多發性硬化的表觀遺傳學研究進展

表觀遺傳 (epigenetics) 指在不影響基因鹼基排列的情況下對基因表達的影響，其重要形式包括 DNA 鹼基修飾、組蛋白修飾以及 microRNA 相關的轉錄後基因沉默 (microRNA-associated post-transcriptional gene silencing) 等。

近年來隨著檢測手段和對分子生物學理論知識了解的不斷進步，表觀遺傳學的研究快速深入發展，揭示了很多原有理論體系無法解釋的疾病的病因及發病機制，其中腫瘤及自身免疫性疾病占很大比例。

多發性硬化 (multiple sclerosis，MS) 是一種免疫介導的中樞神經系統慢性炎性脫髓鞘疾病，其病因尚不明確，可能與遺傳、環境因素、病毒感染及自身免疫等相關，最終導致中樞神經系統髓鞘脫失、少突膠質細胞損傷，部分可有軸突及神經細胞受損。

關於 MS 的表觀遺傳學研究時間不長，但越來越多的研究顯示其在 MS 發病中佔有重要地位。我們簡要地介紹 MS 表觀遺傳學的研究近況，及今後的研究方向和在臨床實踐中的潛在應用價值。

一、表觀遺傳學機制簡介

表觀遺傳即在不改變 DNA 鹼基序列的情況下穩定而可遺傳的基因表達發生改變。同一個體的細胞擁有相同的基因組，而其不同細胞中基因的表達卻不同，這一現象即為表觀遺傳學的研究範疇。

表觀遺傳的改變是可逆的，可以在細胞有絲分裂中維持，可以由親代向子代遺傳，並對環境的影響很敏感。

表觀遺傳主要影響基因的轉錄過程，而基因轉錄的過程受多種不同轉錄因子 (transcription factor) 的調控。轉錄因子活化後從胞質轉位至胞核，識別並結合基因啟動子區的順式作用元件，進而調控基因表達。

轉錄因子與 DNA 的結合能力受其濃度、轉錄後修飾、亞細胞結構的定位以及染色質和 DNA 狀態的影響。表觀遺傳學中，轉錄因子的功能體現在核小體的位置和緻密程度、核小體與 DNA 之間的相互作用、轉錄後組蛋白修飾以及 DNA 甲基化狀態等方面。目前，MS 的表觀遺傳學研究主要體現在 microRNA 相關的轉錄後基因沉默、DNA 甲基化及組蛋白修飾等方面。

二、microRNA 相關的轉錄後基因沉默與 MS

microRNA 是一類長 21 - 25 核苷酸的非編碼的單鏈 RNA 分子，具有跨物種保守性，在轉錄後的基因表達調節中起重要作用。在胞質中，成熟的 microRNA 與其他蛋白質組成 RNA 誘導的沉默複合體 (RNA-induced silencingcomplex)，能與信使 RNA(messenger RNA，mRNA) 結合併使之抑制或降解，從而減少蛋白質表達。這一過程即 microRNA 相關的轉錄後基因沉默。

目前已鑒定的人源 microRNA 已達 1 000 多種，然而其中功能研究較清楚的很少。根據生物信息學的研究表明，microRNA 可能調節多達 1/3 的人類基因，研究證明 microRNA 在包括生長發育、細胞增殖分化、凋亡、腫瘤形成、代謝、血管生成及炎症等多種生物學過程中充當重要角色。

MS 是一類累及中樞神經系統白質的炎性脫髓鞘疾病，大多數患者表現為反覆發作的神經功能障礙，其病因尚未闡明。近年的研究顯示，microRNA 的表達異常與 MS 等自身免疫性疾病存在明確關聯。

多項研究採用 miRNA 微陣列技術、實時熒光定量聚合酶鏈反應等技術檢測 MS 患者體液（血液、腦脊液、分泌物等）或病變組織器官中 microRNA 的表達情況，發現 MS 患者的 microRNA 表達與健康人存在差異；這種差異有助於診斷和評估包括 MS 在內的多種疾病，並為其防治靶點的鑒定提供思路和證據。

1．MS 血液細胞中 microRNA 的表達：人血液中含有數百種 microRNA 分子，多項研究表明血液及其成分中的 microRNA 對 MS 的診斷及預後的評估具有指導意義。

Keller 等研究了複發一緩解型 MS 患者全血細胞中 microRNA 的表達情況，結果顯示有 165 種 microRNA 存在表達差異，其中差異最明顯的 miR-145 在 MS 患者和健康對照者中特異度為 89.5%、敏感度為 90. 0%。Cox 等研究發現，未治療的 MS 患者全血細胞中，miR-17 及 miR-20a 的表達相對健康對照組降低，並證實了這 2 種 microRNA 與 T 細胞的活化功能相關。

