DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因多態(tài)性與自身免疫性疾病關(guān)系的研究進展

姚承佼，鐘曉武,2，黃翠平，青玉鳳，周京國,2

(1川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，四川南充 637007；2川北醫(yī)學(xué)院風(fēng)濕免疫研究所)

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·綜述·

DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因多態(tài)性與自身免疫性疾病關(guān)系的研究進展

姚承佼1，鐘曉武1,2，黃翠平1，青玉鳳1，周京國1,2

(1川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，四川南充 637007；2川北醫(yī)學(xué)院風(fēng)濕免疫研究所)

摘要：DNA甲基化是最常見的表觀遺傳修飾形式，在調(diào)控基因表達、維持基因組穩(wěn)定中起著極其重要的作用。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶是催化并維持這一過程的一類酶，其單核苷酸多態(tài)性可導(dǎo)致DNA甲基轉(zhuǎn)移酶構(gòu)型、功能異常，進而影響基因組DNA甲基化水平，并通過多種機制導(dǎo)致自身免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展。本文以系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、免疫性血小板減少癥等常見自身免疫性疾病為例，重點闡述DNA甲基轉(zhuǎn)移酶單核苷酸多態(tài)性與免疫性疾病易感性的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：DNA甲基化；DNA甲基轉(zhuǎn)移酶；單核苷酸多態(tài)性；自身免疫性疾病

自身免疫性疾病是由自身免疫反應(yīng)所導(dǎo)致相應(yīng)組織、器官損傷或功能障礙的一系列疾病，其病因不明，現(xiàn)普遍認(rèn)為是環(huán)境、遺傳、基因表達共同作用的結(jié)果。人類基因組計劃、單核苷酸多態(tài)性(SNP)計劃和單倍型圖譜計劃等深入研究發(fā)現(xiàn)，機體本身的遺傳因素與復(fù)雜性疾病的發(fā)生、發(fā)展有著重要的作用，復(fù)雜性疾病的易感性及個體差異主要是由基因組SNP所致。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)基因多態(tài)性、DNA甲基化異常與自身免疫性疾病有著密切關(guān)系。本文就當(dāng)前對于DNMTs基因多態(tài)性的生物學(xué)作用及其與自身免疫性疾病中的關(guān)系作一綜述。

1DNMTs的特點及作用方式

DNA甲基化是常見的表觀遺傳學(xué)修飾形式，指生物體在不改變堿基序列的前提下，利用DNMTs的催化作用，將S-腺苷甲硫氨酸的甲基供體轉(zhuǎn)移到胞嘧啶5-碳分子上形成5-甲基化胞嘧啶[1]。DNA甲基化主要發(fā)生在二核苷酸胞嘧啶(CpG)的胞嘧啶，70%~80%的CpG位點發(fā)生DNA甲基化修飾，位于5′端啟動子區(qū)的CpG島(CpG富集區(qū)域)是非甲基化的[2]。DNA甲基化與基因表達負(fù)相關(guān)，高甲基化抑制表達，低甲基化促進表達，一定程度的DNA低甲基化可造成免疫細(xì)胞的異?；钴S。DNA甲基化有維持甲基化和從頭甲基化兩種方式。兩種DNA甲基化反應(yīng)分別由不同DNMTs催化完成。

DNMTs是負(fù)責(zé)催化并維持DNA甲基化的一類酶，這種維持作用可通過細(xì)胞增殖穩(wěn)定傳遞給子代。目前發(fā)現(xiàn)的DNMTs共五種：DNMT1、DNMT2、DNMT3A、DNMT3B、DNMT3L。DNMT1負(fù)責(zé)維持甲基化[3]，基因位于染色體19p13.2，由40個外顯子拼接而成，C端為催化區(qū)域，N端為蛋白識別區(qū)域。DNMT2為天門冬氨酸t(yī)RNA的甲基轉(zhuǎn)移酶，具有微弱的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶活性。DNMT3A和DNMT3B基因分別位于2p23.3和20q11.2，兩者結(jié)構(gòu)域相似，負(fù)責(zé)從頭合成甲基化[4]，DNMT3A負(fù)責(zé)修飾裸露DNA，DNMT3B負(fù)責(zé)核小體核心部位DNA甲基化。DNMT3L缺少C端催化活性區(qū)域，沒有單獨的催化活性，可作為調(diào)節(jié)因子與DNMT3相互作用提高前者的催化活性[5,6]。DNMTs在生物體生長發(fā)育不同時期、不同細(xì)胞表達不同，其表達異常與系統(tǒng)性紅斑狼瘡T/B淋巴細(xì)胞激活、系統(tǒng)性硬化癥的成纖維細(xì)胞表型異常以及抑癌基因高甲基化關(guān)系密切[7~9]，可通過多途徑參與自身免疫性疾病、腫瘤、心腦血管疾病等的發(fā)病[10]。然而，DNMTs作為DNA甲基化的催化物，其本身也受到DNA甲基化作用的調(diào)控。Fatemi等[11]發(fā)現(xiàn)，相對于非甲基化的底物，DNMT1對半甲基化底物的活性要高7～100倍。在DNA甲基化過程中，DNMT家族相互協(xié)調(diào)，共同維持機體正常DNA甲基化狀態(tài)，DNMT1是DNMT3啟動CPG島新甲基化的基礎(chǔ)，DNMT3同時使甲基化提高到正常水平。

