朱棟，何翔，李國平

變應性鼻炎(allergic rhinitis，AR)俗稱過敏性鼻炎,是某些個體接觸過敏原后，由IgE介導的Ⅰ型變態(tài)反應，通過釋放炎性介質(zhì)、免疫活性細胞以及細胞因子等參與的鼻部變態(tài)反應性疾病。臨床上以鼻塞、流清涕、鼻癢、噴嚏等為主要表現(xiàn)，嚴重者可并發(fā)哮喘、鼻竇炎、中耳炎等多種疾病，給人們的日常生活帶來諸多困擾。目前在AR的防治方面主要以改善鼻部癥狀、減少發(fā)作頻率為主，徹底根治具有一定難度。隨著高通量測序的普及，表觀遺傳學迅速發(fā)展，在腫瘤、心血管疾病、炎癥等多種疾病的發(fā)病過程中發(fā)揮了重要作用[1-3]，表觀遺傳學可在不改變DNA序列的前提下改變基因表達水平，產(chǎn)生可遺傳性改變[4]。相關(guān)研究表明表觀遺傳學在環(huán)境相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用, 可引起DNA甲基化、組蛋白修飾、miRNAs調(diào)控等多方面改變[5]。高通量測序技術(shù)的發(fā)展，使人們對變態(tài)反應性疾病的發(fā)病機制有了進一步認識。轉(zhuǎn)錄組是組織或細胞轉(zhuǎn)錄的所有 RNA轉(zhuǎn)錄本的集合總稱，包括非編碼RNA和mRNA。目前轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)在AR的研究主要集中于炎性細胞因子方面，如Liu等[6]通過RNA測序分析研究了IL-37在人類鼻上皮細胞中的調(diào)控基因，發(fā)現(xiàn)嗜酸性炎癥中IL-37分泌水平與胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素水平及嗜酸性粒細胞數(shù)量呈負相關(guān)。表明抑制IL-37分泌，可增強胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素的生成，促進嗜酸性炎癥的發(fā)生。Levin等[7]對血液樣本和鼻黏膜樣本兩者的抗體基因測序并結(jié)合抗體片段文庫技術(shù)對過敏原特異性IgE進行鑒定，發(fā)現(xiàn)在鼻黏膜樣本中過敏原特異性更強。Poole等[8]對轉(zhuǎn)錄譜分析研究中發(fā)現(xiàn)AR患者氣道的Th2炎癥表現(xiàn)與哮喘前氣道的Th2表現(xiàn)高度相似，鼻部表達譜可用于識別IL-13驅(qū)動的哮喘和Th2介導的全身免疫應答，得出AR患者鼻道氣道基因表達譜與肺氣道基因表達譜基本相同的結(jié)論?？v觀上述研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組測序?qū)R的研究還不足以描述其完整發(fā)病機制，諸如鼻黏膜上皮損傷在AR的發(fā)病途徑，炎性細胞因子之間互相關(guān)系，基因多態(tài)性的分布等等。由于AR的發(fā)病受到外界環(huán)境影響等其它因素較大，暴露于同一過敏原的AR患者，有些可以迅速表現(xiàn)出鼻癢、鼻塞和噴嚏等一系列過敏癥狀，而有些表現(xiàn)出鼻癢或鼻塞等單一的癥狀，部分患者則表現(xiàn)出遲發(fā)相的過敏癥狀，這便需要表觀遺傳學進一步解釋。本文就表觀遺傳學在AR的相關(guān)研究進行綜述。

