IgA肾病的表观遗传学研究进展

王秋霞，综述，王 蔚△

(1．遵义医科大学，贵州 遵义 563000; 2．四川省医学科学院·四川省人民医院，四川 成都 610072)

IgA肾病(IgA Nephropathy, IgAN)作为一种最常见的原发性肾小球肾炎，在我国肾活检中占了原发性肾小球肾炎的32%～54%[1]。目前发现有含IgA1的免疫复合物在IgAN患者肾小球系膜区沉积，这些IgA1系存在O-糖化异常，称为半乳糖化缺陷的IgA1(galactose-deficient IgA1, Gd-IgA1)。Gd-IgA1被机体内某些抗体识别并特异性结合形成免疫复合物，沉积于肾小球系膜区，通过激活系膜细胞，或通过凝集素途径等激活补体从而导致肾脏损伤，目前这个关于IgAN发病机制的多重打击学说已被广泛认可[2]。但关于IgAN的具体发病机制仍未研究清楚。随着表观遗传学在各类疾病中的提出，研究发现了表观遗传学特别是DNA甲基化在IgAN发病机制中的重要作用[3]。表观遗传学是指DNA序列尚未发生改变，但生物表型发生了可遗传性改变，其主要机制包括DNA甲基化、组蛋白甲基化、MicroRNA调控等[4, 5]。本文对表观遗传学，主要是DNA甲基化在IgAN中的研究做一综述。

1 DNA甲基化

1.1 DNA甲基化的概述DNA甲基化作为表观遗传机制中主要的调控方式，是指在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase, DNMT)的作用下，DNA序列上CpG二核苷酸胞嘧啶上的第5位碳原子通过共价键结合的方式从甲基供体S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine, SAM)得到一个甲基基团的过程，该反应的产物称5-甲基胞嘧啶(5-mC)[6]。DNA甲基化与基因沉默有关，启动子区或非启动子区的CpG序列甲基化可抑制启动子与转录因子结合或被甲基CpG结合域(methyl CpG binding domain, MBD)识别并结合从而直接或间接抑制基因表达[7]。目前,DNA甲基化的研究主要以特异位点的DNA甲基化以及全基因组DNA甲基化为主。一般从两方面行DNA甲基化检测，首先分离甲基化的DNA，其次利用PCR、基因测序、基因芯片等对甲基化位点行定位、定量检测[8, 9]。

1.2 DNA甲基化与IgA肾病

1.2.1COSMC 和 C1GALT1 研究发现，核心1,3-半乳糖基转移酶(core 1β3-galactosyltransferase1/T-synthase，C1GALTl)与其分子伴侣COSMC在β分子1，3糖基化过程中有着重要作用。功能正常的COSMC可以使C1GALT1发挥活性作用，使β1，3半乳糖基连接到N-乙酰半乳糖胺末端，当COSMC功能异常时，C1GALT1的活性降低或者丧失而导致糖基化的异常[10]。即COSMC是C1GALT1发挥酶学活性的特异蛋白。

COSMC是蛋白质O-糖基化所必需的分子伴侣。在IgAN中，COSMC表达降低与IgA1分子的异常糖基化有关。Sun等研究发现COSMC启动子区CpG的甲基化状态可能与其调控蛋白的表达下调有关[11]，同时还发现与健康受试者相比，IgAN患者的白细胞介素4(IL-4)能显著增加B淋巴细胞中COSMC启动子的甲基化。在IgAN组，COSMC DNA甲基化水平和COSMC mRNA表达水平之间存在显著的负相关性，揭示甲基化程度可能是调节mRNA水平的关键因素。

1.2.2DUSP3和TRIM27低甲基化 在真核细胞中，胞嘧啶甲基化导致染色质状态的改变，可使基因表达下调或沉默，基因的异常沉默或表达下调会破坏许多参与生理性肾细胞功能的关键途径，从而导致疾病发生[12]。对IgAN患者进行全基因组DNA甲基化筛查提示，IgAN患者CD4+T细胞中编码DUSP3(Dual Specificity Phosphatase 3)和TRIM27(Tripartite Motif Containing 27)的DNA区域发生低甲基化，导致编码基因的过度表达。

