慢性疲劳综合征的表观遗传机制研究进展

杨蕾，康巧，袁宏洁，庄艺，金红娇，韩亮，吴曦

(1.成都中医药大学附属绵阳医院医学美容科，四川 绵阳 621000； 2.成都中医药大学，成都 610075；3.南京中医药大学第二临床医学院，南京 210023)

慢性疲劳综合征(chronic fatigue syndrome，CFS)是一组以慢性疲劳持续或反复发作为主要表现，同时伴有记忆力减退、疼痛、神经精神等非特异性症状的证候群[1-3]。近年CFS的发病率逐年增高，已成为世界各国广泛关注的公共卫生问题[4-5]。研究发现，CFS患者的自杀死亡率显著升高[6]。还有报道显示，近年美国国立卫生研究院不断增加CFS的研究支出，重新启动CFS研究[7]。因此，阐明CFS的发病机制对于分子标志物的寻找及靶向药物的研发均具有重要意义。表观遗传学研究是指在不改变DNA序列的情况下研究基因表达的可遗传变化[8]，经典的表观遗传修饰主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及微RNA(microRNA，miRNA)等，这些表观遗传修饰均与CFS复杂的生理病理变化密切相关。目前的研究显示，CFS的发病机制主要涉及神经内分泌、免疫、能量代谢等[9-10]，而参与CFS发病的因素可能受表观遗传修饰的影响。现就CFS表观遗传机制的研究进展予以综述。

1 CFS发病的神经-内分泌-免疫机制

1.1神经-内分泌机制 CFS患者的主要症状为疲劳，同时伴有认知功能障碍、疼痛不耐受和身体活动缺乏等，其中神经认知功能障碍的发生率为85%～90%[2]，而神经认知功能障碍、压力系统和痛觉调节紊乱均与海马功能异常密切相关。Bjørklund等[11]通过检测CFS患者大脑低静息状态区域脑血流量发现，CFS患者前后扣带回、左侧海马功能连接增强，且与临床疲劳、疼痛程度升高有关；同时，左侧海马旁回与左侧中央后回功能连接降低，也与临床疲劳程度升高有关；前后扣带回、左侧海马功能连接增强可导致大脑默认网络连接异常，进而影响神经认知功能、情绪和疼痛等，而海马旁回和左侧中央后回的功能分别涉及大脑记忆功能和躯体感觉，发生疲劳时可能破坏两者在大脑默认网络中的稳定性，从而导致连接减弱。CFS患者中枢神经系统中的神经胶质细胞被激活可产生多种神经免疫炎症细胞因子[如白细胞介素(interleukin，IL)-1β][12]，而这些炎症细胞因子可诱导星形胶质细胞中的5-羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)转运蛋白表达、降低细胞外5-HT水平，最终减少5-HT1A受体的激活，从而诱发疲劳[13]。此外，CFS患者的疲劳、头晕、注意力不集中、恶心等症状还与自主神经系统功能障碍密切相关，自主神经系统是机体适应挑战的关键调节系统，其功能失调可能通过引发CFS症状以应对体内失衡的状态[9]。

糖皮质激素受体可介导炎症反应以及下丘脑-垂体-肾上腺轴(hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA轴)的调节，其中皮质醇分泌降低是CFS的标志性生物学特征之一。Roerink等[14]发现，与健康对照者相比，CFS患者唾液皮质醇觉醒反应降低，且应用IL-1受体拮抗剂阿那白滞素治疗的CFS患者头发皮质醇增长水平较应用安慰剂者略低。研究发现，CFS患者存在皮质醇水平较低、糖皮质激素受体功能降低以及IL-6和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α产生减少，而糖皮质激素可直接通过抑制编码细胞因子基因的转录或间接抑制促炎性细胞因子的表达调节免疫反应[15]；此外，各种免疫炎症的激活以及氧化、亚硝化应激也可导致HPA轴活动减弱[16]。HPA轴可与其他系统(尤其是免疫系统)相互作用，参与CFS的疾病进展。

