α、白细胞介素6（IL-6）和白细胞介素13（IL-13）水平。因此，PRMT5可以通过破坏炎症性T细胞和Tregs之间的平衡来调节胃肠道炎症反应［9］。

关节炎患者滑膜组织和成纤维样滑膜细胞中PRMT5 表达增加，并且 IL-1β 和 TNF-α 的刺激可以显著上调PRMT5表达，PRMT5抑制剂EPZ015666可降低IL-6、白细胞介素8（IL-8）生成以及滑膜细胞增殖；而沉默PRMT5表达可降低关节炎滑膜细胞的体外迁移和侵袭能力，同时抑制滑膜细胞中IκBα的磷酸化以及p65、蛋白激酶B（AKT）的核转位［10］。因此，PRMT5 可以通过 NF-κB 和 AKT 信号通路调节炎症反应。

WEBB 等［4］研究证明，PRMT5 是 CD4 T 淋巴细胞增殖的重要调节因子；在脑脊髓炎小鼠模型中，PRMT5 抑制剂可有效抑制T 淋巴细胞反应，减轻迟发性超敏反应和临床疾病中的炎症程度。PRMT5可能是T淋巴细胞介导的炎症性疾病的一个潜在治疗靶点。因此，PRMT5 主要通过介导炎症性T 淋巴细胞与 Tregs 之间的平衡以及 NF-κB 和 AKT 信号通路等多种途径参与炎症反应。

1.3 蛋白质精氨酸甲基转移酶2（PRMT2）/蛋白质精氨酸甲基转移酶6（PRMT6） PRMT2 与PRMT6同属于Ⅰ型精氨酸甲基转移酶，通过催化组蛋白H3精氨酸2 的不对称二甲基化（H3R2me2a）来控制各种转录水平。过表达PRMT6 可抑制香烟烟雾提取物（CSE）诱导的人脐静脉内皮细胞（HUVEC）凋亡和炎症反应［11］。有研究采用CSE注射的方法建立肺炎小鼠模型，然后在气管内注入PRMT6 过表达载体，结果显示小鼠的肺形态计量学指标和肺功能均有改善，并证实过表达的PRMT6通过阻断NF-κB 通路而发挥抗炎作用［12］。PRMT2 过表达可以有效抑制血管紧张素Ⅱ（Ang Ⅱ）诱导的血管平滑肌细胞（VSMC）增殖和炎症反应［13］，但是其作用机制尚不可知，有待后续研究阐明。

2 PKMTs在炎症反应中的作用机制

2.1 SUV39H1 SUV39H1 主要介导H3 赖氨酸9（H3K9）位点的组蛋白甲基化。研究显示，芳基碳氢化合物受体（AhR）激动剂NOR 通过调节AhR/糖酵解轴和随后的 NAD/SIRT1/SUV39H1/H3K9me3 信号通路来促进Tregs 分化，从而延缓结肠炎的发展［14］。

在炎症血管内皮细胞中，γ-干扰素（IFN-γ）可促进一氧化氮合酶（NOS）启动子上CIITA 的占用，而CIITA 可与SUV39H1 相互作用并将其征募到NOS启动子上，以抑制NOS 转录。IFN-γ 处理也可以提高内皮细胞中SUV39H1 表达，并促进SUV39H1 募集到NOS 启动子，通过从NOS 启动子中沉默SUV39H1，可以消除 IFN-γ 对 NOS 的抑制作用。总之，在血管炎症反应中，SUV39H1 通过抑制下游靶基因NOS的转录而发挥抗炎作用［15］。

慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者外周血单个核细胞（PBMC）和原代人小气道上皮细胞（HSAEPCs）中SUV39H1 表达均降低，敲除SUV39H1 基因可复制COPD 的炎症模式，而SUV39H1在HSAEPCs 中的过表达可抑制炎症发展。在COPD 小鼠中，毛壳素（chaetocin）可抑制H3K9me3及SUV39H1表达，并增强炎症反应［16］。因此，SUV39H1 在表观遗传上调控着一组独特的促炎细胞因子，SUV39H1 及其调控通路将成为COPD 的潜在治疗靶点，但是其具体的作用机制目前相关研究较少。

