【摘要】近期表观遗传学研究表明:DNA甲基化可以帮助阐明自身免疫性疾病特别是系统性红斑狼疮(SLE)的发病机制。环境等因素导致的DNA甲基化状况改变,特别是低甲基化引起异常基因表达而导致免疫紊乱.使具有遗传倾向的个体发生自身免疫反应,导致SLE发生、发展。本文综述了环境因素导致DNA甲基化状况改变的原因,及其如何导致免疫功能异常而引起SLE发病。
【关键词】自身免疫;系统性红斑狼疮;DNA甲基化
系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种累及全身多系统的慢性进行性自身免疫性疾病,其免疫学特征为自身抗体产生、补体激活和免疫复合物形成,从而导致多器官组织的炎症损伤。迄今为止SLE发病机制尚未阐明,目前认为与环境因素,性别,遗传及免疫学异常密切相关。近期SLE的表观遗传学研究发现SLE的发病机制中有DNA低甲基化的“身影”。DNA甲基化状态改变与环境、性别及免疫学异常在SLE发病中的作用具有相关性。下面分别就这三个方面的研究进展作综述。
1 环境与DNA甲基化及SLE关系研究
最近对SLE病因学研究发现环境因素作用于有遗传倾向的个体,在不确定的时期将导致自身免疫反应的发生。药物、紫外线暴露、饮食及感染等环境因素参与了DNA甲基化状态改变以及SLE的发病。
经肼苯哒嗪治疗1至2年后高于90%的病人体内出现抗核抗体,约20%出现狼疮样症状。动物模型研究发现。小鼠T细胞经普鲁卡因酰胺或肼苯哒嗪处理后可以出现自身免疫性疾病,如由免疫复合物、IgG型抗DNA抗体及抗组蛋白抗体介导的肾小球肾炎,这与狼疮症状非常相似。研究发现其原因可能是普鲁卡因酰胺及肼苯哒嗪通过抑制胞外信号调节激酶通路(extracellular signal-regu-lated kinase,ERK),调低DNA甲基转移酶1(DNA methyl-transferase 1,DNMT-1)表达,使DNA呈现低甲基化状态,用普鲁卡因酰胺或5-氮胞苷(5-azaC,5-aza-deoxycytidine,一种甲基化酶抑制剂),处理Th2克隆细胞系D10.G4.1,在无抗原刺激的情况下出现同源抗原提呈细胞反应,发生自发溶解同源性巨噬细胞(这与活动期SLE患者外周血提取的T细胞可以特发的溶解自身巨噬细胞相似),并分泌大量细胞因子如LFA-1,IL-6及IL-4而引起自身免疫反应。因巨噬细胞可以清除免疫复合物,巨噬细胞因自溶而数量减少可以引发免疫复合物沉积,诱发及加重SLE病情。故药物可能参与并诱导了SLE的发病。
对紫外线敏感是SLE的一个典型特征。正常情况下,表皮凋亡的细胞通过自行脱落及巨噬细胞吞噬的作用被清除,Kuhn等人发现经UV照射后SLE患者的表皮受损加重或凋亡细胞的清除作用延缓。Richardson等人研究发现UV可以通过抑制ERK通路,抑制DNMT-1表达,使T细胞DNA低甲基化,以诱导或加重狼疮。国内张敏等人探索UVB照射前后对SLE患者DNA甲基化水平的影响,结果表明UV照射前SLE患者DNA甲基化水平低于正常对照,用不同剂量(50 mJ/cm 2~100 mJ/cm2)的UVB照射后,SLE患者(包括活动期和稳定期)和正常对照DNA甲基化水平均显著降低。陆前进等人进一步研究发现,经UVB1.0 J/cm2及1.5 J/cm2照射Jurkat细胞(克隆E6-1人T淋巴细胞白血病细胞),6、12、24、48小时后生长停滞与DNA损伤诱导蛋白45α(growth arrest and DNA-damage-inducible-protein 45 alpha,Gadd45α)、CD
动物饮食中缺乏甲基化供体(叶酸、蛋氨酸和胆碱)会导致整体DNA甲基化水平和特定基因甲基化水平的降低。鼠类模型中给予缺乏蛋氨酸和胆碱的饮食,最早于1周内可出c-Ha-ras和c-myc鼠癌基因mRNA表达水平增高,重新给予正常饮食(1~2)周后,其DNA及tRNA甲基化水平恢复正常。给予叶酸缺乏的食物后,发现鼠脑组织DNA出现低甲基化绝经后的妇女叶酸缺乏,可以出现淋巴细胞低甲基化,健康妇女宫颈组织和血浆中叶酸水平对于维持宫颈组织的甲基化水平有着重要作用。肺鳞状细胞癌组织中叶酸和维生素B12的缺乏与DNA低甲基化有相关性。此外,微量元素的缺乏也影响到DNA甲基化的水平,研究发现鼠体内缺乏锌,鼠肝组织中S腺苷甲硫氨酸利用甲基的效率将降低,而使肝组织DNA甲基化水平降低,鼠体内缺乏硒.将使鼠肝、结肠组织及Caco-2细胞DNA甲基化水平降低。当前人类饮食与SLE的DNA甲基化关系有待研究,饮食中蛋氨酸、叶酸、胆碱等甲基供体或维生素及微量元素长期缺乏是否使整个DNA甲基化水平及特定基因和器官的甲基化水平降低,诱导或加重SLE?
