支氣管哮喘的表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展

支氣管哮喘的表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展摘要：支氣管哮喘(簡(jiǎn)稱:哮喘)是一種常見的呼吸道疾病，發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)，其病理機(jī)制極其復(fù)雜，涉及環(huán)境因素、免疫調(diào)節(jié)紊亂、遺傳背景等。近年來(lái)越來(lái)越多的證據(jù)表明表觀遺傳學(xué)在其發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用，哮喘的表觀遺傳學(xué)有關(guān)研究重要涉及DNA甲基化、組蛋白修飾、miＲNA調(diào)控等方面。隨著有關(guān)機(jī)制研究的進(jìn)一步，哮喘的表觀遺傳學(xué)有關(guān)藥品研究也在進(jìn)行中。核心詞：表觀遺傳;哮喘;甲基化;組蛋白修飾;miRNA表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象涉及DNA甲基化、組蛋白修飾、miRNA調(diào)控等，可不變化DNA序列而變化基因體現(xiàn)水平，產(chǎn)生可遺傳性變化。表觀遺傳調(diào)節(jié)的異常參加了癌癥、炎癥、代謝性疾病、神經(jīng)精神疾病等的發(fā)生發(fā)展，近年來(lái)支氣管哮喘的表觀遺傳學(xué)越來(lái)越受到關(guān)注，獲得了一定進(jìn)展。下面將從DNA甲基化、組蛋白修飾、miRNA調(diào)控以及臨床應(yīng)用四個(gè)方面進(jìn)行敘述。1．DNA甲基化DNA甲基化是指DNA堿基在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNAmethyltransferasesDNMTs)的催化下與甲基發(fā)生共價(jià)結(jié)合的一種表觀遺傳修飾現(xiàn)象。大部分DNA甲基化發(fā)生在位于構(gòu)造基因啟動(dòng)子的核心序列和轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的胞嘧啶-鳥嘌呤(CPG)［1］，DNA甲基化由DNMTs催化，DNMTs涉及DNMT1、DNMT3A和DNMT3B，其中DNMT3A和DNMT3B重要功效是起始甲基化，DNMT1維持DNA甲基化水平［2］。基因啟動(dòng)子內(nèi)的CpG島高甲基化造成基因轉(zhuǎn)錄沉默，而低甲基化增進(jìn)轉(zhuǎn)錄的發(fā)生。哮喘患者的Th1/Th2細(xì)胞失衡向Th2偏移是哮喘的一種明顯特性，T淋巴細(xì)胞中Th1/Th2細(xì)胞失衡，Th2占優(yōu)勢(shì)與哮喘發(fā)病親密有關(guān)，由幼稚CD+4T細(xì)胞分化為Th2產(chǎn)生多個(gè)細(xì)胞因子如IL-4、IL-5和IL-13等與過(guò)敏反映親密有關(guān)。DNA甲基化水平與遺傳有關(guān)，同時(shí)受環(huán)境、年紀(jì)、疾病影響，遺傳易感個(gè)體在致病環(huán)境暴露后通過(guò)DNA甲基化增進(jìn)哮喘發(fā)生發(fā)展［3］，小朋友哮喘及其它過(guò)敏性疾病的國(guó)際研究(ISAAC)顯示哮喘發(fā)病的時(shí)間趨勢(shì)伴有一定地區(qū)性特點(diǎn)，亦提示環(huán)境因素與哮喘發(fā)病有關(guān)［4］，環(huán)境中的空氣污染物、生物污染物等危險(xiǎn)因素可誘發(fā)核心基因發(fā)生甲基化變化增進(jìn)哮喘發(fā)生，小朋友時(shí)期暴露于環(huán)境污染物多環(huán)芳烴等使DNA的叉頭框P3基因(forkheadboxtranscriptionfactor3，F(xiàn)oxp3)過(guò)甲基化，F(xiàn)oxp3是控制調(diào)節(jié)T細(xì)胞功效的核心基因之一，F(xiàn)oxp3過(guò)甲基化使小朋友在7歲前后發(fā)生哮喘的幾率及嚴(yán)重程度增加［5］。孕婦于農(nóng)場(chǎng)微生物環(huán)境暴露下則能夠增加后裔Foxp3去甲基化水平，臍血調(diào)節(jié)T細(xì)胞及Foxp3高體現(xiàn)，從而減少哮喘等過(guò)敏性疾病發(fā)生率［6］。2．組蛋白修飾組蛋白是真核生物染色質(zhì)中的堿性蛋白質(zhì)，富含精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸。組蛋白修飾重要涉及:磷酸化、泛素化、乙?；图谆S著研究進(jìn)一步又發(fā)現(xiàn)其它某些修飾，如Sumo化、ADPribosylation、巴豆?；?，其中研究較多的是乙?；图谆?，組蛋白乙酰化作用發(fā)生在賴氨酸殘基被組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶催化，使得染色質(zhì)的構(gòu)造更加開放，造成基因轉(zhuǎn)錄易于進(jìn)行;組蛋白甲基化是另一種組蛋白修飾，這一過(guò)程與CD+4T細(xì)胞的分化有關(guān)，組蛋白H3賴氨酸9(H3K9)的甲基化在DNA甲基化的建立和維護(hù)中發(fā)揮了重要作用。