1 DNA甲基化在AR中的作用

DNA甲基化作為表觀遺傳學的重要組成，在維持細胞結(jié)構(gòu)功能、遺傳因子及疾病發(fā)生中起著重要作用，是發(fā)現(xiàn)最早的表觀遺傳修飾，也是目前為止最為典型的表觀遺傳修飾，通常發(fā)生在CpG二核苷酸中胞密啶的5位碳原子上，受DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA mcthyltransferase，DNMTs)的調(diào)控，基因啟動子內(nèi)的CpG高表達甲基化使得基因轉(zhuǎn)錄沉默，相反則促進轉(zhuǎn)錄的發(fā)生[9-10]。DNMTs 家族系包括 DNMTI、DNMT3A、DNMT3B、DNMT3L、DNMT3L-AS1，DNMTI 不僅維持DNA甲基化水平，還對T淋巴細胞分化階段的表達有著重要的作用，DNMT3A和DNMT3B主要功能為起始甲基化[11-12]。炎性變態(tài)反應性疾病，尤其是AR，其表觀遺傳學的改變在發(fā)病中起著非常重要的作用。Nestor等[13]對CD4+T細胞進行全基因組DNA甲基化和基因表達分析，發(fā)現(xiàn)對照組和治療組之間存在T細胞比例的變化，這可以解釋觀察到的DNA甲基化的差異，此次研究是第一次成功的使用CD4+T細胞對過敏進行分子分類。Yang等[14]比較了非裔美國兒童持續(xù)性特應性哮喘和健康對照組的基因組DNA甲基化模式和基因表達，鑒定出186個基因具有顯著的甲基化變化，推測鼻上皮中的DNA甲基化可以作為疾病的生物標記，認為呼吸上皮的表觀遺傳標記與兒童過敏性哮喘和基因表達變化有關(guān)。Cardenas等[15]通過對前鼻孔拭子進行DNA甲基化檢測，發(fā)現(xiàn)鼻細胞表觀遺傳可作為哮喘、過敏和氣道反應的敏感表觀遺傳生物標記物。Langie等[16]使用全甲基組芯片從唾液中生成高質(zhì)量的甲基化圖譜，唾液是分析DNA甲基化模式變化的一種很有吸引力的生物液體，提供了基于唾液的全基因組甲基化分析在AR等呼吸過敏領(lǐng)域的適用性研究思路。McErlean等[17]在體外對人鼻病毒感染期間哮喘和健康的鼻上皮細胞進行了DNA甲基化分析，哮喘患者和健康患者之間存在差異。由此可見，細胞比例的改變，甲基化位點的差異性都可以引起AR表觀遺傳學發(fā)生改變。

2 組蛋白修飾在AR中的作用

組蛋白修飾包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化及ADP-核糖化等，其中組蛋白甲基化是表觀遺傳學中重要的修飾方式，其異常修飾的改變，可以引起多種疾病的發(fā)生[18]。組蛋白修飾的關(guān)鍵酶為組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶。組蛋白甲基化調(diào)節(jié)細胞轉(zhuǎn)錄和基因組穩(wěn)定性，從而影響基因表達和轉(zhuǎn)錄調(diào)控[19]。Alaskhar等[20]通過梳理相關(guān)文獻，發(fā)現(xiàn)在過敏性疾病中，組蛋白修飾引起過敏性炎癥的細胞(T細胞和巨噬細胞)和參與氣道重構(gòu)的細胞的調(diào)節(jié)作用，且組蛋白修飾與變態(tài)反應表型之間的直接聯(lián)系。Nakano等[21]探討了組蛋白連接體H1在肥大細胞介導的I型變應性中的作用。發(fā)現(xiàn)組蛋白H1的單克隆抗體不僅能抑制肥大細胞的脫顆粒，而且還能改善OVA誘導的鼻高反應性和IgE介導的被動皮膚過敏反應，認為組蛋白HI是一種作用于肥大細胞的蛋白樣內(nèi)源性介質(zhì)，其阻斷對肥大細胞介導的l型高反應性具有治療潛力。Steelant等[22]通過氣道炎癥小鼠模型中研究組蛋白去乙酰化酶(HDAC)的活性，發(fā)現(xiàn)AR的鼻上皮細胞中HDAC活性升高，且與上皮完整性呈負相關(guān)。提倡在AR患者中將HDAC活性作為一種新的內(nèi)在機制來評估鼻黏膜上皮屏障的作用，認為阻斷HDAC重構(gòu)屏障功能，是一種有前景的治療干預新靶點。Jiang等[23]發(fā)現(xiàn)AR患者和大鼠鼻腔上皮中的Trek1(K2P通道家族的重要成員)含量明顯低于正常組，細胞因子IL-4顯著抑制了鼻黏膜Trek1的表達。表明Trek1對維持鼻上皮屏障功能至關(guān)重要。

