失活X染色体基因逃逸与系统性红斑狼疮的性别二态性.pdf

Hereditas(Beijing)2024 年 1 月,46(1):1833 收稿日期:20231007;修回日期:20231211;网络发布日期:20231213 基金项目:国家自然科学基金项目(编号：82060301,81960306)和宁夏自然科学基金项目(编号：22KJB180014,2020AAC03116)资助Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.82060301,81960306)and the Natural Science Foundation of the Ningxia(Nos.22KJB180014,2020AAC03116)作者简介:马茜，博士，实验师，研究方向：病原生物学与宿主免疫。E-mail: 周少岚，博士，主治医师，研究方向：自身免疫性疾病的遗传学研究。E-mail: 马茜和周少岚并列第一作者。通讯作者:霍正浩，教授，研究方向：自身免疫性疾病的遗传学研究。E-mail: 马占兵，博士，副教授，研究方向：自身免疫性疾病的遗传学研究。E-mail: DOI:10.16288/j.yczz.23-214 综 述 失活X染色体基因逃逸与系统性红斑狼疮的性别二态性 马茜1,2，周少岚3，党洁2,4，霍正浩2,4，马占兵2,4 1.宁夏大学生命科学学院，银川 750021 2.宁夏医科大学基础医学院医学遗传学与细胞生物学系，银川 750004 3.宁夏医科大学总医院风湿免疫科，银川 750003 4.宁夏医科大学教育部生育力保持重点实验室，银川 750004 摘要:X 染色体失活可平衡女性中两条 X 染色体的基因剂量。越来越多的证据表明，失活 X 染色体上存在许多能够逃逸失活的基因。逃逸的机制涉及到 DNA、RNA、组蛋白的表观修饰以及众多的调控蛋白和染色质的空间结构。失活 X 染色体基因逃逸的研究为人类疾病(特别是自身免疫性疾病)性别二态性的研究开辟了新的途径。目前已证实包括 TLR7、CD40L、IRAK-1、CXCR3、CXorf21 等失活 X 染色体基因逃逸是系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)女性好发的重要原因。本文主要综述了失活 X 染色体上基因逃逸以及与 SLE性别二态性形成的分子机制。阐明 SLE 性别二态性形成的分子机制，不仅对疾病的诊断、治疗具有重要意义，而且对深入揭示人类免疫系统的发育及调控机理也有重要的理论意义。关键词:失活 X 染色体；基因；逃逸；性别二态性；系统性红斑狼疮 Genes that escape from X-chromosome inactivation and sexual dimorphism of systemic lupus erythematosus Qian Ma1,2,Shaolan Zhou3,Jie Dang2,4,Zhenghao Huo2,4,Zhanbing Ma2,4 1.School of Life Sciences,Ningxia University,Yinchuan 750021,China 2.Department of Medical Genetics and Cell Biology,College of Basic Medical Sciences,Ningxia Medical University,Yinchuan 750004,China 3.Department of Rheumatology,General Hospital of Ningxia Medical University,Yinchuan 750003,China 4.Key Laboratory of Fertility Preservation and Maintenance(Ningxia Medical University),Ministry of Education,Yinchuan 750004,China Abstract:X chromosome inactivation can balance the effects of the two X chromosomes in females,and emerging 第1期 马茜等:失活 X 染色体基因逃逸与系统性红斑狼疮的性别二态性 19 evidence indicates that numerous genes on the inactivated X chromosome have the potential to evade inactivation.The mechanisms of escape include modification