楊 漾 蘇 暢 張秋雁 黃舒淳 匡慧芳

1.湖南中醫(yī)藥大學中醫(yī)學院，湖南長沙 410208；2.湖南中醫(yī)藥大學湘杏學院，湖南長沙 410208；3.湖南中醫(yī)藥大學校醫(yī)院，湖南長沙 410208

支氣管哮喘（簡稱“哮喘”）是一種以氣道高反應(yīng)性和可逆性的氣流受限為基本特征的慢性炎癥性疾病，由多種細胞（嗜酸性粒細胞、肥大細胞等）和細胞組分參與。中國最新哮喘流行病學調(diào)查結(jié)果顯示，我國成人（≥20 歲）哮喘患者超過4 000 萬[1]。環(huán)境因素與哮喘的發(fā)生密切相關(guān)，研究已證實接觸過敏原、空氣污染物、病毒感染等環(huán)境因素在哮喘發(fā)病過程中扮演著重要角色[2]。表觀遺傳學是指除基因序列改變之外，基因功能可逆的、可遺傳的改變，主要有DNA 甲基化、組蛋白甲基化、組蛋白乙酰化、微小RNA（microRNA，miRNA）的改變等。近年來，越來越多的證據(jù)表明，環(huán)境因素影響哮喘的發(fā)病可能通過改變表觀遺傳學機制來實現(xiàn)。在細胞分化和發(fā)育過程中，表觀遺傳變化與細胞的程序性基因表達及可塑性有關(guān)，使細胞重新編程并對環(huán)境作出改變?？傊?，表觀遺傳機制可從細胞水平上整合遺傳與環(huán)境因素，闡明哮喘發(fā)生的表觀遺傳調(diào)控，有助于闡明哮喘發(fā)生的病理基礎(chǔ)。

1 DNA 甲基化

組蛋白甲基化包括寫入、擦除和讀取3 個過程，分別由相關(guān)的甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶、甲基化識別蛋白主導。表觀基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，哮喘患者與正常人群的DNA 序列存在大量差異化的甲基化位點，且與哮喘效應(yīng)細胞（如淋巴細胞、氣道內(nèi)皮細胞及平滑肌細胞）和哮喘相關(guān)基因FOXP3、γ 干擾素（interferonγ，IFN-γ）及白細胞介素4（interleukin，IL-4）等的表達密切相關(guān)[3]。然而，現(xiàn)有研究多針對哮喘患者的全血細胞或外周血單核細胞（包含淋巴細胞和單核細胞），存在的問題就是如果表觀遺傳標記特定的組織/細胞類型，且?guī)в袠擞浀募毎诓±M和對照組間以不同的比例存在，這種分析可能會出現(xiàn)明顯偏差[4]。因此，研究者開始對單一細胞群體（如T/B 淋巴細胞、嗜酸性粒細胞、單核細胞、氣道上皮細胞以及氣道平滑肌細胞等）進行甲基化差異研究。研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者嗜酸性粒細胞中的膠原蛋白相關(guān)基因、視網(wǎng)膜母細胞瘤基因1、SLC25A33 等與氣道功能和免疫系統(tǒng)密切相關(guān)的基因存在明顯的低甲基化狀態(tài)，而單核/巨噬細胞中的神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1、SYNM、TBX5 及序列相似家族19 成員A4 等則顯示出明顯的高甲基化狀態(tài)[5]；氣道上皮細胞中IL-33[促進2 型輔助型T 細胞（Th2）分化發(fā)育]啟動子區(qū)域的甲基化是明顯減少的，其IL-33分泌明顯增多[6]；轉(zhuǎn)錄激活因子5 基因鳥嘌呤島的高甲基化則導致轉(zhuǎn)錄激活因子5 表達明顯降低[7]。