SANTOS-BARRIOPEDRO 等［17］发现，沉默信息调 节 因 子 6（SIRT6）可 与 SUV39H1 结 合 ，并 在SUV39H1 的预设结构域诱导保守的半胱氨酸泛素化。当 NF-κB 激活后，SUV39H1 信号从 IκBα 位点释放出来，从而抑制NF-κB 通路激活，发挥抗炎作用。因此，SUV39H1 主要通过调节Tregs 分化、NF-κB信号通路及其下游靶基因NOS的转录等途径参与炎症反应的发生与发展。

2.2 SETDB1 SETDB1 可催化 H3K9 甲基化，在炎症性肠病中SETDB1 缺失可通过调控内源性逆转录病毒，不可逆转地破坏上皮屏障的动态平衡，从而促进肠道炎症［18］。研究显示，SETDB1 在控制肠上皮细胞的炎症状态过程中发挥重要作用［19］。未来迫切需要研究靶向SETDB1 治疗炎症性肠病的应用潜力及作用机制。

在骨关节炎（OA）的发病过程中，间充质特异性敲除SETDB1 可导致关节软骨细胞异位肥大和终末分化，在ATDC5 细胞及Meckel 软骨细胞中敲除SETDB1会导致软骨生成基因表达降低［20］。YAHIRO等［21］发现，SETDB1 缺失会促进 BMP 信号转导，而BMP 信号转导增强与OA 软骨的异常发育密切相关。以上提示，沉默SETDB1 可能是通过BMP 信号通路调控软骨的异常表型。因此，SETDB1 对于正常关节软骨的维持及缓解OA 的病理发展至关重要。但令人意外的是，在OA 软骨下骨中SETDB1表达显著升高，提示SETDB1 的调控机制仍需进一步研究［22］。

2.3 SET8 SET8是现今发现惟一能够特异性单甲基化H4K20 的PKMTs，其在多种细胞信号通路中发挥重要作用。在神经炎性疾病中，LPS 刺激小鼠小胶质细胞（BV-2 细胞）后，SET8 下游靶点激活转录因子2（ATF2）富集在Toll 样受体衔接分子2（TICAM-2）的启动子区域，从而促进其转录。简而言之，SET8 可以与ATF2 相互作用，以调节TICAM-2表达。另外，SET8在结核分枝杆菌感染过程中被高度诱导，其通过诱导NADH 醌氧化还原酶1（NQO1）和硫氧还蛋白还原酶1（TRXR1）参与炎症反应和细胞凋亡的调节［22］。SET8 和转录因子 FOXO3 一方面介导NQO1，诱导抗炎的M2 型巨噬细胞表型，另一方面协助TRXR1 抑制肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）诱导细胞凋亡［23］。因此，SET8 可通过调控内源性逆转录病毒、BMP信号通路、TICAM-2转录水平、NQO1 与TRXR1 的表达等机制参与多种炎症反应的病理过程。

2.4 ZEST 同源增强子 2（EZH2） EZH2 属于多梳抑制性复合物2（PRC2）的催化亚单位，可甲基化组蛋白 H3 第 27 位赖氨酸。EZH2 抑制剂 EPZ-6438 可以通过调节干扰素调节因子1（IRF1）、干扰素调节因子8（IRF8）和转录激活因子转录激活蛋白2（STAT2），在下游炎症基因启动子位点水平调节炎症基因表达。ARIFUZZAMAN 等［23］认为，在小胶质细胞中抑制EZH2 表达可能是治疗与小胶质细胞激活相关的神经炎性疾病的一种方法。然而相悖的观点是，EZH2 缺乏可以直接刺激细胞因子信号转导抑制因子3（SOCS3）表达，从而增强Lys48 连接的泛素化和肿瘤坏死因子受体相关因子降解，而SOCS3沉默可逆转Ezh2 敲除小鼠的自身免疫性炎症反应，进一步说明了Ezh2对SOCS3的功能依赖性［24］。