3 基因多態(tài)性在AR中的作用

隨著以第3代遺傳標記物單核苷酸多態(tài)性(SNPs)為主的基因多態(tài)性檢測技術(shù)的發(fā)展，白介素、轉(zhuǎn)錄因子、嗜酸粒細胞過氧化物酶等基因多態(tài)性與變應性疾病相關(guān)性的研究在AR的基因研究中得到了廣泛應用[24-25]。Ramasamy等[26]對553名兒童進行了一項全基因組相關(guān)性研究，從CD4+淋巴細胞中獲取RNA進行表達譜分析，比較AR患兒和非AR患兒的等位基因分布，發(fā)現(xiàn)IL-23R基因rs7517847位點的多態(tài)性與AR易感性有關(guān)，表明IL-23R是AR發(fā)病機制中值得關(guān)注的基因。Bunyavanich等[27]對不同民族的變應性AR的全基因組相關(guān)性研究，顯示了種族特異性的結(jié)果，使用具有類似CD4+基因表達模式的基因模塊構(gòu)建了一個共表達網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)線粒體途徑是進一步研究變應性AR的機制和治療的一個目標。Morin等[28]結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)的單核苷酸多態(tài)性，使用cis-mQTL數(shù)據(jù)來識別AR中的基因，發(fā)現(xiàn)CDX1基因可能是AR的發(fā)病機制和特異反應的重要組成。Waage等[29]通過全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)HLA區(qū)域的精細映射提示氨基酸變異對抗原結(jié)合發(fā)揮了重要作用，擴大了已建立的AR易感性位點的數(shù)量，強調(diào)AR易感性位點在不同免疫細胞的類型。Andiappan等[30-32]的研究表明MRPL4和BCAP分別是HIF-1a和PI3K/Akt信號通路的關(guān)鍵成分，是AR的兩個新的候選基因。認為對這些分子及其信號通路的進一步研究將有助于了解AR的發(fā)病機制和新的治療靶點的確定。其研究進一步發(fā)現(xiàn)NPSRI和CTLA4為AR的潛在易感基因，并對AR的塵螨致敏原進行了全基因組關(guān)聯(lián)研究，鑒定rs2155219、rs7617456和rs1898671位點可能與AR的發(fā)病有關(guān)。

4 miRNAs表達在AR中的作用

miRNAs是內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼RNA，具有調(diào)節(jié)細胞生長，組織分化等功能，各種炎癥及免疫系統(tǒng)疾病的發(fā)生都與miRNAs有關(guān)[33]。miRNAs在調(diào)節(jié)過敏性炎癥的關(guān)鍵致病機制中發(fā)揮重要作用，包括T細胞的激活、嗜酸性粒細胞的發(fā)育、IL-13驅(qū)動的上皮反應等[34]。Collison等[35]發(fā)現(xiàn)anti-miR-145可顯著降低嗜酸性粒細胞浸潤、黏液產(chǎn)生、Th2細胞因子的產(chǎn)生和氣道高反應性。其作用與糖皮質(zhì)激素治療相似。Shaoqing等[36]比較了AR患者和因鼻塞接受手術(shù)的非AR患者的鼻黏膜的miRNA表達譜，發(fā)現(xiàn)在兩組之間有9個miRNAs有超過2倍的變化，并通過定量RT-PCR驗證了AR患者miR-143、miR-187和miR-224的表達下調(diào)。Zhang等[37]發(fā)現(xiàn)miR-125b在伴有鼻息肉的慢性嗜酸性鼻竇炎患者鼻竇黏膜上皮細胞中過表達，可能是引起AR的一個重要原因。Chen等[38]對6歲兒童的外周血單核細胞進行檢測，發(fā)現(xiàn)與非過敏對照組相比，AR患兒的單核細胞中miR-21和miR-126顯著下調(diào)。