DNA 甲基化也參與T 細胞亞群的分化與發(fā)育，而Th0 細胞向Th2 細胞分化是哮喘發(fā)病的重要環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者和非哮喘患者的IL-4 和IFN-γ基因存在甲基化差異，IL-4 基因在幼稚T 細胞及Th1細胞中通常為高甲基化[8]，過敏源可以誘導Th0 細胞IL-4 基因啟動子區(qū)域的去甲基化而促進IL-4 表達，促使Th0 細胞向Th2 細胞分化，引起炎癥因子的進一步表達，促進哮喘的發(fā)生發(fā)展[9]。早期營養(yǎng)不良可增加哮喘的易感性，其機制可能與誘導Th0 細胞中Th2 相關(guān)細胞因子位點的低甲基化，引起Th0 細胞向Th2 細胞分化有關(guān)[10]。轉(zhuǎn)錄因子FOXP3 調(diào)控原始T 細胞向調(diào)節(jié)性T 細胞（Treg）分化發(fā)育，其啟動子區(qū)域鳥嘌呤島的甲基化可以影響Treg 細胞的形成和活性，驅(qū)動FOXP3 表達的cAMP 效應(yīng)元件結(jié)合蛋白/錄激活因子結(jié)合位點附近鳥嘌呤島的甲基化與FOXP3 表達呈負相關(guān)，而下調(diào)DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶1 或使用DNA 甲基化酶抑制劑可以抑制鳥嘌呤甲基化而促進FOXP3 的表達[11]。

2 組蛋白修飾

核小體是由DNA 和組蛋白形成的染色質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位，其通過物理阻隔和改變?nèi)旧w構(gòu)象阻礙轉(zhuǎn)錄因子與DNA 的結(jié)合，可抑制基因表達[12]。然而，組蛋白的翻譯后修飾，如乙?；⒓谆?、磷酸化、泛素化、ADP 核糖化和脫胺化等可改變?nèi)旧|(zhì)的疏松程度和可及性，影響DNA 轉(zhuǎn)錄[13]。其中，組蛋白的乙?；３е禄虮磉_上調(diào)，而組蛋白的甲基化則有激活或抑制基因轉(zhuǎn)錄的雙重作用，取決于修飾氨基酸的位置、狀態(tài)等。

2.1 組蛋白甲基化

組蛋白甲基化修飾就是在組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，以硫腺苷甲硫氨酸為甲基供體，在組蛋白的賴氨酸發(fā)生單、雙甚至三甲基化或者精氨酸單或雙（對稱或非對稱）甲基化（如H3K4me3 表示組蛋白H3 的第4 位賴氨酸的三甲基化，以此類推）[14]。不同組織和細胞的組蛋白甲基化修飾各有不同。氣道平滑肌細胞（airway smooth muscle cells，ASMCs）在哮喘病理過程的發(fā)展和維持中（炎癥、重塑和收縮/高反應(yīng)性）發(fā)揮著重要作用，其通過分泌包括組胺、類前列腺素、白三烯、細胞因子、趨化因子和內(nèi)皮素等多種炎癥因子參與哮喘的發(fā)生發(fā)展[15]。哮喘患者的肺組織及分離的ASMCs中PRMTs 明顯增高，抑制PRMTs 可減少ASMCs 的增殖、遷移、膠原沉積和細胞外基質(zhì)的形成[16]。哮喘患者ASMCs 的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）基因啟動子區(qū)域缺乏G9A 和SUV39H1等轉(zhuǎn)錄抑制復合物的形成，反而形成由H3K4me3、RNA 聚合酶Ⅱ、腫瘤血管生長因子和高水平的Sp1 組成的轉(zhuǎn)錄激活復合物，使VEGF 的表達上調(diào)，促進哮喘的發(fā)生發(fā)展[17]。單核細胞來源的樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）受到過敏原刺激后會活化，通過抗原提呈并分泌Th2 型細胞因子刺激Th0 細胞向Th2 細胞分化，H3K4me3 及H3K27me3對DCs 的活化及其在炎癥狀態(tài)下的基因表達發(fā)揮重要作用[18]。