DUSP-3也称为痘苗H1相关(Vaccinia H1-Related,VHR)磷酸酶，由DUSP3基因编码，是双特异性蛋白磷酸酶中相对较小的成员。体外研究表明，DUSP3在多个细胞系中是ERK和JNK信号通路的负调控因子[13]。DUSP3使参与细胞生长、增殖和存活的ERK1和ERK2去磷酸化，而失去活性。在T细胞中，VHR通过CD28和T细胞抗原受体(TCR)的相互作用来抑制JNK和ERK的活化[14]。

TRIM27被认为是CD4+T细胞的负调节因子。其作为E3泛素连接酶，负责通过赖氨酸48的多泛素化使Ⅱ类磷脂酰肌醇3激酶C2β(Class II Phosphatidylinositol 3 Kinase C2β, PI3KC2β)失去活性。同时，TRIM27通过抑制PI3KC2β的作用，抑制KCa3.1通道(KCa3.1 K+channel)活性、TCR刺激性钙内流以及细胞因子的产生，对CD4+T细胞有抑制作用。因此TRIM27对于外周T细胞的T细胞受体信号传递以及T细胞的发育和存活都很重要[15]。

1.2.3VTRNA2-1高甲基化 编码VTRNA2-1(Vault RNA 2-1)的DNA高甲基化，导致其表达下调。VTRNA2-1的基因产物是一个非编码库RNA，被鉴定为microRNA-886(Pre-miR-886)的前体。因VTRNA2-1高甲基化所引起的Pre-miR-886水平低表达，同时与依赖RNA激活的蛋白激酶 (Protein Kinase RNA-Activated, PKR)共同作用，导致CD3/CD28 TCR的激活以及CD4+T细胞的增殖率均降低。此外，由于VTRNA2-1表达下调，导致转化生长因子β(Transforming Growth Factor β, TGFβ)的表达增加，可降低CD3/CD28激活的效果，阻碍正常的钙离子内流，从而在促进T细胞无活性状态的同时，还抑制TCR的活性、抑制CD4+T细胞的活性[16]。

有研究发现转化生长因子β1(TGF-β1)与IgAN发病相关，它参与了IgA和IgG2的转换以及促进B细胞中IgA1和IgA2分泌的增加[16, 17]。转化生长因子β过度表达导致IgA-IgG2的转换有利于IgA的产生，同时在这些患者的系膜区还发现了IgG1和IgG3分子[16]。然而由于涉及的免疫病理范围广泛，要阐明清楚之间的转换关系需要做更多的研究来确定异常DNA甲基化通过免疫紊乱参与IgAN的发生发展机制。

2 组蛋白甲基化

2.1 组蛋白甲基化概念组蛋白甲基化控制基因转录主要是通过改变染色质结构来实现的。H3K4me3位点可被某些转录激活效应蛋白识别并促进基因表达，与基因激活有关。大多数人类基因启动子位于非甲基化的CpG岛中。有人认为是CpG岛(CpG islands, CGIs)与CXXC指蛋白1(CFP1)和其他CpG结合蛋白相互作用，从而在H3K4的三甲基化过程中发挥关键作用[18]。研究发现，在IgAN患者中发现FCRL4、GALK2、PTPRN2、IL1RAPL1这几个部位呈现异常的H3K4me3水平[19]。

2.2 组蛋白甲基化与IgA肾病

2.2.1FCRL4 和半乳糖激酶2(GALK2) 在IgAN患者外周血单个核细胞(PBMC)中，Qi等研究发现Fc受体4(FCRL4)和GALK2的H3K4me3积聚较正常对照组更多[19]。Fc受体4可与IgA分子结合。已有研究表明，Fcα受体I(FcαRI)在IgAN患者可与IgA结合形成复合物参与IgAN的发病[20]。因此，可以推测FCRL4糖蛋白在IgAN发病机制中可能与FcαRI具有相似的功能，从而参与IgA肾病的发病。

