多發性硬化癥\\(multiple sclerosis,MS\\)是經典的中樞神經系統自身免疫性脫髓鞘疾病,目前病因未知。大部分患者在發病初期呈現復發-緩解的癥狀,稱為復發緩解型MS\\(relapsing-remitting MS,RRMS\\)。RRMS以中樞神經系統脫髓鞘損傷并出現癥狀作為起病特征,病程高度可變,在起病早期其復發頻率和致殘比例都與一些危險因素相關,如性別和年齡。

RRMS的病程晚期,大部分患者將轉變為 繼 發 進 展 型MS\\(secondary progressive MS,SPMS\\),病情將逐漸加重不能完全緩解,導致永久性致殘。少部分MS患者\\(<10%\\)從發病起病情就緩慢加重,并且癥狀不會緩解,稱為原發進展型MS\\(primary progressive MS,PPMS\\)。由 于SPMS和PPMS患者神經功能的丟失都呈現緩慢進行性加重,病理切片也發現病灶處不僅有脫髓鞘損傷,還有神經元軸突的退行性改變,因此MS也具有神經退行性疾病的特點。

盡管目前還沒有直接證據證明MS是遺傳病,但遺傳因素與其易感性有極大關系。

MS患者親屬是MS發病的高危人群,危險系數隨著與患者關系密切程度而增加。MS遺傳學研究發現并鑒定了一些MS的易感基因,如人類白細胞抗原\\(humanleukocyte antigen,HLA\\)基因等。最新的研究表明,MS的發生可能受表觀遺傳調節機制的調控。這些表觀遺傳學機制包括DNA甲基化、組蛋白修飾和微小RNA\\(microRNA,miRNA\\)介導的轉錄后基因沉默。本文綜述了目前對表觀遺傳學的理解,包括表觀遺傳學概述、表觀遺傳學修飾在MS病因學和發病機制中的作用,解釋表觀遺傳學調控如何特異性地影響MS的病理生理,最后提出新的治療措施,即通過調控患者表觀遺傳信息進而改善患者的病情和預后。

1 表觀遺傳學概述

表觀遺傳學是研究基因核苷酸序列不發生改變情況下,基因表達可遺傳變化的一門學科。DNA甲基化、組蛋白修飾和miRNA轉錄后基因沉默是表觀遺傳機制中研究最多的3個領域。表觀遺傳學改變是可遺傳的,可以通過有絲分裂或減數分裂,從親代傳給子代。但這種改變是可逆的,非常容易受到環境的影響。

DNA甲基化是在甲基轉移酶 \\(DNA methyl-transferase,DNMT\\)的催化下,將DNA上的胞嘧啶第5位碳原子上選擇性地添加甲基,形成5-甲基胞嘧啶的過程。DNMT1是持續性甲基轉移酶,負責DNA復制過程中保持DNA甲基化作用。DNMT1主要位于DNA的復制交叉,可參與DNA復制雙鏈中新合成鏈的甲基化。

DNMT3a和DNMT3b則分別與核和線粒體DNA的未甲基化和半甲基化位點的從頭甲基化有關。在哺乳動物中,CpG二核苷酸\\(CpG dinucleotide\\)是DNA甲基化發生的主要位點,富含CpG二核苷酸的區域稱為CpG島。CpG島通常位于基因啟動子區或是第一個外顯子區,CpG島內 胞 嘧 啶 的 甲 基 化 可 以 阻 止 相 關 基 因 表達。DNA甲基化是研究得最清楚、也是最重要的基因表觀修飾方式,在細胞增殖和基因組穩定中發揮關鍵作用。在哺乳動物細胞中,組蛋白與DNA結合形成DNA-組 蛋 白 復 合 物。4種 組 蛋 白 \\(H1、H2A、H2B、H3和H4\\),各2個分子構成組蛋白八聚體,每個組蛋白八聚體表面由146bp的DNA鏈纏繞形成一個核小體,核小體是染色質的基本單位。組蛋白的共價修飾\\(包括乙?；?、甲基化、磷酸化、遍在蛋白化和瓜氨酸化\\)可通過影響組蛋白與DNA雙鏈的親和性,從 而 改 變 染 色 質 的 松 散 或 凝 集 狀 態,調 節DNA轉錄因子的結合能力,并進一步調控基因的轉錄。組蛋白共價修飾研究較為明確的是乙?；?由組蛋白乙?；D移酶和去乙?；附閷?。組蛋白的乙?；饔猛ǔ０殡S相關基因轉錄的上調,而組蛋白的去乙?；饔糜兄谵D錄沉默。miRNA是一類小分子、單鏈、非編碼的RNA,在動植物中廣泛存在,通過與mRNA中特定互補位點結合來調節蛋白編碼基因的表達。在細胞質中,成熟的miRNA首先與蛋白質結合形成RNA介導的沉默復合物\\(RNA-induced silencing complex,RISC\\),然后通過與同源mRNA分子的不完全配對結合,使mRNA被RISC降解,無法翻譯為蛋白質。因此,miRNA在許多重要的細胞過程\\(如分化、增殖和凋亡\\)中起阻止蛋白質翻譯的作用。

