医学免疫学课件：DNA甲基化与红斑狼疮

1、DNA甲基化与红斑狼疮DNA Methylation and Systematic Lupus Erythematosus 红斑狼疮概述Introduction to SLE病理机制PathogenesisDNA甲基化概述DNA MethylationCD4+T细胞中的去甲基化DNA demethylation in CD4+T cellsB细胞及全基因组去甲基化DNA demethylation in B cells and whole genome非遗传因素对表观遗传学的影响Environmental and other factors 目录红斑狼疮DNA甲基化概述及流行病学临床表现及并发

2、症病理表现致病因素T细胞DNA甲基化全基因组特定基因概述及流行病学临床表现及并发症病理表现致病因素系统性自身免疫病，累及多器官产生自身抗体(抗核抗体、抗双链DNA抗体)抗原抗体复合物沉积引发炎症自身抗体破坏细胞定义发病率与患病率低(20-70/100,000)，上升趋势1与种族性别年龄有关(:=9:1)，孕龄(15-35y)妇女更易感1生存率较高(Euro-lupus，92%) 1死因主要为感染、凝血以及动脉粥样硬化2流行病学诊断学：急性/慢性皮肤性狼疮、口鼻溃疡、脱发、关节僵硬、浆膜炎、蛋白尿或血尿、神经症状、溶血性贫血、白细胞血小板降低1免疫学：抗核抗体、抗双链DNA抗体、抗Sm抗体、抗磷

3、脂抗体补体系统成分C3、 C4、CH50含量低2临床表现/wiki/File:Butterflyrash.jpg并发症慢性炎症与粥样硬化心血管事件(首要死因)狼疮性肾炎中枢神经系统狼疮抗磷脂综合征1https:/wiki/File:Symptoms_of_SLE.png多因子疾病：基因易感性&环境影响固有免疫、适应性免疫异常补体成分缺失(高危位点ITGAM、FcR、PRDM1-ATG5、TNFAIP3)凋亡细胞清除障碍(巨噬细胞无法全部清除自噬碎片，成为自身抗原)T细胞功能异常(CD4+T细胞异常激活、CD8+T细胞自身反应)B细胞系统紊乱(比例失调、异常激活、免疫抑制不敏感)多种细胞因子参与

4、（白介素6、白介素17、I型干扰素、白介素18、TNF） 2DC细胞&I型干扰素3病理表现遗传因素家族遗传性3HLA-DR3单倍体型：抗核抗体的产生4非MHC位点：与B细胞和T细胞信号转导有关(IRF5, STAT4, PTPN22, C8Orf13-BLK, TNFSF4, TNFAIP3, PRDM1-ATG5, ITGAM-ITGAX.) 4非遗传因素同卵双胞胎差异性5紫外线、药物、激素2致病因素DNA甲基化红斑狼疮概述及流行病学临床表现及并发症病理表现致病因素T细胞DNA低甲基化全基因组特定基因DNA甲基化概况CD4+TB细胞环境因素CG位点 DNMT催化 抑制转录 甲基来源SAM/w

5、iki/File:DNA_methylation.jpg定义：胞嘧啶5-C甲基化位点：CpG island ，多位于启动子区域作用：抑制基因表达甲基化酶DNA methyltransferase(DNMT)DNMT1(细胞分裂)DNMT3a DNMT3b(DNMT3L辅助)MBD(调节DNMT作用)6-9类型：主动去甲基化(胞嘧啶脱氨酶)、被动去甲基化(DNMT)7DNA甲基化DNA甲基化概况CD4+TB细胞环境因素CG位点 DNMT催化 抑制转录 甲基来源SAMSLE患者中CD4+T细胞缺陷，可识别自身抗原MHC基因组普遍低甲基化，存在某些高危位点基因对去甲基化敏感实验证据：去甲基化药物(5

6、-azaC)处理正常CD4+T，产生自身免疫性7人为注射缺陷CD4+T至小鼠引发狼疮样病变，抗核抗体产生8SLE患者体内分离淋巴细胞9CD4+T中的去甲基化ITGAL(CD11a/LFA-1)：过度稳定TCR与MHC2相互作用并促使细胞共激活，T细胞识别MHC为自身抗原，诱导APC细胞凋亡(经典途径)6,8PRF1(穿孔素)：穿孔素表达增加，细胞凋亡增多，抗原性碎片增加；同时由于凋亡巨噬细胞减少，凋亡细胞碎片无法清除，形成正反馈6,9TNFSF7(CD70)：与B细胞膜 CD27相互作用，诱导自体反应性B细胞激活和过量IgG产生，促进T细胞增殖并分化为CD8+T6,8,9CD40LG(CD40

7、L)：与Th17细胞分化以及IL-17的产生有关，促进B细胞分化和抗体转化。位于X染色体，与SLE发病性别差异相关6,9,10IL-6及IL-4转录本增加11促进自身反应T细胞发育并最终促进自身抗体产生CD4+T低甲基化基因B细胞环境因素DNA甲基化概况CD4+TCG位点 DNMT催化 抑制转录 甲基来源SAMITGAL(CD11a)TNFSF7(CD70)CD40LG (CD40L)IL-6及IL-4诱导APC凋亡稳定TCR-MHC识别为自身抗原PRF1(穿孔素)凋亡碎片增加自身抗体产生B细胞异常激活miRNA途径调节DNMT1表达。miR-21 作用于RASGRP1，调控DNMT1合成的上