1.2免疫机制 CFS的免疫失调包括T细胞、B细胞、自然杀伤细胞(natural killer cell，NK细胞)介导的细胞毒性降低以及细胞因子谱和免疫球蛋白水平变化等。免疫代谢对免疫系统的正常功能十分重要。研究发现，CFS患者CD8+T细胞的线粒体膜电位降低，CD4+和CD8+T细胞在静息状态下糖酵解减少，而CD8+T细胞在激活后糖酵解也减少[17]。还有报道显示，CFS是一种以B细胞受体基因使用倾斜为特征的疾病，CFS中存在B细胞亚群的改变，如CD21+、CD19+和活化的CD5+B细胞数量增加[18]，而B细胞亚群改变可导致自身免疫和体液免疫功能障碍。NK细胞是先天免疫系统的效应淋巴细胞，可清除病原体和恶性细胞、激活免疫细胞并产生细胞因子。研究发现，与健康对照者相比，CFS患者的NK细胞介导的细胞毒性受损，且NK细胞免疫表型发生变化，包括CD18+CD11c-和CD18+CD2-NK细胞显著增加，CD56BrightCD2+CD18+和CD56DimCD18+CD11a+CD11c+NK细胞显著减少[19]。另据报道，CFS中的许多细胞因子均发生改变，包括TNF-α、转化生长因子-β、IL-1α、IL-1β、IL-4、IL-6 和IL-8等[20]。Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)可识别具有病原相关分子模式的分子，导致核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)激活和免疫炎症细胞因子表达上调，最终引发免疫、炎症反应[21]。

此外，CFS患者也存在自身免疫反应。研究发现，细胞毒性T淋巴细胞相关抗原-4(cytotoxic T lymphocyte associated antigen-4，CTLA-4) rs3087243-G和蛋白酪氨酸磷酸酶非受体型22(protein tyrosine phosphatase nonreceptor type 22，PTPN22) rs2476601-A中的自身免疫风险等位基因均与CFS发病密切相关，PTPN22编码淋巴酪氨酸磷酸酶，可作为T细胞活化的强负调节剂，PTPN22 rs2476601风险等位基因可通过克隆缺失和受体编辑的干扰导致自身反应性B细胞产生，而CTLA-4 rs3087243-G等位基因可导致CTLA-4信使RNA水平降低，从而增强T细胞活性，PTPN22和CTLA-4调节B细胞和T细胞活化，表明自身免疫可能在CFS发病中发挥作用[22]。免疫炎症反应和自身免疫反应均可降低线粒体膜电位活动，增强线粒体膜通透性，干扰ATP产生，减少磷酸肌酸合成并引起氧化磷酸化功能损伤[23]，进而影响能量代谢，产生疲劳等症状。

CFS的发病机制主要涉及免疫、神经和内分泌，三者具有共同的信号转导物质和受体机制。细胞因子分泌可导致一氧化氮合酶表达增加，从而生成大量过氧亚硝酸盐，降低HPA轴的活性，最终表现为糖皮质激素水平降低；而糖皮质激素可对免疫细胞产生负反馈，抑制促炎分子的进一步合成和释放，从而刺激或抑制免疫功能[24]。此外，免疫系统与自主神经系统及周围神经之间也存在相互作用。神经系统中的神经元及神经纤维表面可表达特异性免疫介质受体，而免疫系统中的免疫细胞膜上可表达神经肽受体及神经递质受体，因此，感觉神经元可被免疫细胞分泌的炎症介质激活并释放神经肽及神经介质，而神经肽和神经介质可调控免疫细胞的功能[25]。

2 CFS的表观遗传学机制

表观遗传修饰与CFS复杂的病理生理变化密切相关，可能是参与CFS发生发展的重要机制之一。免疫细胞、细胞因子、糖皮质激素、新陈代谢等参与CFS发病的因素均受表观遗传修饰的调节。表观遗传修饰不仅可调节免疫-炎症通路的多个靶点，还在自身免疫、氧化应激反应的发生以及神经功能、激素水平的调节等方面发挥重要作用。