上述3種表觀遺傳修飾過程都不是單獨起作用的。越來越多的證據表明,這些進程通過相互作用,實現復雜的基因轉錄和翻譯的調控。例如,DNA甲基化和組蛋白修飾可以共同調節miRNA的表達,并各自被miRNA所調節。DNA甲基化與組蛋白去乙?；g,可以通過復雜的相互作用機制,協同抑制基因轉錄,進行生長、代謝、分化和癌變的調控。表觀遺傳調控過程一旦出錯則會引發多種疾病,包括多種自身免疫性疾病、內分泌疾病和腫瘤等。MS是一種病因不明的自身免疫性疾病,越來越多的證據表明表觀遺傳學可能通過DNA甲基化等機制來誘發MS。

2 MS患者血液和中樞神經系統的表觀遺傳學改變

2.1 MS患者血液的基因甲基化改變研究發現,DNA甲基化可能作為MS疾病活性標記物。對已知癌癥患者發生甲基化改變的56個基因進行研究,發現其中15個基因在MS患者和健康對照者的無細胞血漿DNA中出現甲基化改變,而且,這15個基因中的5個基因的啟動子甲基化程度還可以區分病情緩解和加重的患者。但是,因為不能確定這些無細胞血漿中DNA甲基化的來源,所以這個結果還有待進一步深入研究。

2.2 MS患者血和腦中miRNA表達變化研究miRNA表達譜可以幫助我們尋找MS的診斷和預后的標記物,并進一步了解miRNA在MS發病和進展中的作用。例如,一項研究顯示,RRMS患者全血中有165種miRNA異常表達。統計學分析表明,其中miRNA-145是診斷MS的最佳標記物,具有高度的特異性、敏感性和精確性。另一項研究則發現,有49種miRNA在RRMS患者的B細胞中表達下調;此外,與未治療的RRMS患者相比,那他珠單抗治療患者的B細胞中有10種miRNA表達上調。盡管miRNA表達譜可以用于判斷MS的診斷和預后,但是,目前關于MS患者血液細胞miR-NA表達譜研究非常多,綜合對比可以發現,這些研究的重復性較差,有時在不同研究中,MS患者血中某些miRNA表達水平的調節方向甚至是相反的。導致這些結果差異較大的原因可能包括使用的研究平臺不同、發病時間窗不同或人類組織個體差異性等復雜因素。Junker等還研究了MS患者腦局部病灶中的miRNA表達譜,發現激活病灶中的28種miRNA和未激活病灶中的35種miRNA,與病灶周圍的白質對照區相比有明顯的異常調節。

3 表觀遺傳學改變對MS發病的影響

3.1 表觀遺傳學改變對MS遺傳易感性的影響易感性是由遺傳基礎所決定的、相同環境下不同個體患病的風險。同卵雙胞胎MS的共同罹患率僅有6%~30%,說明MS的易感性并不完全由基因型決定,表 觀 遺 傳 學 修 飾 可 能 在 其 中 發 揮 作 用。

Baranzini等采用簡化亞硫氫酸鹽甲基化測序方法,對3對同卵雙胞胎CD4+T細胞的基因組進行甲基化檢測,發現在200萬個CpG檢測位點中,僅有2個基因\\(TMEM1和PEX14\\)在MS患者與其未患病同卵雙胞胎之間表現出完全不同的甲基化程度改變。因此,與年齡和癌癥所誘導的甲基化改變相比,MS患者與其未患病同卵雙胞胎CD4+T細胞之間的甲基化區別非常小。但是,這項關于同卵雙胞胎MS患病率不一致的表觀遺傳學機制研究,由于樣本量太小,且3對雙胞胎的年齡和MS患病亞型等條件均不相同,結果可能失于片面,需進一步深入研究。此外,MS患者女性多見\\(婦女患病率約為男性的2倍\\);MS風險等位基因HLADRB 1*15的女性攜帶者多于男性;該等位基因母女遺傳的概率大于父子或父女遺傳,這些基因組印跡和傳遞不平衡的現象也可能是由表觀遺傳機制介導的。

3.2 環境因素與表觀遺傳學和MS發病的關系環境因素包括吸煙、維生素D缺乏、微生物感染以及性激素等,可能通過表觀遺傳學機制改變基因表達水平和細胞表型,影響MS的發病;同時,表觀遺傳學也可以通過調節環境致病因子影響MS的發病。

