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表观遗传 (epigenetics) 指在不影响基因碱基排列的情况下对基因表达的影响，其重要形式包括 DNA 碱基修饰、组蛋白修饰以及 microRNA 相关的转录后基因沉默 (microRNA-associated post-transcriptional gene silencing) 等。 近年来随着检测手段和对分子生物学理论知识了解的不断进步，表观遗传学的研究快速深入发展，揭示了很多原有理论体系无法解释的疾病的病因及发病机制，其中肿瘤及自身免疫性疾病占很大比例。 多发性硬化 (multiple sclerosis，MS) 是一种免疫介导的中枢神经系统慢性炎性脱髓鞘疾病，其病因尚不明确，可能与遗传、环境因素、病毒感染及自身免疫等相关，最终导致中枢神经系统髓鞘脱失、少突胶质细胞损伤，部分可有轴突及神经细胞受损。 关于 MS 的表观遗传学研究时间不长，但越来越多的研究显示其在 MS 发病中占有重要地位。我们简要地介绍 MS 表观遗传学的研究近况，及今后的研究方向和在临床实践中的潜在应用价值。 一、表观遗传学机制简介 表观遗传即在不改变 DNA 碱基序列的情况下稳定而可遗传的基因表达发生改变。同一个体的细胞拥有相同的基因组，而其不同细胞中基因的表达却不同，这一现象即为表观遗传学的研究范畴。 表观遗传的改变是可逆的，可以在细胞有丝分裂中维持，可以由亲代向子代遗传，并对环境的影响很敏感。 表观遗传主要影响基因的转录过程，而基因转录的过程受多种不同转录因子 (transcription factor) 的调控。转录因子活化后从胞质转位至胞核，识别并结合基因启动子区的顺式作用元件，进而调控基因表达。 转录因子与 DNA 的结合能力受其浓度、转录后修饰、亚细胞结构的定位以及染色质和 DNA 状态的影响。表观遗传学中，转录因子的功能体现在核小体的位置和致密程度、核小体与 DNA 之间的相互作用、转录后组蛋白修饰以及 DNA 甲基化状态等方面。目前，MS 的表观遗传学研究主要体现在 microRNA 相关的转录后基因沉默、DNA 甲基化及组蛋白修饰等方面。 二、microRNA 相关的转录后基因沉默与 MS microRNA 是一类长 21 - 25 核苷酸的非编码的单链 RNA 分子，具有跨物种保守性，在转录后的基因表达调节中起重要作用。在胞质中，成熟的 microRNA 与其他蛋白质组成 RNA 诱导的沉默复合体 (RNA-induced silencingcomplex)，能与信使 RNA(messenger RNA，mRNA) 结合并使之抑制或降解，从而减少蛋白质表达。这一过程即 microRNA 相关的转录后基因沉默。 目前已鉴定的人源 microRNA 已达 1 000 多种，然而其中功能研究较清楚的很少。根据生物信息学的研究表明，microRNA 可能调节多达 1/3 的人类基因，研究证明 microRNA 在包括生长发育、细胞增殖分化、凋亡、肿瘤形成、代谢、血管生成及炎症等多种生物学过程中充当重要角色。 MS 是一类累及中枢神经系统白质的炎性脱髓鞘疾病，大多数患者表现为反复发作的神经功能障碍，其病因尚未阐明。近年的研究显示，microRNA 的表达异常与 MS 等自身免疫性疾病存在明确关联。 多项研究采用 miRNA 微阵列技术、实时荧光定量聚合酶链反应等技术检测 MS 患者体液（血液、脑脊液、分泌物等）或病变组织器官中 microRNA 的表达情况，发现 MS 患者的 microRNA 表达与健康人存在差异；这种差异有助于诊断和评估包括 MS 在内的多种疾病，并为其防治靶点的鉴定提供思路和证据。 1．MS 血液细胞中 microRNA 的表达：人血液中含有数百种 microRNA 分子，多项研究表明血液及其成分中的 microRNA 对 MS 的诊断及预后的评估具有指导意义。 Keller 等研究了复发一缓解型 MS 患者全血细胞中 microRNA 的表达情况，结果显示有 165 种 microRNA 存在表达差异，其中差异最明显的 miR-145 在 MS 患者和健康对照者中特异度为 89.5%、敏感度为 90. 0%。Cox 等研究发现，未治疗的 MS 患者全血细胞中，miR-17 及 miR-20a 的表达相对健康对照组降低，并证实了这 2 种 microRNA 与 T 细胞的活化功能相关。 