Th0 細胞分化為Th 亞群是哮喘的典型特征，而T細胞的分化發(fā)育也受組蛋白甲基化的表觀遺傳調(diào)控[19]。研究發(fā)現(xiàn)，H3K4me3 與啟動子激活相關(guān)，H3K4me1/2與基因增強子相關(guān)，H3K36me3 在激活基因的轉(zhuǎn)錄區(qū)域被發(fā)現(xiàn)，而H3K9me3 及H3K27me3 被發(fā)現(xiàn)與基因表達沉默相關(guān)[20]。H3K27me3 水平升高與基因表達抑制相關(guān)，這些基因包括Th2 細胞中的IFN-γ 和Tbx21，Th1 細胞中的IL-4 和Gata3[21]。Zeste 基因增強子同源物2（Ezh2）是H3K27 位點的甲基轉(zhuǎn)移酶，Ezh2形成的PRC2 復合體可直接結(jié)合Tbx21 和Gata3 基因座，使Tbx21 和Gata3 在Th1 和Th2 細胞分化中正確表達，并伴有大量的H3K27me3[22]。Ezh2 通過調(diào)控H3K27me3 對IL-4、IL-13 等基因的轉(zhuǎn)錄沉默起重要作用[22]，其缺乏會導致IFN-γ 的分泌減少及Th2 型細胞因子的增加，加重哮喘的病理過程[23]。

2.2 組蛋白乙?；?/h3>

與組蛋白甲基化機制相似，組蛋白的乙?；泊嬖趯懭?、擦除和讀取的過程，分別受組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histone acetyltransferase，HATs）、組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase，HDACs）和Bromodomains 調(diào)控。研究表明，哮喘患者中組蛋白H4 的乙?；险{(diào)與多種炎癥基因表達上調(diào)一致，支氣管組織中HATs 的活性上調(diào)，而HDACs（尤其是HDAC2）活性降低，其所導致的組蛋白乙?；淖兣c氣道上皮細胞和ASMCs 中多種促炎因子（嗜酸性粒細胞趨化因子、IL-8/10 等）的生成密切相關(guān)[24]。趨化因子是吸引白細胞移行到感染部位的一些低分子量蛋白，包括IL-8、腫瘤壞死因子-α、內(nèi)皮素-1 和IL-1β 等。其中，哮喘患者ASMCs 中由p300 介導其啟動子區(qū)域H3K18 的乙?；瘜е翴L-8大量分泌[25]；腫瘤壞死因子-α 可以誘導ASMCs 中嗜酸性粒細胞趨化因子基因啟動子區(qū)域H4 賴氨酸5和12 的乙酰化，促進其基因轉(zhuǎn)錄，β2 腎上腺素受體激動劑和糖皮質(zhì)激素可通過逆轉(zhuǎn)其啟動子區(qū)域H4的乙?；l(fā)揮治療作用[26]。需要注意的是，其他非組蛋白成分，如GATA3 和NF-κB 的p65 組分，也可以成為乙酰化和去乙?；陌悬c，例如組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶CBP 可乙酰化p65 上的特定賴氨酸殘基，增加其與DNA 的結(jié)合，引起轉(zhuǎn)錄激活，而HDACs 則反轉(zhuǎn)這個程，HDAC1 和HDAC2 能夠?qū)⒁阴；腘F-κB去乙?；?，并促進其與細胞核內(nèi)IκB-α 結(jié)合，從而促進其轉(zhuǎn)位至細胞質(zhì)中并終止NF-κB的活性[27]。