3.2.1 維生素D缺乏研究發現,體內維生素D3水平 與MS患 病 和 復 發 的 幾 率 負 相 關;給 予1,25-羥基維生素D3可以減少小鼠自身免疫性疾病模型的嚴重程度。流行病學調查表明高緯度國家MS的發病率較高,可能是因為高緯度國家紫外線照 射 時 間 短,機 體 產 生 維 生 素D相 對 不 足 所致。

缺乏維生素D導致MS發病率增加的機制目前尚不完全清楚,但有證據表明,維生素D可以影響組蛋白的修飾。人類癌細胞克隆研究表明,維生素D可以誘導JMJD3的表達,JMJD3編碼賴氨酸特異性去甲基化酶6B,可以使組蛋白H3的第27位賴氨酸特異性地去甲基化。研究還發現,1,25-羥基維生素D3與維生素D受體結合后,能夠招募組蛋白去乙?；?到IL17A的啟動子區域,從而抑制與MS發病密切相關的細胞因子———IL-17的轉錄,這項研究表明維生素D3誘導的組蛋白修飾與MS發病具有潛在相關性。

3.2.2 性激素MS常見于青壯年,女性高發,而且MS患病女性在第二和第三孕期復發率明顯減少,說明性激素水平可能與MS發病有關。研究發現,孕酮可以促進Th1向Th2型免疫反應轉變,而睪丸激素在小鼠自身免疫性疾病模型中發揮抗炎和免疫抑制效應。有文獻報道,雌激素可以通過促進少突 膠 質 前 體 細 胞 \\(oligodendrocyte progenitorcells,OPCs\\)向少突膠質細胞分化,從而促進脫髓鞘的神經再髓鞘化。此外,常見于非懷孕婦女的雌激素———雌二醇,可以加重MS病情,但懷孕女性主要的雌激素———雌三醇,卻可以減少MS的發生和復發。

通過對MS患者腦片的miRNA譜研究,發現與對照組相比,miR-155、miR-338和miR-491在MS患者腦中上調。進一步研究顯示這些miR-NA可以影響抑制醛酮還原酶家族1中C1和C2的翻譯,而這兩個酶參與腦部神經甾體\\(如四氫孕酮\\)的生成。小鼠中miR-155和miR-338的過表達可 以 下 調 神 經 甾 體 合 成 酶 和 四 氫 孕 酮 的 表達。在小鼠EAE模型中,給予四氫孕酮可以明顯緩解臨床癥狀,并減少髓鞘和軸突的損傷。這些發現提示,內源性神經甾體的合成受到miRNA相關轉錄后基因沉默的調節,并且這種神經甾體合成的異常調節也是進展型MS的重要病理機制。

3.2.3 其他因素吸煙是誘發MS的危險因素,當前吸煙者與從未吸煙者相比,MS的患病率高1.6倍。吸煙可以影響多種基因的甲基化,例如在肺癌患者中,吸煙與腫瘤抑制基因CDKN2A、DAPK和MGMT的高度甲基化相關。MS患者血液和腦脊液中還發現多種病毒的抗體滴度增高,其中曾感染EB病毒人群的MS發生率較未感染者高8倍。EB病毒感染可以影響受感染細胞的表觀遺傳譜,許多類型的腫瘤與EB病毒感染有關。例如,EB病毒誘導的霍奇金淋巴瘤和鼻咽癌,病毒核心蛋白LMP1可以通過上調DNMT1、DNMT3a和DN-MT3b等 甲 基 化 催 化 酶 導 致 啟 動 子 的 高 度 甲 基化。但是,目前還沒有直接的證據表明吸煙或者EB病毒感染可以通過調節基因甲基化等表觀遺傳學機制直接影響MS的發病。

4 表觀遺傳學改變在MS病理機制中的作用

4.1 表觀遺傳學與小膠質細胞/巨噬細胞吞噬能力和極化狀態一項對20例MS患者腦部活檢研究表明,激活和非激活的MS病灶具有不同miRNA表達譜。在激活的MS病灶中,miR-155、miR-34a和miR-326表達水平高于未激活病灶和健康對照。這3種miRNA都可以抑制CD47的翻譯,CD47廣泛表達于細胞表面,具有抑制巨噬細胞吞噬和激活的功能。因此,這些miRNA可能通過下調MS病灶中CD47的表達,導致巨噬細胞過度激活和髓鞘的過度吞噬,使病灶的活動性增強。