8、游MAPK 通路miR-148a 直接作用于DNMT1 基因8miR-126可结合DNMT1 基因3未翻译区9RFX1途径转录因子，识别MHC基因中的X-box，可结合CD11a 和 CD70 的启动子，招募DNMT1和 HDAC1 组成甲基化表达抑制复合物。其表达减少导致去甲基化6CD4+T去甲基化机制ERK途径胞外信号调控激酶途径，缺陷型细胞激酶C-(PKC-)磷酸化，MAPK 信号传导通路受阻，DNMT1的表达和活性降低6,7SAM途径作用于甲基来源，与线粒体和ATP产生缺陷有关，同时影响细胞周期调节通路mTOR，调节表观遗传修饰6-9CD4+T去甲基化机制B细胞环境因素DNA甲基化概况

9、CD4+TCG位点 DNMT催化 抑制转录 甲基来源SAMITGAL(CD11a)TNFSF7(CD70)IL-6及IL-4稳定TCR-MHC识别为自身抗原诱导APC凋亡PRF1(穿孔素)凋亡碎片增加CD40LG (CD40L)自身抗体产生B细胞异常激活去甲基化DNMT1表达减少SAM途径甲基来源减少miRNA途径miR-21上游MAPK miR-148a 直接作用基因RFX1途径招募DNMT1 和 HDAC1 组成甲基化复合物ERK途径PKC-磷酸化 MAPK 信号传导通路受阻CD5-E1B亚型启动子低甲基化，表达增加，E1A介导的抑制性信号通路阻断，B细胞激活人类内源性逆转录病毒HES-1

10、片段低甲基化促进E1B表达高浓度IL-6使DNMT1表达减少，甲基化状态无法维持6-11B细胞中的去甲基化B细胞环境因素DNA甲基化概况CD4+TCG位点 DNMT催化 抑制转录 甲基来源SAMITGAL(CD11a)TNFSF7(CD70)IL-6及IL-4稳定TCR-MHC识别为自身抗原诱导APC凋亡PRF1(穿孔素)凋亡碎片增加CD40LG (CD40L)自身抗体产生B细胞异常激活去甲基化DNMT1表达减少SAM途径甲基来源不足miRNA途径miR-21上游MAPK miR-148a 直接作用基因RFX1途径招募DNMT1 和 HDAC1 组成甲基化复合物ERK途径PKC-磷酸化 MAP

11、K 信号传导通路受阻B细胞IL-6DNMT1自身抗原B细胞激活CD5-E1BE1A通路阻断HES-1凋亡细胞去甲基化DNA类似于细菌DNA，固有免疫选择性识别作为自体抗原特异性免疫：APC摄取并通过Toll样受体9刺激抗核抗体产生1-3高通量全基因组测序发现新的去甲基化敏感基因：MMP9、PDGFRA、FOLH1和GGH、多种转录因子9全基因组的去甲基化紫外线抑制DNMT1活性；刺激IL-1和TNF产生，诱导凋亡6,7药物Hydralazine ERK通路抑制剂，阻断PKC信号传导Procainamide DNMT1竞争性抑制剂2,6内源性病毒HRES-1和ERV-3 在单核细胞中表达增加，编

12、码自身抗原年龄同卵双胞胎甲基化差异随年龄增大12饮食与SAM相关2,3,6非遗传因素影响DNA甲基化概况CD4+TB细胞环境因素CG位点 DNMT催化 抑制转录 甲基来源SAM年龄、饮食等紫外线可逆抑制DNMT1活性药物DNMT合成或催化抑制剂内源性病毒编码自身抗原未来研究方向参考文献Lisnevskaia L, Murphy G, Isenberg D. Systemic lupus erythematosus. Lancet 2014; 384: 187888.Wahren-Herlenius M, Drner T. Immunopathogenic mechanisms of syste

13、mic autoimmune disease. Lancet 2013; 382: 81931.Murphy G, Lisnevskaia L, Isenberg D. Systemic lupus erythematosus and other autoimmune rheumatic diseases: challenges to treatment. Lancet 2013; 382: 809818.Ghodke-Puranik Y, Niewold TB. Immunogenetics of systemic lupus erythematosus: A comprehensive r

14、eview. Journal of Autoimmunity (2015) 125-136.Javierre BM, Fernandez AF, Richter J. Changes in the pattern of DNA methylation associate with twin discordance in systemic lupus erythematosus Genome Research 2015; 20:170179Zhang Y, Zhao M, Sawalha AH. Impaired DNA methylation and its mechanisms in CD4

15、+T cells of systemic lupus erythematosus. Journal of Autoimmunity 41 (2013) 92-99Jeffries MA, Sawalha AH. Epigenetics in systemic lupus erythematosus: leading the way for specific therapeutic agents. Int J Clin Rheumtol. 2011 August ; 6(4): 423439.参考文献Miceli-Richard C. Epigenetics and lupus. Joint B

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