2.1miRNA与CFS

2.1.1miRNA调控CFS的免疫机制 miRNA的表达变化在CFS的免疫功能受损中具有重要作用，已成为CFS的生物标志物。miRNA与免疫炎症密切相关，如miR-146a可作为CFS诊断的细胞毒性T淋巴细胞生物标志物[26]。miR-146a还是免疫和炎症反应的关键调节因子，在信号转导及转录活化因子1/γ干扰素轴起核心作用[27]，其过表达通过靶向信号转导及转录活化因子1降低NK细胞介导的细胞毒性、减少γ干扰素和TNF-α产生[28]。研究发现，hsa-miR-99b和hsa-miR-330-3p在B细胞和NK细胞中的表达升高，而hsa-miR-99b和hsa-miR-330-3p可通过转染NK细胞导致基因表达变化，从而上调γ干扰素表达，进而参与细胞运动、囊泡形成和肌动蛋白细胞骨架基因的调节；同时，还可激活NK细胞并降低其细胞毒性，从而介导NK细胞功能障碍[29]。此外，miRNA还可参与CFS中T细胞介导的免疫应答。如miR-150-5p靶向BTB与CNC同源基因2可促进T细胞活化，影响促炎性细胞因子的释放[30]；hsa-miR-127-3p可通过调节B细胞淋巴瘤/白血病-6抑制IL-10的表达，而hsa-miR-140-5p表达上调可调节T细胞的分化并影响CD4+T细胞代谢；此外，hsa-miR-28-5p和hsa-miR-29a-3p也与CD4+T细胞计数显著相关[31]。miRNA也可通过NF-κB信号通路调节细胞因子的表达，参与免疫炎症反应。如miR-223通过调节TLR4/TLR2/NF-κB/信号转导及转录活化因子3信号通路影响炎症细胞因子的表达[32]；而miR-199-3p受非酯化脂肪酸和脂肪因子调节，是NF-κB和IL-8的负调节因子[33]；过表达的miR-4443可通过靶向TNF受体相关因子4激活NF-κB通路，上调促炎性细胞因子表达[34]；miR-126a在单核细胞中表达增加，可下调CT10激酶调节子样蛋白表达，而CT10激酶调节子样蛋白可抑制细胞侵袭和迁移，并可控制树突状细胞的增殖，表明miRNA介导的单核细胞活性增加可能参与CFS的发病[35]。此外，miRNA还可作为CFS患者疼痛程度的生物标志物，在调节临床疼痛中发挥重要作用。如miR-558、miR-146a、miR-150、miR-124和miR-143的差异表达与免疫炎症相关基因TNF-α、IL-6和环加氧酶2的高表达直接相关，可显著影响CFS患者的疼痛程度和频率[36]。

2.1.2miRNA调控CFS的神经机制 研究表明，CFS患者运动后其脑脊液中的miRNA(miR-608、miR-328、miR-200a-5p、miR-93-3p和miR-92a-3p)水平降低，而转化生长因子-β受体1、胰岛素样生长因子1受体和细胞分裂周期蛋白42水平均升高，而这些高水平基因潜在的靶细胞包括脉络丛上皮细胞、神经元和小胶质细胞[37]。脉络丛是产生脑脊液的结构，脉络丛上皮细胞是脑脊液miRNA的主要来源，因此miRNA可作为调节脉络丛功能的靶点，如miR-328可调节细胞外屏障功能[37]，而miR-155-5p在脉络丛上皮细胞衍生的细胞外囊泡中过表达可激活核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3炎症小体，导致神经元活力降低[38]。