小膠質細胞/巨噬細胞在MS的病理發生中起重要作用,小膠質細胞/巨噬細胞有經典激活\\(M1型\\)和替代激活\\(M2型\\)兩種極化方式。研究表明,M1和M2細胞比例失衡可能是造成慢性MS病灶中再髓鞘化障礙的重要原因。中樞給予M2型小膠質細胞可以明顯促進體內再髓鞘化,并促進小鼠EAE模型神經功能修復。在靜息的小膠質細胞/巨噬細胞中加入細胞因子如γ干擾素 \\(interferon-γ,IFN-γ\\)、粒細胞集落刺激因子 \\(granulocyte macro-phage colony-stimulating factor,GM-CSF\\)、脂多糖\\(lipopolysaccharide,LPS\\)刺激,可出現M1型極化,同時炎性因子分泌增加,并伴有miR-124的下調和miR-155的上調。研究證實,通過miR-155的上調可以抑制抗炎因子細胞因子信號抑制因子\\(suppressorof cytokine signaling-1,SOCS-1\\)的表達,進而促進小膠質細胞/巨噬細胞的M1型極化。此外,miR-125b和miR-101也可以促進小膠質細胞/巨噬細胞的M1型極化。MiR-124的過表達則會降低M1型小膠質細胞/巨噬細胞的極化標記物,使細胞向M2型極化并表達其標志分子轉化生長因子β\\(trans-forming growth factor-β,TGF-β\\)、精氨酸酶\\(argi-nase-1\\)和FIZZ1\\(found in inflammatory zone-1\\)。

4.2 表觀遺傳學與Th17細胞分化Th17細胞以產生細胞因子IL-17為特征,而IL-17與多發性硬化癥、哮喘、類風濕性關節炎等自身免疫性疾病的發生和發展密切相關。研究表明,miR-155和mir-326與Th17細胞的分化有關。其中一項涵蓋了43例RRMS患者、11例視神經脊髓炎患者和42名健康者的對照研究發現,RRMS患者外周血CD4+T細胞中miR-326表達水平上調,并且在病情復發時明顯高于緩解患者和健康對照。

miR-326的靶點是轉錄因子C-ets-1\\(也稱作p54\\),能夠抑制幼稚T細胞向Th17表型分化。研究人員同時發現,RRMS患 者 與 健 康 對 照 相 比,C-ets-1在CD4+T細 胞 中 降 低;體 內 沉 默miR-326,小 鼠CD4+T細胞中C-ets-1表達上調,外周血Th17細胞比例減少,EAE癥狀明顯減輕。另一項研究發現,當炎性細胞因子與Toll樣受體結合后,miR-155在巨噬細胞、T細胞和B細胞中表達上調,提示其可能參與了炎癥過程。進一步研究表明,miR-155基因敲除小鼠EAE不發病,外周血Th17細胞的比例降低,說明miR-155通過促進Th17分化影響炎癥進程。

4.3 表觀遺傳學與神經元退行性改變有研究表明DNA甲基化參與了運動神經元凋亡。喜樹堿可以誘導DNA甲基化轉移酶DNMT1和DNMT3a的表達;過表達DNMT3a可以促進DNA甲基化,并誘導神經元凋亡;干擾細胞內DNMT3a表達可以抑制神經元凋亡。然而,目前還沒有直接證據證實DNMT與MS患者神經元和軸突退化有關。

4.4 表觀遺傳學與脫髓鞘髓鞘堿性蛋白\\(myelinbasic protein,MBP\\)的瓜氨酸化在MS的病理學方面有重要作用。MBP是中樞神經系統髓鞘的主要組成部分,在翻譯后經過多次修飾。肽基精氨酸脫亞胺酶2型\\(peptidylarginine deiminase 2,PAD2\\)可以使MBP瓜氨酸化,瓜氨酸化的MBP不如未修飾的MBP穩定,可能導致髓鞘降解,并誘導MBP的自身免疫反應。此外,瓜氨酸化本身也可以誘導機體產生瓜氨酸抗體,從而導致免疫損傷。一項研究比較了15例MS患者\\(其中13例有進展型疾病\\)活檢的外觀正常白質樣本與健康對照的瓜氨酸化水平,發現患者MBP的瓜氨酸化水平和PAD2表達都出現了增加。這項研究還發現,編碼PAD2基因的啟動子 區 域 出 現 了 去 甲 基 化。這 些 發 現 表 明DNA甲基化調節參與了MS的脫髓鞘進程。

5 展望

表觀遺傳學修飾與MS發生與發展之間相關性的研究還處于起步階段,目前研究主要集中于鑒別MS患者和健康對照之間表觀遺傳譜的差異。今后的實驗設計應該更注重表觀遺傳學機制和MS臨床表現或神經影像結果之間的相關性。表觀遺傳學譜與MS炎癥激活之間的相關性研究表明,與MS病理發生密切相關的巨噬細胞激活和Th17細胞分化過程均受表觀遺傳學調節;此外,與進展型MS病理發生有關的MBP瓜氨酸化和中樞神經甾體合成過程也受到表觀遺傳學機制的調節。因此,對表觀遺傳學調節機制進行深入研究將不僅為MS的發生和發展提供新的理論基礎,而且為MS的治療提供新的靶點。

6 利益沖突

所有作者聲明本文不涉及任何利益沖突。