GALK2也系N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)激酶，尽管它最有利的底物是GalNAc，但这种酶亦可将α-d-半乳糖催化为1-磷酸半乳糖[21]。IgA1铰链区O-连接多糖的生物合成从添加GalNAc开始，并随着半乳糖的添加而继续[22]，研究认为当GALK2激活增强可以诱导低浓度的半乳糖，导致IgA1的半乳糖化不足[19]，而产生O糖链半乳糖缺失的IgA1，从而参与到IgA肾病的发病。

2.2.2PTPRN2和IL1RAPL1 Qi等还在IgA肾病患者中发现低H3K4me3水平的PTPRN2和IL1RAPL1，PTPN2属于蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)家族，与蛋白酪氨酸激酶(PTK)作用相反[19]。因为一些PTK可能参与了由免疫介导的IgA肾病的发病过程[23]，由此推测PTPN2表达下调可能在IgAN进展中起了一定作用。而IL1RAPL1是IL-1受体(IL1R)家族的一个成员，尽管其H3K4me3水平很低，但它在IgAN患者中表达上调，这可能是由其他表观遗传机制共同调控的结果。研究发现IL-1细胞因子家族成员似乎与IgAN的病情进展有关[24]。由于IL-1家族成员的活动是由IL-1Rs介导的，因此研究推测IL1RAPL1的高水平表达可能与疾病进展有关。

目前已发现在IgAN患者中H3K4me3模式存在显著差异，PTPRN2、IL1RAPL1、FCRL4以及GALK2等很有可能参与了IgA肾病的发病机制。但是由它们介导的确切机制仍未明确，还需开展更进一步的研究。

3 MicroRNA(miRNA)

3.1 miRNA的概念miRNAs是一种小分子单链非编码RNA，可与目标mRNA的3′非翻译区(3′-UTR)结合，负调控蛋白质的生产[25]。在过去的几年里，关于miRNAs在IgA肾病领域的研究取得了很大进展，有望成为疾病的非侵入性生物学标志物。

3.2 miRNA和IgA肾病miRNA能通过控制免疫反应进而参与IgA肾病的发病。目前研究已证实miR-418b, miR-148b, miR-150-5p, miR-200c, miR-192, miR-185, miR-133a, miR-133b, miR-29c等与IgA肾病的发病相关[26～28]。如miR-148b, Serino等研究发现IgA肾病患者miR-148b水平明显高于正常对照组, miR-148b可调控C1GALT1的表达下降而影响IgA1的O-糖化过程，间接影响IgA肾病的发病[28]。Pawluczyk等研究发现miR-150-5p存在于淋巴浸润中，增生和纤维化区域与已知的进展驱动因素一致，因此，miR-150-5p 可能是肾纤维化的潜在功能介质，对预测IgA肾病和其他肾脏疾病的进展具有一定价值[27]。

4 总结与展望

目前IgAN发病机制仍未阐明，随着表观遗传学的提出，越来越多关于IgAN发病机制的研究指向表观遗传，特别是DNA甲基化越来越成为热点。研究证明DNA甲基化的异常与IgAN的发生发展是有相关性的。在IgAN患者CD4+T细胞中，DUSP-3和TRIM27甲基化水平较低，而VTRNA2-1甲基化水平较高。这些修饰导致DUSP-3和TRIM27过度表达，VTRNA2-1表达下降。这3个基因均可在T细胞激活、增殖、分化以及细胞因子产生等生理过程中起着调节作用。此外，COSMC启动子的甲基化状态可能决定了COSMC mRNA的表达，其表达降低与IgA1异常糖基化有关，证明COSMC的异常甲基化状态在IgAN的发病过程中也有一定作用。

未来仍需进行大量试验研究，去探索IgAN的发病机制，我们期待在新的特异性生物学指标以及潜在疾病特异性治疗靶点上有新突破。