支气管哮喘的表观遗传学研究进展摘要：支气管哮喘(简称: 哮喘)是一种常见的呼吸道疾病，发病率呈逐年上升趋势，其病理机制极其复杂，涉及环境因素、免疫调节紊乱、遗传背景等。
近年来越来越多的证据表明表观遗传学在其发病机制中发挥重要作用，哮喘的表观遗传学相关研究主要涉及DNA甲基化、组蛋白修饰、miＲNA调控等方面。
随着相关机制研究的深入，哮喘的表观遗传学相关药物研究也在进行中。
关键词：表观遗传;哮喘;甲基化;组蛋白修饰;miRNA表观遗传学现象包括DNA甲基化、组蛋白修饰、miRNA 调控等，可不改变DNA 序列而改变基因表达水平，产生可遗传性改变。
表观遗传调节的异常参与了癌症、炎症、代谢性疾病、神经精神疾病等的发生发展，近年来支气管哮喘的表观遗传学越来越受到关注，取得了一定进展。
下面将从DNA甲基化、组蛋白修饰、miRNA 调控以及临床应用四个方面进行阐述。
1．DNA 甲基化DNA甲基化是指DNA碱基在DNA甲基化转移酶( DNA methyltransferases DNMTs)的催化下与甲基发生共价结合的一种表观遗传修饰现象。
大部分DNA 甲基化发生在位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点的胞嘧啶-鸟嘌呤( CPG)［1］，DNA甲基化由DNMTs催化，DNMTs包括DNMT1、DNMT3A和DNMT3B，其中DNMT3A和DNMT3B主要功能是起始甲基化，DNMT1维持DNA甲基化水平［2］。
基因启动子内的CpG岛高甲基化导致基因转录沉默，而低甲基化促进转录的发生。
哮喘患者的Th1/Th2细胞失衡向Th2偏移是哮喘的一个明显特征，T淋巴细胞中Th1/Th2细胞失衡，Th2占优势与哮喘发病密切相关，由幼稚CD + 4T细胞分化为Th2产生多种细胞因子如IL-4、IL-5和IL-13等与过敏反应密切相关。
DNA甲基化水平与遗传相关，同时受环境、年龄、疾病影响，遗传易感个体在致病环境暴露后通过DNA甲基化促进哮喘发生发展［3］，儿童哮喘及其他过敏性疾病的国际研究( ISAAC) 显示哮喘发病的时间趋势伴有一定地域性特点，亦提示环境因素与哮喘发病相关［4］，环境中的空气污染物、生物污染物等危险因素可诱发关键基因发生甲基化改变促进哮喘发生，儿童时期暴露于环境污染物多环芳烃等使DNA 的叉头框P3基因( forkhead box transcription factor 3，Foxp3) 过甲基化，Foxp3是控制调节T细胞功能的关键基因之一，Foxp3过甲基化使儿童在7岁前后发生哮喘的几率及严重程度增加［5］。
孕妇于农场微生物环境暴露下则可以增加后代Foxp3去甲基化水平，脐血调节T 细胞及Foxp3高表达，从而降低哮喘等过敏性疾病发生率［6］。
2．组蛋白修饰组蛋白是真核生物染色质中的碱性蛋白质，富含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸。
组蛋白修饰主要包括:磷酸化、泛素化、乙酰化和甲基化，随着研究深入又发现其他一些修饰，如Sumo化、ADP ribosylation、巴豆酰化等，其中研究较多的是乙酰化和甲基化，组蛋白乙酰化作用发生在赖氨酸残基被组蛋白乙酰化转移酶催化，使得染色质的结构更加开放，导致基因转录易于进行; 组蛋白甲基化是另一种组蛋白修饰，这一过程与CD+4 T细胞的分化有关，组蛋白H3赖氨酸9( H3K9) 的甲基化在DNA甲基化的建立和维护中发挥了重要作用。
DNA甲基化与组蛋白修饰相互影响、共同作用在表观遗传学修饰中发挥作用。
哮喘患者存在组蛋白乙酰转移酶(HAT) 及组蛋白去乙酰化酶(HDAC) 的表达及活性异常。
患有哮喘的吸烟者HDACs活性降低，其降低程度与哮喘的严重程度相关，且此类患者对激素类药物耐药。
Notch1信号调节异常是哮喘患者Th1 /Th2失衡向Th2 偏移的重要通路，启动子Notch-1 的HAT活性增强，同时H3K9、H3K14、H3K27、H3K18、H3K16高度乙酰化，H3K4、H3K79高甲基化导致T细胞Notch-1 信号异常调节［7］。
与健康人群相比，哮喘患者气道平滑肌细胞在H3K18乙酰化作用下能够分泌更多的CXCL8 趋化因子。
H3K4甲基化与IFN-γ、IL-4、IL-17A及IL- 17F表达增加有关，Th17、调节T细胞相关转录因子ROR(γ)、Foxp3 表达升高，Th17及调节T细胞失衡与哮喘变态反应相关［8］，H3K4me2在哮喘相关基因CCＲ4、CCL5存在多态性，促进CD + 4 T细胞向Th2细胞分化［9］，进而促进哮喘发生。
激素抵抗型严重哮喘患者及HDAC2缺陷细胞细胞系对激素不敏感，增加HDAC2的表达可以恢复其激素敏感性［10］。
HDAC2可致糖皮质激素受体脱乙酰从而抑制哮喘的炎症相关基因。
严重哮喘患者HDAC1水平上调对于气道上皮重塑具有重要作用，抑制HDAC1 通过SOX2 失表达抑制气道上皮细胞生长，减轻气道上皮重塑。
3．miRNA 调控miRNA是一种非蛋白质基因表达调控因子，广泛存在于真核生物中，在转录后水平对生物体各种生命活动起调控作用。