DNA甲基化與組蛋白修飾互相影響、共同作用在表觀遺傳學(xué)修飾中發(fā)揮作用。哮喘患者存在組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)及組蛋白去乙?；?HDAC)的體現(xiàn)及活性異常?；加邢奈鼰熣逪DACs活性減少，其減少程度與哮喘的嚴(yán)重程度有關(guān)，且這類患者對(duì)激素類藥品耐藥。Notch1信號(hào)調(diào)節(jié)異常是哮喘患者Th1/Th2失衡向Th2偏移的重要通路，啟動(dòng)子Notch-1的HAT活性增強(qiáng)，同時(shí)H3K9、H3K14、H3K27、H3K18、H3K16高度乙?；?，H3K4、H3K79高甲基化造成T細(xì)胞Notch-1信號(hào)異常調(diào)節(jié)［7］。與健康人群相比，哮喘患者氣道平滑肌細(xì)胞在H3K18乙?；饔孟履軌蚍置诟嗟腃XCL8趨化因子。H3K4甲基化與IFN-γ、IL-4、IL-17A及IL-17F體現(xiàn)增加有關(guān)，Th17、調(diào)節(jié)T細(xì)胞有關(guān)轉(zhuǎn)錄因子ROR(γ)、Foxp3體現(xiàn)升高，Th17及調(diào)節(jié)T細(xì)胞失衡與哮喘變態(tài)反映有關(guān)［8］，H3K4me2在哮喘有關(guān)基因CCＲ4、CCL5存在多態(tài)性，增進(jìn)CD+4T細(xì)胞向Th2細(xì)胞分化［9］，進(jìn)而增進(jìn)哮喘發(fā)生。激素抵抗型嚴(yán)重哮喘患者及HDAC2缺點(diǎn)細(xì)胞細(xì)胞系對(duì)激素不敏感，增加HDAC2的體現(xiàn)能夠恢復(fù)其激素敏感性［10］。HDAC2可致糖皮質(zhì)激素受體脫乙酰從而克制哮喘的炎癥有關(guān)基因。嚴(yán)重哮喘患者HDAC1水平上調(diào)對(duì)于氣道上皮重塑含有重要作用，克制HDAC1通過(guò)SOX2失體現(xiàn)克制氣道上皮細(xì)胞生長(zhǎng)，減輕氣道上皮重塑。3．miRNA調(diào)控miRNA是一種非蛋白質(zhì)基因體現(xiàn)調(diào)控因子，廣泛存在于真核生物中，在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)生物體多個(gè)生命活動(dòng)起調(diào)控作用。氧化應(yīng)激能夠通過(guò)miRNAs及DNA的甲基化變化調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的體現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)表觀遺傳學(xué)修飾［11］。miRNA及miRNA靶基因位點(diǎn)的單核苷酸多態(tài)性與哮喘有關(guān)，miR-146a前體的多態(tài)性減少miR-146a的體現(xiàn)進(jìn)而可減少中國(guó)及墨西哥患者的哮喘發(fā)病率［12］，基因多態(tài)性使HLA基因HLAG3’端miR-148/miR-152結(jié)合位點(diǎn)或整合素ITGB3miR-124位點(diǎn)產(chǎn)生功效性轉(zhuǎn)錄減少哮喘發(fā)生率［13］。在哮喘患者活檢標(biāo)本及動(dòng)物模型與正常對(duì)攝影比存在10-20%miRNA體現(xiàn)差別，比較公認(rèn)的有:let-7c，miR-21，miR-29，miR-135，miR-142，miR-146，miR-150，miR-155，miR-181，miR-193，miR-223，miR-365，miR-375，miR-452和miR-615［14］。在體外實(shí)驗(yàn)中過(guò)體現(xiàn)miR-21增進(jìn)CD+4T向Th2分化，而miＲ-27、miＲ-128克制活化CD+4T產(chǎn)生IL-4、IL-5［15］，miR-155直接作用于IL-4逆轉(zhuǎn)錄因子Maf，在CCR4+Th2-的CD+4T細(xì)胞亞群中體現(xiàn)上調(diào)克制CD+4T細(xì)胞向Th2分化。miＲNA作用于多個(gè)mRNA形成一種調(diào)控網(wǎng)絡(luò)起到增強(qiáng)和削弱過(guò)敏反映，哮喘患者miR-19a在氣道浸潤(rùn)T細(xì)胞體現(xiàn)上調(diào)增進(jìn)Th2細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子，作用于編碼PTEN、SOCS1、A20的mRNA共同作用于若干信號(hào)通路增進(jìn)哮喘發(fā)生［16］。哮喘發(fā)生中氣道重塑可造成氣道高反映性、持續(xù)性氣流受阻，從而引發(fā)不可逆的肺功效損害。