CFS患者脑区存在广泛的小胶质细胞激活[12]，运动后小胶质细胞中的miRNA水平降低，从而促进炎症细胞因子表达，产生神经炎症反应，导致CFS患者劳力后不适等[39]。miRNA可调节中枢神经系统的免疫炎症反应、神经冲动的传递和基因表达以及大脑发育和功能等，还可通过调节线粒体的功能和能量代谢参与疲劳的发生发展[40]。如let-7b-5P、miR-148a-3P、miR-124-3P、miR-107-3P和miR-370-3P可通过调节神经冲动的传递和基因表达以及下丘脑对针灸治疗的耐受性，影响身体疲劳[41]。此外，miRNA还可通过与环状RNA竞争性结合调控基因表达，与竞争性内源RNA形成调控网络。环状RNA可通过调节NF-κB通路、TNF-α和IL-1β等参与疲劳的发生发展。如有研究发现，长链非编码RNA肺腺癌相关转录子1作为miR-199b的内源RNA，可通过miR-199b/IκB激酶β/NF-κB信号通路促进炎症细胞因子(TNF-α和IL-1β)释放，进而促进小胶质细胞的炎症反应[42]。

2.1.3miRNA作为CFS的治疗靶点 Takakura等[43]首次证实，定期练习卧式等长瑜伽可改善CFS患者疲劳症状，同时改变其血清miRNA表达(4个miRNA表达上调，42个miRNA表达下调)，因此，这些差异表达的miRNA可作为CFS患者疲劳缓解的生物标志物。此外，miRNA还可能成为CFS药物治疗的靶点，CFS相关的miRNA可促进或抑制药物疗效，从而影响CFS患者的药物治疗敏感性或不良反应；同时，药物也会影响miRNA表达，如miR-27b表达会受到氟西汀的影响[44]。因此，未来深入研究CFS与相关miRNA的关系可促进药物基因组学/药物表观基因组学研究，为临床个性化和精准医疗计划提供帮助。

2.2DNA甲基化与CFS 虽然目前关于DNA甲基化与CFS关系的研究仍较少，但既往研究提示CFS患者的DNA甲基化与免疫反应、能量代谢和神经系统破坏均密切相关。如有研究发现，CFS患者与健康者存在与线粒体功能相关的解偶联蛋白2、线粒体离子肽酶1和NDUFA11(膜结合线粒体复合物1的一个亚基)调控区域的甲基化差异，表明CFS患者甲基化表达异常可能是对线粒体功能障碍的代偿期反应，导致能量代谢功能受损[45-46]。既往研究发现，在与免疫和炎症反应相关的基因调控区域中存在干扰素调节因子4和EXOC2(exocyst complex component 2)低甲基化，干扰素调节因子4可通过激活免疫反应保护细胞免受病毒感染，而EXOC2可参与针对病毒感染的免疫反应，EXOC2上调可导致CFS患者出现发热、肌肉疼痛和流感样症状[46]。Trivedi等[47]研究发现，与健康对照者相比，CFS患者外周血单核细胞中存在307个差异表达的甲基化启动子，基质金属蛋白酶14、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)4、MAPK12和环腺苷酸应答元件结合蛋白5启动子低甲基化均可激活TNF信号通路，导致促炎性细胞因子过表达；miR-148a启动子低甲基化则可导致其过表达，从而损害TLR触发的树突状细胞的先天免疫反应和抗原呈递，同时还可通过抑制DNA甲基转移酶1的表达促进CD4+T细胞的DNA低甲基化。此外，CFS患者与健康受试者的DNA甲基化模式及免疫细胞非编码RNA谱也存在差异，基因组区域的低甲基化可触发沉默的转座因子的转录激活，从而导致非感染性情况下的先天免疫反应以及细胞miRNA损害[48]。