外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cells）主要成分为淋巴细胞，作为外周血循环内的免疫细胞，其 microRNA 的表达改变可以反映机体免疫功能的变化情况。 Otaegui 等发现 364 例样本中，MS 复发组、MS 缓解组及健康对照组中受试者的外周血单个核细胞中 microRNA 的表达情况存在差异，miR-18b、miR-599 与 MS 的复发期相关，而 miR-96 与 MS 的缓解期相关。Martinelli-Boneschi 等研究发现在外周血单个核细胞中有 104 种 microRNA 在 MS 患者中的差异有统计学意义，其中差异最明显的是 mir-let7g 和 miR-150。 2．MS 与循环 microRNA：有研究显示人或动物的血清及血浆中存在性质稳定的 microRNA 分子，能够作为癌症或其他疾病诊断及预后评估的生物标志物。以这一发现作为前提，多研究鉴别证明了 MS 特异性循环 microRNA 以及其与疾病的关系，并为疾病的诊断、分型提供了新的证据。 Gandhi 等在复发一缓解型 MS、继发进展型 MS 和健康对照者中比较了血浆中 microRNA 的表达，发现 miR-92a-l* 与疾病病程和受试者的扩展残疾状况评分量表 (EDSS) 评分密切相关，并鉴定了 miR-let-7 家族、miR-454 及 miR-145 等可作为 MS 分型中具有鉴别作用的生物标志物。 此外，Fenoglio 等研究发现 MS 患者血清中 miR-15b、miR-23a 和 miR-223 三种 microRNA 表达下降，并发现这一现象与原发进展型 MS 的扩展残疾状况评分量表评分明显相关，提示它们可作为一组评估病情预后的生物标志物。循环 microRNA 因其样本易取且性质稳定，可以作为辅助 MS 的诊断及鉴别诊断的生物标志物，这一领域的研究存在很大的潜力。 3．MS 与相关的免疫细胞 microRNA：目前的研究和理论支持 B 淋巴细胞和 T 淋巴细胞共同作为效应免疫细胞参与 MS 的发病过程。而近期研究表明，Th17 细胞及调节性 T 细胞 (regulatory T cells，Treg) 与自身免疫病发病关系密切，Th17 和 Treg 的失衡可能是 MS 发病的重要机制。研究显示 MS 患者的 Th17 细胞、Treg 细胞、B 淋巴细胞等多种效应免疫细胞出现与病情相关的 microRNA 改变。 Du 等研究发现，MS 及实验性自身免疫性脑脊髓炎 (experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE) 中均存在 miR-326 的变化，其变化水平与 MS 或 EAE 的病情严重程度呈正相关。 这一变化主要存在 Th17 细胞亚群中，说明其功能作用主要体现在对 Th17 细胞的调控；并发现 miR-326 能调控 Ets-l 基因，其增加通过抑制或降解 Ets-1 mRNA 从而减少 Th17 细胞的分化，进而导致疾病的发生和发展。 而 miR-326 的表达水平不仅与 MS 和 EAE 相关，还与 l 型糖尿病自身免疫性胰岛损害呈正相关，提示其与自身免疫性疾病存在关联。在对 Treg 细胞的研究中，De Santis 等发现，复发一缓解型 MS 患者纯化的血液 Treg 细胞中，有 23 种 microRNA 的表达存在差异。 4．与 MS 治疗相关的 microRNA：目前 MS 的治疗方案主要是急性期大剂量肾上腺皮质激素冲击治疗，于短期内停用，并应用干扰素和醋酸格拉替雷 (glatiramer acetate) 等预防复发。另外，生物靶向药物如那他珠单抗 (natalizumab) 也应用于辅助治疗。研究显示，多种 microRNA 与 MS 的治疗及疗效存在密切关联。 Sievers 等选取未治疗的复发一缓解型 MS 患者、那他珠单抗治疗的复发 - 缓解型 MS 患者及健康对照者中的 B 淋巴细胞进行研究，发现与健康对照组相比，未治疗组 B 淋巴细胞中存在 49 种显著下调的 microRNA。 而那他珠单抗治疗组和未治疗组相比，存在 10 种 microRNA 的表达改变，其中以 miR-106b-25 和 miR-17 -92 的改变最显著。