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)/Smad信號(hào)通路是造成形成支氣管哮喘氣道重塑的重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制之一，在支氣管上皮及平滑肌細(xì)胞系的研究中表明miRNA在氣道重塑有關(guān)信號(hào)通路中同樣有作用，哮喘患者氣管平滑肌細(xì)胞中TGF-β誘導(dǎo)miR-221高體現(xiàn)，使IL-6分泌增多［17］，miR-19a在支氣管上皮細(xì)胞中高體現(xiàn)直接作用于TGFβＲ2，進(jìn)而影響下游SMAD3通路，提示miRNA在哮喘細(xì)胞信號(hào)通路中起重要作用。4.臨床應(yīng)用現(xiàn)在臨床控制哮喘的藥品重要涉及糖皮質(zhì)激素及β2受體激動(dòng)劑，部分患者存在激素抵抗性治療效果不佳，在哮喘緩和期長(zhǎng)久吸入糖皮質(zhì)激素的安全性尚值得定論，隨著表觀遺傳學(xué)研究的不停進(jìn)一步，表觀遺傳學(xué)有關(guān)檢測(cè)項(xiàng)目及藥品的研究也日益增多?，F(xiàn)有針對(duì)哮喘檢測(cè)重要涉及IGE等傳統(tǒng)項(xiàng)目，DNA甲基化有望成為新的檢測(cè)指標(biāo)。DNA甲基化有關(guān)藥品在臨床實(shí)體腫瘤及骨髓增生異常綜合征中已有所應(yīng)用，DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶克制劑5-氮脫氧胞苷(5-azacytidineAza)能通過(guò)調(diào)控FoxP3進(jìn)而影響調(diào)節(jié)性T細(xì)胞減輕哮喘發(fā)生，哮喘小鼠予以Aza后氣道高反映性減少［18］，甲基化藥品的底物構(gòu)造和功效都需要被進(jìn)一步研究，現(xiàn)在臨床尚無(wú)針對(duì)哮喘的甲基化藥品應(yīng)用，基因甲基化特異性治療現(xiàn)在尚在研究中［19］。在組蛋白修飾研究進(jìn)展中，組蛋白去乙?；缚酥苿?、組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶克制劑、含溴構(gòu)造域蛋白克制劑及甲基化組蛋白結(jié)合蛋白的克制劑等都有望為哮喘患者提供新的治療方案，其中組蛋白去乙酰酶克制劑(HistonedeacetylaseinhibitorsHDACi)研究較多，HDACi可使組蛋白去乙?；兓蝮w現(xiàn)，其中涉及藥品曲古抑菌素A(trichostatinATSA)，慢性哮喘小鼠予以TSA后，與對(duì)照組相比支氣管肺泡灌洗液中總炎性細(xì)胞及嗜酸性粒細(xì)胞減少，同時(shí)氣道上皮下膠原沉積減少，氣道重塑減輕，氣道高反映性下降［20］。miRNA調(diào)控治療哮喘理論上是可行的，miRNA在體內(nèi)能影響過(guò)敏反映，調(diào)控miRNA可實(shí)施動(dòng)物模型中miRNA克制劑及激動(dòng)劑例如let-7a，miR-106a，miR-126，miR-221和miR-145，能改善氣道炎性及高反映性［21］，miRNA調(diào)控治療有望提供針對(duì)疾病亞型的治療，在體外實(shí)驗(yàn)中miR-9拮抗劑能使激素抵抗性氣道高反映細(xì)胞恢復(fù)激素敏感性［22］，但miR-9拮抗劑及l(fā)et-7拮抗劑均存在體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)不一致，反映miRNA在單一細(xì)胞系與機(jī)體大環(huán)境中作用成果有所差別。miR-21基因敲除小鼠可增進(jìn)CD+4T向Th1細(xì)胞分化，增加樹突狀細(xì)胞分泌IL-12，T細(xì)胞分泌IFN-γ［23］，應(yīng)用過(guò)敏原刺激后氣道炎性減輕。下一步將需要進(jìn)行更多的體內(nèi)調(diào)節(jié)miRNA起到減輕哮喘發(fā)生的研究。某些表觀遺傳學(xué)修飾是可逆，為新的哮喘治療提供了可行性，更多表觀遺傳學(xué)有關(guān)臨床、流行病學(xué)等研究有待進(jìn)行，以期為哮喘患者的一級(jí)防止及個(gè)體化治療提供新的思路。5．結(jié)語(yǔ)現(xiàn)在有關(guān)哮喘的表觀遺傳學(xué)研究日益增多，研究越來(lái)越進(jìn)一步，DNA甲基化、組蛋白修飾、miRNA調(diào)控互相作用形成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在哮喘的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用，但互相作用品體機(jī)制不明，部分研究成果存在爭(zhēng)議，臨床應(yīng)用尚處在探索階段，仍有待進(jìn)一步進(jìn)一步研究，為明確哮喘的發(fā)病機(jī)制及將來(lái)治療提供新的研究方向。參考文獻(xiàn):［1］SchübelerD．FunctionandinformationcontentofDNAmethylation［J］．Nature，，517(7534):321-326．[2]JurkowskaRZ，JeltschA．MechanismsandBiologicalRolesofDNAMethyltransferasesandDNAMethylation:FromPastAchievementstoFutureChallenges［J］．AdvExpMedBiol，，945:1-17．［3］YangIV，SchwartzDA．