外周血單個核細胞（peripheral blood mononuclear cells）主要成分為淋巴細胞，作為外周血循環內的免疫細胞，其 microRNA 的表達改變可以反映機體免疫功能的變化情況。

Otaegui 等發現 364 例樣本中，MS 複發組、MS 緩解組及健康對照組中受試者的外周血單個核細胞中 microRNA 的表達情況存在差異，miR-18b、miR-599 與 MS 的複發期相關，而 miR-96 與 MS 的緩解期相關。Martinelli-Boneschi 等研究發現在外周血單個核細胞中有 104 種 microRNA 在 MS 患者中的差異有統計學意義，其中差異最明顯的是 mir-let7g 和 miR-150。

2．MS 與循環 microRNA：有研究顯示人或動物的血清及血漿中存在性質穩定的 microRNA 分子，能夠作為癌症或其他疾病診斷及預後評估的生物標誌物。以這一發現作為前提，多研究鑒別證明了 MS 特異性循環 microRNA 以及其與疾病的關係，並為疾病的診斷、分型提供了新的證據。

Gandhi 等在複發一緩解型 MS、繼發進展型 MS 和健康對照者中比較了血漿中 microRNA 的表達，發現 miR-92a-l* 與疾病病程和受試者的擴展殘疾狀況評分量表 (EDSS) 評分密切相關，並鑒定了 miR-let-7 家族、miR-454 及 miR-145 等可作為 MS 分型中具有鑒別作用的生物標誌物。

此外，Fenoglio 等研究發現 MS 患者血清中 miR-15b、miR-23a 和 miR-223 三種 microRNA 表達下降，並發現這一現象與原發進展型 MS 的擴展殘疾狀況評分量表評分明顯相關，提示它們可作為一組評估病情預後的生物標誌物。循環 microRNA 因其樣本易取且性質穩定，可以作為輔助 MS 的診斷及鑒別診斷的生物標誌物，這一領域的研究存在很大的潛力。

3．MS 與相關的免疫細胞 microRNA：目前的研究和理論支持 B 淋巴細胞和 T 淋巴細胞共同作為效應免疫細胞參與 MS 的發病過程。而近期研究表明，Th17 細胞及調節性 T 細胞 (regulatory T cells，Treg) 與自身免疫病發病關係密切，Th17 和 Treg 的失衡可能是 MS 發病的重要機制。研究顯示 MS 患者的 Th17 細胞、Treg 細胞、B 淋巴細胞等多種效應免疫細胞出現與病情相關的 microRNA 改變。

 Du 等研究發現，MS 及實驗性自身免疫性腦脊髓炎 (experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE) 中均存在 miR-326 的變化，其變化水平與 MS 或 EAE 的病情嚴重程度呈正相關。

這一變化主要存在 Th17 細胞亞群中，說明其功能作用主要體現在對 Th17 細胞的調控；並發現 miR-326 能調控 Ets-l 基因，其增加通過抑制或降解 Ets-1 mRNA 從而減少 Th17 細胞的分化，進而導致疾病的發生和發展。

而 miR-326 的表達水平不僅與 MS 和 EAE 相關，還與 l 型糖尿病自身免疫性胰島損害呈正相關，提示其與自身免疫性疾病存在關聯。在對 Treg 細胞的研究中，De Santis 等發現，複發一緩解型 MS 患者純化的血液 Treg 細胞中，有 23 種 microRNA 的表達存在差異。

 4．與 MS 治療相關的 microRNA：目前 MS 的治療方案主要是急性期大劑量腎上腺皮質激素衝擊治療，於短期內停用，並應用干擾素和醋酸格拉替雷 (glatiramer acetate) 等預防複發。另外，生物靶向藥物如那他珠單抗 (natalizumab) 也應用於輔助治療。研究顯示，多種 microRNA 與 MS 的治療及療效存在密切關聯。

Sievers 等選取未治療的複發一緩解型 MS 患者、那他珠單抗治療的複發 - 緩解型 MS 患者及健康對照者中的 B 淋巴細胞進行研究，發現與健康對照組相比，未治療組 B 淋巴細胞中存在 49 種顯著下調的 microRNA。

而那他珠單抗治療組和未治療組相比，存在 10 種 microRNA 的表達改變，其中以 miR-106b-25 和 miR-17 -92 的改變最顯著。另一項研究顯示，應用醋酸格拉替雷治療複發·緩解型 MS 能使若干患者異常表達的 microRNA 恢復接近正常水平。這些研究為 MS 治療靶點的研究提供了新的思路。