在胃肠道炎症研究中发现，促炎细胞因子IL-6可消除FOXP3 与EZH2 的相互作用，而不稳定的FOXP3-EZH2 蛋白相互作用可能通过随后的Tregs异常驱动胃肠道炎症反应［25］。敲低EZH2 在显著激活JNK通路的同时，可增加肠道炎症因子的表达，包括 TNF-α、IL-8、CC 类趋化因子配体 5（CCL5）［26］。但是ZHOU 等［27］的观点与以上观点相悖，该研究认为抑制EZH2 活性可促进造血干细胞在体外生成骨髓来源的抑制性细胞（MDSCs），从而改善肠道炎症反应。

研究显示，在上皮细胞中敲除EZH2 基因可激活 NF-κB，并诱导随后的血管炎症反应［28］。同样LIU 等［29］发现，EZH2 缺乏可增强肿瘤坏死因子受体相关因子 2（TRAF2）表达，从而增强 TNF-α 诱导的NF-κB信号转导。分析原因，可能是抑制EZH2可导致炎症程序被放大化，其中涉及到NF-κB 和PRC2调节的染色质中驻留基因的信号传递［30］。在牙髓炎模型中，过表达EZH2 会显著下调牙髓炎中炎症因子表达，包括IL-6、IL-8、IL-15、CC 类趋化因子配体2（CCL2），提示EZH2 在牙髓炎的发生发展中具有重要的调节作用［31］。

EZH2 可以增加腹膜炎发病过程中腹膜间皮细胞（HPMCs）miR-142 基因启动子上的三甲基化，从而抑制 miR-142 表达。EZH2 依靠 miR-142 与其靶基因缺氧诱导因子1α（HIF-1α）mRNA 结合，从而调控HIF-1α 表达。但是有研究发现，抑制miR-142 表达可逆转EZH2 抑制剂GSK343 对炎症和纤维化的抑制作用［32］。而在肝炎小鼠中，抑制EZH2 可以降低小鼠炎症细胞因子和纤维化标志物的mRNA 表达［33］。因此，现有的研究结果均提示EZH2 在多种炎症反应中发挥调节作用，然而其在炎症反应中到底是抗炎还是促炎作用仍存在很大争议。

2.5 其他 PKMTs G9a 又称 EHMT2 或者 KMT1C，是常染色质主要的甲基转移酶之一，可以甲基化组蛋白H3K9 和H3K27 位点。在血管炎症反应中，抑制G9a 表达会导致H3K9me2 表达减少，从而增强转录因子NF-κB 和AP-1 在其下游炎症基因上的结合，诱导血管平滑肌细胞的炎症反应［34］。在肠炎的发病过程中，G9a 介导的H3K9me2 可抑制辅助性T 细胞17（Th17）和Tregs 的体内外分化。研究显示，G9a 介导的H3K9me2是一个稳定的表观遗传检查点，可通过限制染色质的可及性和转化生长因子β1（TGF-β1）反应性来调节Th17 和Tregs 分化，提示G9a 可能通过介导 TGF-β1调节 Th17 与 Tregs 的平衡，从而参与调控胃肠道炎症反应［35］。

组蛋白甲基转移酶MLL1 主要甲基化H3K4 位点。CARSON 等［36］发现，MLL1基因敲除小鼠的骨髓来源巨噬细胞中促炎基因表达显著降低，同时组蛋白甲基化激活也明显减少，且MLL1 缺陷的巨噬细胞在体外也表现出更强的吞噬和杀菌活性；后续的机制研究中发现，MLL1 基因敲除的巨噬细胞在转录激活蛋白4（STAT4）启动子中的组蛋白甲基化活性降低，提示MLL1可以通过JAK/STAT信号通路调节炎症反应。

综上所述，HMTs 与炎症反应之间存在相关性，对于从表观遗传学层面解释炎症反应发生的病理生理机制具有重要的启示作用，但根据目前相关的基础研究，尚难以确定HMTs 与各种炎症疾病之间的因果关系和确切的机制。HMTs 抑制剂的开发是近年来分子生物学的研究热点之一，但是由于测定方法的差异性以及效价数据缺乏一致性等原因，使得HMTs 抑制剂的研发仍然存在许多问题，如今大多数HMTs 抑制剂缺乏较高的特异性、有效性和生物利用度。未来需开发出新的具有良好药理作用的HMTs 抑制剂，以满足进一步的生物学机制研究和临床治疗的需要。