Epigeneticmechanismsandthedevelopmentofasthma［J］．JAllergyClinImmunol，，130(6):1243-1255．［4］MallolJ，CraneJ，vonMutiusE，etal．TheInternationalStudyofAsthmaandAllergiesinChildhood(ISAAC)PhaseThree:aglobalsynthesis［J］．AllergolImmunopathol(Madr)，2013，41(2):73-85．［5］BrunstKJ，LeungYK，ＲyanPH，etal．Forkheadboxprotein3(FOXP3)hypermethylationisassociatedwithdieselexhaustexposureandriskforchildhoodasthma［J］．JAllergyClinImmunol，，131(2):592-594．e1-e3．［6］SharmaS，LitonjuaA．Asthma，allergy，andresponsestomethyldonorsupplementsandnutrients［J］．JAllergyClinImmunol，，133(5):1246-1254．［7］CuiZL，GuW，DingT，etal．HistonemodificationsofNotch1promoteraffectlungCD4+Tcelldifferentiationinasthmaticrats［J］．IntJImmunopatholPharmacol，，26(2):371-381．［8］SinghA，YamamotoM，RuanJ，etal．Th17/TregratioderivedusingDNAmethylationanalysisisassociatedwiththelatephaseasthmaticresponse［J］．AllergyAsthmaClinImmunol，,10(1):32．［9］BrookPO，PerryMM，AdcockIM，etal．Epigenome-modifyingtoolsinasthma［J］．Epigenomics，，7(6):1017-1032．［10］BarnesPJ．Corticosteroidresistanceinpatientswithasthmaandchronicobstructivepulmonarydisease［J］．JAllergyClinImmunol，，131(3):636-645．［11］GruzievaO，XuCJ，BretonCV，etal．Epigenome-WideMeta-AnalysisofMethylationinChildrenRelatedtoPrenatalNO2AirPollutionExposure［J］．EnvironHealthPerspect，，125(1):104-110．［12］SuXW，YangY，LvML，etal．Associationbetweensingle-nucleotidepolymorphismsinpre-miＲNAsandtheriskofasthmainaChinesepopulation［J］．DNACellBiol，，30(11):919-923．［13］ZhangY，HanY，DongL，etal．GeneticvariationofITGB3isassociatedwithasthmainChineseHanchildren［J］．PLoSOne，，8(2):e56914．［14］PuaHH，AnselKM．MicroRNAregulationofallergicinflammationandasthma［J］．CurrOpinImmunol，，36:101-108．［15］SawantDV，WuH，KaplanMH，etal．TheBcl6targetgenemicroRNA-21promotesTh2differentiationbyaTcellintrinsicpathway［J］．MolImmunol，，54(3-4):435-442．［16］SeumoisG，VijayanandP，EisleyCJ，etal．AnintegratednanoscaleapproachtoprofilemiＲNAsinlimitedclinicalsamples［J］．AmJClinExpImmunol，，1(2):70-89．［17］SimpsonLJ，PatelS，BhaktaNR，etal．AmicroRNAupregulatedinasthmaairwayTcellspromotesTH2cytokineproduction［J］．NatImmunol，，15(12):1162-1170．［18］PerryMM，BakerJE，GibeonDS，etal．AirwaysmoothmusclehyperproliferationisregulatedbymicroRNA-221insevereasthma［J］．AmJRespirCellMolBiol，，50(1):7-17．［19］WuCJ，YangCY，ChenYH，etal．TheDNAmethylationinhibitor5-azacytidineincreasesregulatoryTcellsandalleviatesairwayinflammationinovalbumin-sensitizedmice［J］．In