2DNMTs基因多態(tài)性

SNP是在基因組水平上單個核苷酸變異引起的DNA序列多態(tài)性。哺乳動物SNP中T取代C占一半以上，可能因為5-甲基化胞嘧啶可自發(fā)脫氨基形成胸腺嘧啶。研究發(fā)現(xiàn)，人體內(nèi)的DNMTs共檢測到100多種不同的SNP現(xiàn)象，其中DNMT3B基因啟動子區(qū)域-149位點T取代C突變，可使DNMT3B的活性增加約30%[12]；DNMT3B-579位點G取代T可增加DNMT3B酶活性[13]；DNMT3B基因啟動子區(qū)域-448位點A取代G相比基因啟動子區(qū)域-283T取代C可使DNMT3B酶活性增加大于2倍；DNMT3B基因啟動子區(qū)域-283位點T攜帶者酶活性遠遠低于C攜帶者。同時研究還發(fā)現(xiàn)，SNP存在種族和地域分布差異，如DNMT3B基因啟動子區(qū)域-149位點SNP與高加索人結(jié)直腸癌易感性密切相關(guān)，而此位點與中國人結(jié)直腸癌患病無明顯相關(guān)性[14]。

3DNMTs基因多態(tài)性與自身免疫性疾病

3.1系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)SLE是一種大量的自身抗體產(chǎn)生誘發(fā)自身免疫反應(yīng)，攻擊靶器官引起全身多臟器受損的自身免疫性疾病。SLE患者DNMT1活性較正常人群下降60%。徐金華等[15]研究發(fā)現(xiàn)，SLE患者DNMT1內(nèi)含子7的21397位CC純合子較正常人明顯增加，分析認(rèn)為低甲基化的胞嘧啶不能自發(fā)地脫氨基轉(zhuǎn)化為胸腺嘧啶，導(dǎo)致終產(chǎn)物三維構(gòu)型變化而影響DNMT1的催化活性，繼而進一步影響胞嘧啶脫氨基作用，如此惡性循環(huán)造成DNA低甲基化。DNA低甲基化可能通過以下機制致?。孩僖餋D70、CD11a、IL-4、IL-6、LFA-1等異常表達，激活自身反應(yīng)性T淋巴細(xì)胞，促進B淋巴細(xì)胞活化[16]；②激活的自身反應(yīng)性T淋巴細(xì)胞可介導(dǎo)巨噬細(xì)胞被大量殺傷，導(dǎo)致自身抗體增加、免疫復(fù)合物沉積[15,17]；③激活人類內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒(HERV)序列，激發(fā)T和B記憶淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗DNA抗體致病[18,19]；④誘導(dǎo)失活的X染色體CD40L基因高表達，促進B淋巴細(xì)胞活化，是女性易患SLE的重要原因之一[20]。由此推斷，DNMTs的SNP降低其催化活性，導(dǎo)致DNA低甲基化可能成為SLE發(fā)病的觸發(fā)點。Park等[21]研究發(fā)現(xiàn)，DNMT1基因SNP在正常人和SLE患者中的分布并沒有明顯差異，DNMT1基因SNP與SLE沒有明確聯(lián)系。徐金華和Byung兩個實驗結(jié)果在中國人和韓國人中產(chǎn)生了截然相反的結(jié)論。同樣相反的結(jié)果也出現(xiàn)在DNMT1基因單核苷酸多態(tài)性對中國、高加索、歐洲女性乳腺癌的相關(guān)分析中，兩者相關(guān)性分別為相關(guān)、相關(guān)、無關(guān)[22]。分析認(rèn)為這些相反的結(jié)論產(chǎn)生可能由于種族差異、實驗誤差、病例差異等造成。目前，DNMTs基因SNP與SLE易感性的相關(guān)研究及其在不同人種中的分布、作用還有待進一步深入研究，以闡明SLE發(fā)病機制，為尋找治療SLE的新途徑提供線索。