氧化应激可以通过miRNAs及DNA的甲基化改变调节性T 细胞的表达，从而实现表观遗传学修饰［11］。
miRNA 及miRNA靶基因位点的单核苷酸多态性与哮喘相关，miR-146a 前体的多态性降低miR- 146a的表达进而可降低中国及墨西哥患者的哮喘发病率［12］，基因多态性使HLA 基因HLAG3’端miR-148 /miR-152 结合位点或整合素ITGB3 miR- 124 位点产生功能性转录降低哮喘发生率［13］。
在哮喘患者活检标本及动物模型与正常对照相比存在10-20% miRNA表达差异，比较公认的有: let-7c，miR-21，miR-29，miR-135，miR-142，miR-146，miR-150，miR-155，miR-181，miR-193，miR-223，miR-365，miR-375，miR-452和miR-615［14］。
在体外实验中过表达miR-21促进CD + 4 T向Th2分化，而miＲ-27 、miＲ-128 抑制活化CD + 4 T 产生IL-4、IL-5［15］，miR-155直接作用于IL-4逆转录因子Maf，在CCR4 +Th2 -的CD +4 T 细胞亚群中表达上调抑制CD + 4 T细胞向Th2分化。
miＲNA 作用于多个mRNA 形成一个调控网络起到增强和减弱过敏反应，哮喘患者miR-19a在气道浸润T细胞表达上调促进Th2 细胞产生细胞因子，作用于编码PTEN、SOCS1、A20 的mRNA 共同作用于若干信号通路促进哮喘发生［16］。
哮喘发生中气道重塑可导致气道高反应性、持续性气流受阻，从而引起不可逆的肺功能损害。
转化生长因子β1( TGF-β1) / Smad信号通路是导致形成支气管哮喘气道重塑的重要信号转导机制之一，在支气管上皮及平滑肌细胞系的研究中表明miRNA在气道重塑相关信号通路中同样有作用，哮喘患者气管平滑肌细胞中TGF-β诱导miR-221 高表达，使IL-6分泌增多［17］，miR-19a 在支气管上皮细胞中高表达直接作用于TGFβＲ2，进而影响下游SMAD3通路，提示miRNA在哮喘细胞信号通路中起重要作用。
4.临床应用目前临床控制哮喘的药物主要包括糖皮质激素及β2受体激动剂，部分患者存在激素抵抗性治疗效果不佳，在哮喘缓解期长期吸入糖皮质激素的安全性尚值得定论，随着表观遗传学研究的不断深入，表观遗传学相关检测项目及药物的研究也日益增多。
现有针对哮喘检测主要包括IGE等传统项目，DNA甲基化有望成为新的检测指标。
DNA甲基化相关药物在临床实体肿瘤及骨髓增生异常综合征中已有所应用，DNA甲基化转移酶抑制剂5-氮脱氧胞苷( 5-azacytidine Aza) 能通过调控FoxP3进而影响调节性T细胞减轻哮喘发生，哮喘小鼠给予Aza后气道高反应性降低［18］，甲基化药物的底物结构和功能都需要被进一步研究，目前临床尚无针对哮喘的甲基化药物应用，基因甲基化特异性治疗目前尚在研究中［19］。
在组蛋白修饰研究进展中，组蛋白去乙酰化酶抑制剂、组蛋白乙酰基转移酶抑制剂、含溴结构域蛋白抑制剂及甲基化组蛋白结合蛋白的抑制剂等都有望为哮喘患者提供新的治疗方案，其中组蛋白去乙酰酶抑制剂( Histone deacetylase inhibitors HDACi) 研究较多，HDACi可使组蛋白去乙酰基而改变基因表达，其中包括药物曲古抑菌素A( trichostatin A TSA) ，慢性哮喘小鼠给予TSA 后，与对照组相比支气管肺泡灌洗液中总炎性细胞及嗜酸性粒细胞减少，同时气道上皮下胶原沉积减少，气道重塑减轻，气道高反应性下降［20］。
miRNA 调控治疗哮喘理论上是可行的，miRNA在体内能影响过敏反应，调控miRNA可实行动物模型中miRNA抑制剂及激动剂例如let-7a，miR- 106a，miR-126，miR-221 和miR-145，能改善气道炎性及高反应性［21］，miRNA 调控治疗有望提供针对疾病亚型的治疗，在体外实验中miR-9 拮抗剂能使激素抵抗性气道高反应细胞恢复激素敏感性［22］，但miR-9拮抗剂及let-7 拮抗剂均存在体内及体外实验不一致，反应miRNA在单一细胞系与机体大环境中作用结果有所差异。
miR-21基因敲除小鼠可促进CD + 4T向Th1细胞分化，增加树突状细胞分泌IL- 12，T细胞分泌IFN-γ［23］，应用过敏原刺激后气道炎性减轻。
下一步将需要进行更多的体内调节miRNA起到减轻哮喘发生的研究。
一些表观遗传学修饰是可逆，为新的哮喘治疗提供了可行性，更多表观遗传学相关临床、流行病学等研究有待进行，以期为哮喘患者的一级预防及个体化治疗提供新的思路。
5．结语目前关于哮喘的表观遗传学研究日益增多，研究越来越深入，DNA甲基化、组蛋白修饰、miRNA 调控相互作用形成调控网络在哮喘的发生发展中起到重要作用，但相互作用具体机制不明，部分研究结果存在争议，临床应用尚处于探索阶段，仍有待进一步深入研究，为明确哮喘的发病机制及未来治疗提供新的研究方向。
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