另一项研究显示，应用醋酸格拉替雷治疗复发·缓解型 MS 能使若干患者异常表达的 microRNA 恢复接近正常水平。这些研究为 MS 治疗靶点的研究提供了新的思路。 5．脑脊液中 microRNA 的表达与 MS 的关系：脑脊液是神经系统重要的体液循环，是中枢神经系统 microRNA 的代谢池，对其进行深入研究将为 MS 的诊断提供良好的生物标志物。Haghikia 等分析了 53 例 MS 患者和 39 例其他神经系统疾病患者的脑脊液，发现在 MS 组中，miR-92、miR-18lc、miR-633 与其他神经系统疾病患者脑脊液中 microRNA 含量存在差异。 6．MS 神经组织中 microRNA 的研究：由于标本采集和保存的困难，MS 神经组织中 microRNA 的研究较少。Eisele 等对 MS 神经组织 microRNA 的研究方法进行了探索，对比福尔马林固定及石蜡包埋组织及冷冻新鲜组织中 microRNA 的含量，证明两者中 microRNA 表达近似且稳定，均适用于研究 MS 中的 microRNA，为这一领域提供了新的研究手段和方法。 三、DNA 甲基化与 MS DNA 甲基化是将甲基基团加至 DNA 的胞嘧啶 C-5 残基上的反应，这一反应由几种 DNA 甲基转移酶 (DNAmethyltransferase) 介导。DNA 甲基化是当前认识比较充分的表观遗传学机制，研究认为，该机制在正常生长发育、基因组稳定性和细胞繁殖中均起重要作用。 DNA 甲基化的研究无论在肿瘤还是在免疫细胞的表观遗传学的研究中都取得了明确的进展。然而在 MS 这一疾病中，DNA 甲基化的研究还处于初步阶段。Liggett 等 [18] 选取 60 例复发一缓解型 MS 患者（30 例缓解状态、30 例恶化状态）及 30 名健康对照组，提取血浆并分析其 DNA 甲基化情况。 结果显示，MS 患者无细胞血浆 DNA 含量显著高于健康人，且 DNA 甲基化情况在 3 组中均存在差异，在 MS 缓解组及健康对照组中敏感度为 79. 2%、特异度为 92. 9%，在 MS 恶化组及健康对照组中敏感度为 75. 9%、特异度为 91. 5%，而在缓解状态及恶化状态的两组患者中敏感度为 70. 8%、特异度为 71. 2%。 上述直接针对 MS 患者的研究目前处于初步阶段，而间接针对免疫细胞的 DNA 甲基化的研究相对成熟，如 DNA 甲基化在 Th．、Th2、Th17 等免疫细胞的分化及维持中的作用以及 T 细胞亚群间的转化机制。甲基化等表观遗传过程通过多个方面参与 MS 的发生发展，增加了研究的复杂性，但也为这一研究领域带来更多的未知性。 四、组蛋白修饰与 MS 哺乳类动物的细胞中，DNA 以与组蛋白结合的染色质形式存在。核小体是由组蛋白 (Histone) H2A、H2B、H3 和 H4 组蛋白各 2 个单位组成的八聚体，每个组蛋白八聚体由 146 bp 的 DNA 链缠绕，形成一个核小体，是染色质的基本单位。 组蛋白在转录后水平修饰的形式包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化和瓜氨酸化等。这些修饰诱导染色质的结构改变，从而影响 DNA 链与转录酶的结合，导致与该组蛋白相关的 DNA 活化或抑制。 在对 MS 与组蛋白修饰的相关性研究中显示，与对照组脑白质相比，MS 及其动物模型的脑白质中组蛋白瓜氨酸化显著增加，并推测组蛋白的高度瓜氨酸化可能导致少突胶质细胞的不可逆改变，并参与 MS 少突胶质细胞的凋亡过程。 五、总结与展望 目前已有研究显示，研究者成功发现了 MS 多种有意义的表观遗传学标志物并阐明了其部分作用机制，发掘了 MS 可能的发病机制及潜在的致病靶点，充分推动这一疾病的病因学、病理生理学的进步和发展，并为进一步的研究奠定了良好的基础，尤其是 microRNA 对于 MS 的影响。今后通过进一步研究，鉴定 MS 相关特异而敏感的表观遗传学生物标志物，为 MS 的诊断、预后评估甚至治疗新靶点提供重要的指导意义。 文章摘自《中华神经科杂志》2014 年 5 月第 47 卷第 5 期 P344-346 文章作者：王毅飞 付锦 编辑： journal002 |
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