 5．腦脊液中 microRNA 的表達與 MS 的關係：腦脊液是神經系統重要的體液循環，是中樞神經系統 microRNA 的代謝池，對其進行深入研究將為 MS 的診斷提供良好的生物標誌物。Haghikia 等分析了 53 例 MS 患者和 39 例其他神經系統疾病患者的腦脊液，發現在 MS 組中，miR-92、miR-18lc、miR-633 與其他神經系統疾病患者腦脊液中 microRNA 含量存在差異。

 6．MS 神經組織中 microRNA 的研究：由於標本採集和保存的困難，MS 神經組織中 microRNA 的研究較少。Eisele 等對 MS 神經組織 microRNA 的研究方法進行了探索，對比福爾馬林固定及石蠟包埋組織及冷凍新鮮組織中 microRNA 的含量，證明兩者中 microRNA 表達近似且穩定，均適用於研究 MS 中的 microRNA，為這一領域提供了新的研究手段和方法。

三、DNA 甲基化與 MS

 DNA 甲基化是將甲基基團加至 DNA 的胞嘧啶 C-5 殘基上的反應，這一反應由幾種 DNA 甲基轉移酶 (DNAmethyltransferase) 介導。DNA 甲基化是當前認識比較充分的表觀遺傳學機制，研究認為，該機制在正常生長發育、基因組穩定性和細胞繁殖中均起重要作用。

DNA 甲基化的研究無論在腫瘤還是在免疫細胞的表觀遺傳學的研究中都取得了明確的進展。然而在 MS 這一疾病中，DNA 甲基化的研究還處於初步階段。Liggett 等 [18] 選取 60 例複發一緩解型 MS 患者（30 例緩解狀態、30 例惡化狀態）及 30 名健康對照組，提取血漿並分析其 DNA 甲基化情況。

結果顯示，MS 患者無細胞血漿 DNA 含量顯著高於健康人，且 DNA 甲基化情況在 3 組中均存在差異，在 MS 緩解組及健康對照組中敏感度為 79. 2%、特異度為 92. 9%，在 MS 惡化組及健康對照組中敏感度為 75. 9%、特異度為 91. 5%，而在緩解狀態及惡化狀態的兩組患者中敏感度為 70. 8%、特異度為 71. 2%。

上述直接針對 MS 患者的研究目前處於初步階段，而間接針對免疫細胞的 DNA 甲基化的研究相對成熟，如 DNA 甲基化在 Th．、Th2、Th17 等免疫細胞的分化及維持中的作用以及 T 細胞亞群間的轉化機制。甲基化等表觀遺傳過程通過多個方面參與 MS 的發生髮展，增加了研究的複雜性，但也為這一研究領域帶來更多的未知性。

四、組蛋白修飾與 MS

哺乳類動物的細胞中，DNA 以與組蛋白結合的染色質形式存在。核小體是由組蛋白 (Histone) H2A、H2B、H3 和 H4 組蛋白各 2 個單位組成的八聚體，每個組蛋白八聚體由 146 bp 的 DNA 鏈纏繞，形成一個核小體，是染色質的基本單位。

組蛋白在轉錄後水平修飾的形式包括乙醯化、甲基化、磷酸化、泛素化和瓜氨酸化等。這些修飾誘導染色質的結構改變，從而影響 DNA 鏈與轉錄酶的結合，導致與該組蛋白相關的 DNA 活化或抑制。

在對 MS 與組蛋白修飾的相關性研究中顯示，與對照組腦白質相比，MS 及其動物模型的腦白質中組蛋白瓜氨酸化顯著增加，並推測組蛋白的高度瓜氨酸化可能導致少突膠質細胞的不可逆改變，並參與 MS 少突膠質細胞的凋亡過程。

五、總結與展望

目前已有研究顯示，研究者成功發現了 MS 多種有意義的表觀遺傳學標誌物並闡明了其部分作用機制，發掘了 MS 可能的發病機制及潛在的致病靶點，充分推動這一疾病的病因學、病理生理學的進步和發展，並為進一步的研究奠定了良好的基礎，尤其是 microRNA 對於 MS 的影響。今後通過進一步研究，鑒定 MS 相關特異而敏感的表觀遺傳學生物標誌物，為 MS 的診斷、預後評估甚至治療新靶點提供重要的指導意義。

文章摘自《中華神經科雜誌》2014 年 5 月第 47 卷第 5 期 P344-346

文章作者：王毅飛 付錦

編輯： journal002        

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