3.2類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)RA是以關(guān)節(jié)滑膜炎為主的自身免疫性疾病，最終可出現(xiàn)關(guān)節(jié)的強直、畸形、毀損[23]。研究發(fā)現(xiàn)，RA患者T淋巴細(xì)胞DNMTs催化活性及DNA甲基化水平均遠遠低于正常人群，提示DNMTs、DNA低甲基化和RA之間具有一定相關(guān)性[24]。Nam等[25]研究顯示，DNMT3B基因啟動子區(qū)域-283C>T突變在RA患者及正常人群中分布沒有顯著差異，RA患者283T比例明顯高于283C，283T攜帶者關(guān)節(jié)毀損早于283C攜帶者。故認(rèn)為283T突變可能造成DNMT轉(zhuǎn)錄及催化活性降低造成DNA低甲基化水平。DNA低甲基化對RA關(guān)節(jié)的破壞可概括如下：①Thl/Th2細(xì)胞間分化呈Th1極化趨勢，Thl所分泌致炎因子如IFN-γ、IL-1β、TNF-α、IL-17A等基因啟動子區(qū)域的DNA甲基化水平低于健康人群，致炎因子表達增多，激活局部或全身炎癥反應(yīng)[26]；②滑膜成纖維細(xì)胞基因啟動子區(qū)低甲基化導(dǎo)致滑膜成纖維細(xì)胞表型改變，發(fā)生生長及凋亡異常并最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)損壞[27]；③對本病關(guān)節(jié)損壞具有決定作用的是NF-kappa B，其轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域DNA低甲基化，增強其表達，可參與RA患者的關(guān)節(jié)損害過程[28]。目前，關(guān)于DNMTs基因SNP現(xiàn)象與RA關(guān)系的研究尚無報道，故無法確定其是否具有地域特征及人種差異。繼續(xù)深入研究兩者的相關(guān)性將為深入了解RA的發(fā)生發(fā)展及判斷預(yù)后提供重要的線索。

3.3免疫性血小板減少癥(ITP)ITP是一種獲得性自身免疫性疾病，其特征為血小板減少(<100×109/L)和血小板特異性自身抗體產(chǎn)生。其病因不明，目前普遍認(rèn)為基因和環(huán)境因素均對疾病發(fā)生發(fā)展有重要作用[29]。研究證實，ITP患者DNA甲基化水平遠低于正常人群，DNMT3B、DNMT3A的mRNA表達顯著低于對照組[30]。Chen等[31]研究發(fā)現(xiàn)，DNMT3B基因啟動子區(qū)域-149位點堿基突變對DNMT3B表達無明顯影響。Shaheen等[32]在研究DNMT3B -149位點堿基突變與埃及兒童的ITP易感性的相關(guān)性中，得出了與Chen等的研究相同的結(jié)果。Zhao等[33]研究顯示，DNMT3B基因啟動子區(qū)域-579 G>T突變在ITP患者及健康對照組中分布無顯著差異。而Khorshied等[13]研究表明，DNMT3B啟動子區(qū)域-579堿基突變TT基因型在ITP患者中顯著高于正常對照組，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)埃及兒童TT攜帶者增加了3倍ITP患病率。Jung等[34]也發(fā)現(xiàn)，DNMT3B-579G>T基因型具有地域分布差異，這與Zhao等的研究結(jié)果一致，G等位基因在中國、韓國、美國正常人群中的比例分別為11.5%、20%、61.6%，埃及人與美國人相似，與中國、韓國人相差較大。上述SNP現(xiàn)象出現(xiàn)的地域、人種和疾病易感性差異原因尚不明確，有待進一步深入研究。

綜上所述，自身免疫性疾病是涉及多機制、多因素、累及多器官的系統(tǒng)性疾病。DNMTs異常表達可導(dǎo)致DNA低甲基化，參與到激活T淋巴細(xì)胞、炎性因子釋放，自身免疫反應(yīng)激活等。針對DNMTs基因SNP與自身免疫性疾病還有許多問題亟待解決：細(xì)胞因子異常釋放，地域差異、人種差異等都是具有挑戰(zhàn)性的工作。關(guān)于自身免疫性疾病與DNMTs基因SNP現(xiàn)象相關(guān)性的研究尚在起步階段，DNMTs基因SNP在痛風(fēng)、強直性脊柱炎、干燥綜合征等免疫性疾病中的研究仍是空白，深入的研究有望為免疫性疾病的臨床檢查、新的治療靶點提供重要依據(jù)。

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(收稿日期：2015-09-16)

中圖分類號：R593

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-266X(2016)04-0091-04

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2016.04.036

通信作者：周京國(E-mail: jgzhou@nsmc.edu.cn)

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(81272047)；四川省教育廳資助科研項目(15ZB0197);南充市科技支撐項目(14A0061);川北醫(yī)學(xué)院科研發(fā)展計劃博士科研啟動基金(CBY14-QD-07)。