組蛋白的乙?；矃⑴c了Th0 細胞的分化。在Th1 和Th2 細胞的分化發(fā)育中，分別觀察到Th1 和Th2細胞因子基因座組蛋白乙?；脑黾覽28]。在Th2 型細胞分化發(fā)育中，GATA3 通過其保守的GATA3 響應(yīng)元件與靶基因DNA 結(jié)合并與CBP/p300 及RNA聚合酶Ⅱ形成具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性的轉(zhuǎn)錄復合物，促進IL-4/13 的轉(zhuǎn)錄[29]。相反，組蛋白去乙?；瘏⑴c基因表達的負調(diào)控，HDACs 也與Th0 細胞的分化有關(guān)。如HDAC1 缺失能促進Th2 型細胞分化和Th2 型細胞因子的產(chǎn)生，HDAC6 和沉默信息調(diào)節(jié)因子2 相關(guān)酶1也可以通過去乙?；徒档虵oxp3 的表達來調(diào)節(jié)Treg 的功能[30]。

3 非編碼RNA

非編碼RNA 包括長鏈非編碼RNA（lncRNAs）、MicroRNAs、內(nèi)源性小干擾RNA（endo-siRNAs）等多種類型，它們不編碼蛋白質(zhì)，但可以調(diào)控蛋白質(zhì)編碼基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯及其穩(wěn)定性[31]。其中，lncRNA 參與調(diào)控多種免疫細胞如樹突狀細胞、巨噬細胞、嗜酸性粒細胞、T 淋巴細胞的功能，同時通過多種機制調(diào)節(jié)氣道平滑肌細胞的增殖和遷移，在哮喘病理過程中發(fā)揮著重要作用[32-35]。例如，lncRNA PTPRE-AS1 在IL-4刺激的巨噬細胞中選擇性表達，敲減PTPRE-AS1 可通過絲裂原活化蛋白激酶/細胞外蛋白調(diào)節(jié)激酶途徑促進M2 巨噬細胞激活[36]。LncRNA MEG3 通過靶向microRNA-17/視黃酸相關(guān)的孤兒受體γt 調(diào)節(jié)哮喘患者的Treg/Th17 平衡[35]。LncRNA GAS5 通過控制miR-10a/腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子信號通路促進哮喘患者氣道平滑肌細胞增殖[37]。

miRNA 參與多種哮喘相關(guān)細胞的活化、增殖、遷移、氣道炎癥、氣道平滑肌的過度收縮和氣道重塑等過程。miRNA-155 在哮喘患者的上皮和氣道平滑肌細胞中明顯上調(diào)，下調(diào)或敲除miRNA-155 可減少Th2 型細胞/嗜酸性粒細胞浸潤和細胞因子/黏液的分泌[38]。miR-24 和miR-27 則可通過調(diào)節(jié)IL-4 的分泌調(diào)節(jié)T 細胞的分化發(fā)育而抑制氣道炎癥[39]。其次，多個miRNA 參與調(diào)控ASCMs 的功能，如miR-143-3p、miR-145 等調(diào)控其生物合成，miR-145、miR-133a 等調(diào)控其收縮；miR-150、miR-139-5p 等調(diào)控其增殖[40]。

4 小結(jié)

表觀遺傳修飾如DNA 甲基化和組蛋白的翻譯后修飾調(diào)控哮喘相關(guān)基因的表達及哮喘相關(guān)細胞的功能，在哮喘發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。但基因表達是一個極其精密的過程，受到多種形式的精密調(diào)控，DNA 甲基化、組蛋白翻譯后修飾和非編碼RNA 等多種表觀遺傳形式之間也存在著極其復雜的交互作用，共同形成基因表達的表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，仍需更深入的研究來進一步闡明。其次，檢測痰液或血液中miRNA 水平有望成為診斷哮喘的生物標志物，值得進一步研究。此外，哮喘的表觀遺傳學研究雖已取得長足的進展，但將表觀遺傳學用于哮喘治療的研究才剛剛起步。目前，研究者開始針對表觀遺傳學進行藥物研究，如針對HDACs 的抑制劑、miRNA 的靶向藥物等。然而，這些藥物因缺乏特異性而不可避免地存在著副作用，高選擇性藥物的研發(fā)將是未來研究的重點問題。