of DNA,RNA,histone,epitope,and various regulatory proteins,as well as the spatial structure of chromatin.The study of X chromosome inactivation escape has paved the way for investigating sex dimorphism in human diseases,particularly autoimmune diseases.It has been demonstrated that the presence of TLR7,CD40L,IRAK-1,CXCR3,and CXorf21 significantly contributes to the prevalence of SLE(systemic lupus erythematosus)in females.This article mainly reviews the molecular mechanisms underlying these genes that escape from X-chromosome inactivation and sexual dimorphism of systemic lupus erythematosus.Therefore,elucidating the molecular mechanisms underlying sexual dimorphism in SLE is not only crucial for diagnosing and treating the disease,but also holds theoretical significance in comprehensively understanding the development and regulatory mechanisms of the human immune system.Keywords:inactive X chromosome;gene;escape;sexual dimorphism;systemic lupus erythematosus 系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)是一种临床常见的慢性、自身免疫性结缔组织病。由于 T、B 淋巴细胞异常活化，以及病理性自身抗体大量产生、补体激活、慢性炎症和免疫复合物沉积等病因，SLE 患者往往出现皮肤、骨骼肌肉、肾脏、心肺及神经等多组织器官多系统受累的全身症状，但 SLE 确切的病因及发病机制仍不清楚1。流行病学研究显示，我国 SLE 的发病率约为8.57/10 万人2。SLE 多发于育龄期青年女性，成年男女发病比例约为 19。此外，不同性别 SLE 患者的临床表现也具有明显的差异，男性 SLE 患者的临床表现发展更为迅速，器官损害更为严重，相较于女性患者，更容易出现心血管疾病、溶血性贫血、狼疮性肾炎、血管炎和神经精神性狼疮等并发症3。由此可见，不论在发病率还是临床表现上，SLE 都 呈现出与其他自身免疫性疾病相似的显著性别差异特征，即性别二态性(sexual dimorphism)4,5。近 年 来，有 关 失 活 X 染 色 体(inactive X chromosome，Xi)上的基因逃逸与 SLE 性别二态性的研究越来越受到关注。阐明自身免疫性疾病性别二态性形成生物学机制，不仅对疾病的诊断、治疗具有重要意义，而且对人类免疫系统的发育及调控也有重要的理论意义。本文综述了 Xi 基因逃逸的分子机制以及与 SLE 性别二态性的研究进展。1 失活 X 染色体逃逸基因 人类(Homo sapiens)女性通常携带两条 X 染色体，男性携带一条 X 染色体和一条 Y 染色体。哺乳动物的性染色体起源于一对常染色体，经过大约1.7 亿年的进化，由于突变、重复序列和缺失的累积过程，形成了现代人类性染色体模式，使 X 染色体携带的基因远多于 Y 染色体。目前发现，X 染色体上有 1669 个基因，编码约 800 余种蛋白质，而 Y 染色体上只有 426 个基因，编码 78 种蛋白质，导致XX 个体中 X 连锁基因的剂量大约是 XY 个体的两倍，对性别特异性发育及两性生存力的平衡极为不利。因而，在进化过程中，许多物种产生了伴性基因的剂量补偿机制(通过 X 染色体失活等途径)来平衡性别之间性染色体连锁基因的表达6。X 染色体失活(X chromosome inactivation，XCI)是确保雌性(XX 核型)和雄性(XY)细胞之间 X 连锁基因剂量补偿的表观遗传学机制，对于女性胚胎在发育过程中存活至关重要7。