5 染色體開放在AR中的應用

染色體開放測序主要是通過比較疾病組和正常組的序列差異，從而推測表觀遺傳是否在疾病中起到一定作用。染色體開放測序建庫過程簡單快捷，所需細胞數(shù)目少，而且可以在很高的分辨率下解釋染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。同時，建庫過程也不包含任何的片段長度篩選，可以同時檢測開放的DNA區(qū)域和被核小體占據(jù)的區(qū)域。目前主要腫瘤方面涉及較多，而在AR方面的研究相對較少。Lander等[39]通過染色體開放測序鑒定了與TSLP相關(guān)的動態(tài)DNA元素，提示調(diào)控TSLP的增強因子可能與過敏原相關(guān)的rs17551370和rs2289877兩個動態(tài)區(qū)域重疊，暗示這些位點在AR、哮喘等過敏性疾病中調(diào)節(jié)TSLP表達。Bunning等[40]認為表觀遺傳修飾可能被用作生物標志物來輔助過敏患者的診斷和治療。特定位點的DNA甲基化可以提示AR等過敏性疾病與脫敏治療和整體表型之間的關(guān)聯(lián)。

6 單細胞測序技術(shù)在AR的應用

傳統(tǒng)的高通量測序需要從大量細胞中獲取足夠的DNA樣品，因此測序結(jié)果是這些細胞“整體”的一個表征，其結(jié)果只是這個細胞群體的“平均值”。隨著人們對生物結(jié)構(gòu)功能的深入研究，越來越清楚地認識到，哪怕看似相同的細胞群，細胞之間的轉(zhuǎn)錄本表達水平也是存在差異的。因此就得需要對單個細胞進行測序來進一步深化認識，對于AR的研究也是如此。Gurram等[41]在研究中發(fā)現(xiàn)Th2細胞的分化也可以在沒有ILC2s參與的情況下發(fā)生，ILC2s和Th2細胞在AR等2型免疫反應中可能具有獨特的宿主防御功能。Cildir等[42]繪制了人類肥大細胞在不同刺激下的基因組和轉(zhuǎn)錄組變化，確定BHLHE40增強子區(qū)域是人類肥大細胞中最重要的候選區(qū)域之一。Westernberg等[43]建立了具有潛在免疫學相關(guān)性的T細胞表位序列保存閾值，發(fā)現(xiàn)在草、樹和雜草花粉中存在許多高度保守的表位。這些發(fā)現(xiàn)有助于認識AR等過敏性疾病的發(fā)病機制。Ordovas-Montanes等[44]進行了大規(guī)模的單細胞RNA測序，對人類呼吸上皮細胞、免疫細胞和基質(zhì)細胞類型和2型炎癥性疾病亞群的轉(zhuǎn)錄組繪制關(guān)鍵介質(zhì)圖。發(fā)現(xiàn)由基底細胞功能轉(zhuǎn)變引起的上皮細胞多樣性減少是2型免疫介導的屏障組織功能障礙是一個關(guān)鍵特征。

綜上所述，AR作為常見的過敏性疾病，具有遺傳性、復發(fā)性、難治性等特點，嚴重影響著人們的生活質(zhì)量。以高通量測序為主的測序技術(shù)已廣泛應用于疾病的基因篩查及診斷方面，為AR等過敏性疾病提供了新的研究思路。但也應認識到雖然不同類型的測序方法對AR都有所研究，但是由于外界環(huán)境的變化深刻的影響著AR的發(fā)生發(fā)展，這就要求在表觀遺傳學方面對本病做進一步研究。隨著單細胞技術(shù)及空間轉(zhuǎn)錄組學的進一步發(fā)展，期望能在AR等過敏性疾病的研究方面取得新的突破。