CFS患者的神经内分泌异常与DNA甲基化有关，包括HPA轴功能减退。Vangeel等[49]发现，CFS患者外周血糖皮质激素受体——核受体亚家族3C组成员1-1F基因低甲基化，糖皮质激素受体表达增高可引起HPA轴负反馈，导致CFS患者皮质醇水平降低，提示CFS患者存在HPA轴失调及糖皮质激素受体敏感性增强。还有研究发现，脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)与海马神经元可塑性密切相关，CFS患者存在BDNF水平升高和外显子9中的BDNF低甲基化，这种BDNF的低甲基化可调节BDNF蛋白水平，影响海马神经元的数量、结构和功能，从而诱发CFS[50]。

2.3组蛋白修饰与CFS CFS患者劳累后不适与嘌呤代谢失调和低醋酸盐水平相关，而嘌呤代谢与糖酵解失调可导致乙酸盐水平降低、组蛋白去乙酰化激活以及细胞质和线粒体酶的乙酰化失调，其中CFS患者的组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)2和HDAC3水平分别增加了4倍和2倍，且运动后表达上调的基因存在较高水平的HDAC1和HDAC2结合位点[51]。此外，内皮功能障碍也参与CFS的发病，内皮型一氧化氮合酶可产生一氧化氮，维持内皮稳态，而沉默信息调节因子1可抑制炎症和氧化应激，并通过激活内皮细胞中的内皮型一氧化氮合酶增加一氧化氮的产生[52]。还有研究发现，CFS患者外周血中的miR-21、miR-34a、miR-92a、miR-126和miR-200c水平增加，而HDAC1是miRNA网络中最关键的节点[53]。HDAC1可去除蛋白质上的乙酰赖氨酸标记，导致染色质凝聚和基因表达水平降低；同时，HDAC1还可通过沉默信息调节因子1/内皮型一氧化氮合酶轴调节内皮功能障碍，在CFS中发挥重要作用[47，54]。

CFS患者存在异常的蛋白质磷酸化。MAPK和p38磷酸化受损均与CFS及其他慢性炎症疾病的发病机制有关[55]。研究显示，与健康受试者相比，CFS患者NK细胞中的胞外信号调节激酶1/2和MAPK激酶1/2的磷酸化水平均显著降低[56]，而MAPK胞内信号对NK细胞的协同效应可确保有效清除靶细胞。MAPK磷酸化可介导基本免疫过程，而MAPK磷酸化水平降低可导致细胞因子翻译、溶细胞颗粒极化及裂解蛋白释放异常；同时，CFS患者体内响应细胞因子激活而提供能量的细胞内途径减少，导致NK细胞脱颗粒和裂解蛋白释放发生变化，从而导致细胞毒性功能受损[18，57]。Naviaux等[58]发现，CFS患者血浆中的鞘脂类、磷脂、嘌呤、支链氨基酸、过氧化物酶以及线粒体等代谢水平均降低。代谢异常受氧化还原反应和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的调节，当受到胞外刺激因子刺激时，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶中的非吞噬细胞氧化酶蛋白过表达，导致活性氧水平升高，不仅可产生氧化应激反应、诱导p38 MARK磷酸化，通过p38 MAPK介导的p38 MAPK-还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶1-活性氧途径影响脂质代谢[59]，还可通过激活蛋白激酶B信号通路抑制脂解，促进葡萄糖转运和糖原合成[60]。

3 小 结

表观遗传学作为一种通过表观遗传修饰调控基因表达变化的机制，已被广泛应用于各种疾病的研究[61]。表观遗传修饰的变化涉及免疫细胞介导的细胞毒性活动受损和免疫功能激活，而调节葡萄糖吸收、脂代谢和HPA轴功能以及降低抗氧化能力等均可能是CFS发病的重要因素。表观遗传学特征不仅有助于阐明CFS的发生发展机制，还有望成为诊断CFS的生物标志物和治疗靶点。但CFS发病机制复杂，不仅涉及神经、内分泌、免疫等方面，还涉及表观遗传修饰，而不同的表观修饰间也存在相互作用。因此，以表观遗传学为突破口，阐明CFS发病机制及各发病因素之间的相互关系，可以为CFS患者的治疗提供帮助。