临床研究发现,SLE患者发病或者病情加重前都出现过细菌或病毒感染史。细菌及病毒DNA富含低甲基化的CpG二核苷酸序列可诱导人体出现多克隆B细胞活化及抗DNA抗体产生,并产生IFN-α,IFN-γ,IL-6,IL-12等细胞因子,从而诱发及加重SLE。SLE患者细菌感染后可出现人体外周血单个核细胞(PBMC)特发性凋亡的增加,加之对自身凋亡细胞清除速度的减慢,使外周血自身核抗原增多:而SLE患者DNMT-1的低表达,导致其DNA CpG低甲基化。这些低甲基化的外周血自身核抗原的聚集可能打破了SLE患者自身免疫耐受。并模拟细菌DNA诱导产生抗ds-DNA抗体及细胞因子。而在SLE的发病中扮演了重要角色。
人类内源性逆转录病毒(HERVs)被认为是连接宿主和病毒颗粒之间的重要分子,并作为一个重要的成分修饰、调节人类基因的表达。许多研究表明HERV的表达可因启动子区域的CpG二核苷酸序列的甲基化而沉默。SLE患者外周血中均可发现克隆性HERV 4-1mRNA,而健康人群则没有。Okada等人研究发现,用5-azaC处理健康人PBMC,其克隆性HERV 4-1明显升高及DNMT-1mRNA降低,而用5-azaC处理SLE患者PBMC后的克隆性HERV 4-1无明显变化。研究表明可能是DNMT-1对调节克隆性HERV 4-1的表达起了重要作用,即SLE患者低甲基化的DNA导致了克隆性HERV 4-1基因的高表达。因HERV、外源性逆转录病毒和核抗原具有很强的同源性.据推测外源性逆转录病毒感染SLE患者时,可诱导低甲基化的T、B淋巴细胞成熟并发生强烈的抗病毒反应,并使免疫系统扩大识别HERV表达的蛋白以及细胞坏死产生的核抗原或DNA碎片,使患者体内产生抗DNA抗体,从而加重SLE患者病情。
2 X染色体甲基化与SLE相关性
SLE患者中男女患病率比为1:9,提示女性激素或X染色体上的某些基因可能在发病中起作用。研究发现DNA甲基化使女性其中一条X染色体处于静默状态。CD
3 T、B淋巴细胞甲基化与SLE相关性
研究表明各种因素导致的SLE患者DNA低甲基化及特定基因的低甲基化通过各种途径使T、B淋巴细胞的功能异常活化,诱导并加重了SLE病情。Richardson等人用5-azaC处理正常人来源的T细胞,后行mRNA表达谱分析,发现超过100个基因表达水平明显升高。其中被证明与狼疮有明显关系的基因包括ITGAL(表达CD
用5-azaC处理正常人来源的CD T细胞,出现高表达的LFA-1,并出现与狼疮小鼠体内相似的MHC特异性自身免疫反应,而用小剂量抗CD
穿孔素主要表达于CD8+T细胞、NK细胞和λδ细胞,通过在靶细胞膜上聚合成贯通孔道使靶细胞渗透压改变而溶解破裂。研究发现活动期狼疮患者CD4+T细胞表达的穿孔素水平明显高于静止期狼疮患者及健康群体:用5-azaC处理T细胞后发现PRF1基因上游的增强子和启动子间的DNA甲基化水平降低,且穿孔素只过度表达于CD4+T细胞。过度表达穿孔素的T细胞杀伤过多的巨噬细胞,导致体内自身抗原增多加强自身免疫反应。
CD70是肿瘤坏死因子超家族的一员,其与CD27是T细胞和B细胞上的一对共刺激分子。用ERK通路抑制剂或5-azaC处理正常T细胞后发现。TNFSF7基因启动子区域CpG出现低甲基化,T细胞表面CD70呈高表达,且表达程度和甲基化抑制剂剂量呈正相关。用5-azaC处理的正常T细胞和B细胞一起培养,可发现免疫球蛋白IgG升高,用抗CD70抗体处理培养液后,这种反应减弱。这一现象说明T细胞低甲基化引起的CD70的高表达通过共刺激因子异常活化B细胞,诱发或加重自身免疫反应。
Gadd45α是核蛋白的一种,在维持基因组稳定、DNA修复及抑制细胞增殖方面起重要作用。近期研究发现,Gadd45α的过量表达会激活甲基化沉默报告质粒,并且促使整体DNA去甲基化。研究表明SLE患者CD4+T细胞中Gadd45α mRNA及其蛋白表达水平与CD4+T细胞整体DNA低甲基化水平、CD
B细胞DNA低甲基化同样严重影响SLE病情。SLE患者DNA低甲基化,DNMT-1水平降低,导致B细胞CD5亚型CD5-E1B的基因启动子区甲基化水平降低。CD5-E1B的转录增强,SLE患者血浆中IL-6增多,从而又促进了CD5-E1B基因的转录,其共同作用使胞浆内CD5-E1B增多,CD5-E1B肽链上第286-400位氨基酸可严重降低细胞膜上的另一CD5亚型CD5-E
综合大量研究可以发现DNA甲基化状态及特定基因甲基化状态的改变在SLE的发病机制中起着非常重要的作用。进一步研究基因甲基化状态特别是基因低甲基化状态与SLE的相关性,并探索甲基化状态改变的原因,将为深入了解SLE的发生发展,为SLE的诊断、治疗、判断预后等方面提供重要的线索、思路和方法。