然而，并非所有 Xi 上的基因均处于沉默状态，总有一些基因能够从 Xi 逃逸，处于表达状态8。同时，Xi 上逃逸基因的表达与自身免疫性疾病、癌症等人类疾病密切相关，为进一步揭示人类疾病性别二态性的发病机制开启了新的视角9。1.1 逃逸基因的定位与类型 XCI 理论提出之初并没有考虑到在 X 染色体上还有部分与 Y 染色体同源的基因，因此，Lyon10在提出 X 染色体失活假说后不久，就注意到 X 染色体上这些区域的基因可能存在失活逃逸，认为“如果 X 和 Y 的任何区域带有同源基因，则该区域很可能不会失活，因为不需要剂量补偿”。随后在人类和小鼠(Mus musculus)中均证实，失活 X 染色体上的一些基因的确能够逃逸失活而表达11，例如位于人 20 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 Xp22.3 拟常染色体区(pseudoautosomal regions，PARs)或附近的 Xg、MZC2、ANT3、STS、KAL-1、GSlX 等基因12。之后，人们又发现，Xi 逃逸基因并不仅仅限于 PARs，例如编码锌指蛋白的基因 ZFX位于 Xp22.1 和编码核糖体蛋白 S4 的基因 RPS4X 位于 Xq1312。Carrel 等13发现，Xi 逃逸的基因有 21%位于 X 染色体短臂，只有 3%位于长臂，在健康女性中有超过 15%30%的 X 连锁基因逃逸失活。在人类中，大约 15%的基因始终能无选择的从失活中逃逸，被称为组成性逃逸(constitutive escape)，另外15%的失活逃逸基因具有个体或组织之间的差异，被称为可变性逃逸(variable escape)14,15。迄今为止，已发现了 100 多个 Xi 逃逸基因，与自身免疫性疾病、癌症、神经系统疾病等许多人类疾病有关，成为人类疾病性别二态性研究的热点问题16。1.2 逃逸基因的异质性 X 染色体失活是伴随真兽类和有袋类哺乳动物性染色体演化而发生的普遍的生物学现象，在目前已研究的有限物种中，并非所有 X 连锁基因都被失活 X 染色体沉默，由此来看，Xi 上的逃逸基因同样存在于不同的物种之间。Al-Nadaf 等17通过 RNA-FISH 技术，分析了非洲象(Loxodonta africana)、小鼠和人成纤维细胞系中的 XCI，发现这些物种中均可观察到失活 X 染色体基因逃逸现象，只是人和非洲象的成纤维细胞中，逃逸失活的基因明显多于小鼠。有袋动物 XCI 中有 14%30%的基因逃逸失活，小鼠 X 连锁基因中，只有 3%7%始终逃逸 XCI。另外一些研究也证实，失活 X 染色体逃逸基因具有物种间的差异9,1820。人类 Xi 逃逸基因的研究已历经了近 40 年的历史，2015 年，Bradley 等21对前期利用不同研究方法、大规模的研究结果进行了比较分析，尽管不同的研究方法所得结果不尽相同，但所有的研究都证实，Xi 逃逸基因具有明显的异质性。2016 年，Zhang等22采用二代测序技术，分析了从具有北欧和西欧血统的美国人和尼日利亚约鲁巴人 B 淋巴细胞系获得的 RNA 和基因型测序数据，鉴定出 114 个 X 染色体失活逃逸基因，这些基因的分布既有种族间的差异，又有个体间的差异。2017 年，Tukiainen 等23对染色体失活逃逸基因进行了系统分析，结合基因组序列数据，整合了来自 GTEx 和 940 个单细胞转录组的 29 个组织、449个个体 5500 多个转录组的数据，从群体水平、个体水平和单细胞水平对 Xi 逃逸基因进行了系统研究。结果表明，Xi 上有 82 个组成性逃逸基因，89 个可变逃逸基因和 390 个失活基因，逃逸基因有显著的性别差异；在 Xq 区域，许多逃逸基因呈现出高度的组织特异性，其中 ASNO1 基因只在肺组织中逃逸，ACE2、ANOS1 基因在不同性别中呈现出组织差异性。随后，Garieri 等24将深度单细胞 RNA 测序与全基因组测序相结合，分析了 5 个女性个体的 935个原代成纤维细胞和 48 个淋巴母细胞单细胞中的等位基因特异性表达，鉴定出 55 个逃逸基因。所有基因在每种细胞和细胞类型中均表现出可变的逃逸倾向，并且每个细胞均显示出逃逸基因的独特表达谱。最近，Zito 等25分析了来自 twins UK bioreso-urce 数据集中 248 对女性双生子个体的脂肪组织、皮肤组织、淋巴母细胞样细胞系和纯化的免疫细胞(包括：单核细胞、B 细胞、T-CD4+、T-CD8+和 NK细胞)Xi 逃逸基因的分布特征，确定了 62 个逃逸基因，包括 19 个 lncRNAs 基因。发现单卵双生子比双卵双生子具有更多的逃逸基因，表明遗传因素可能是个体间逃逸基因差异的基础；同时，在单卵双生子中，逃逸基因也存在着一定的差异，表明环境因素也可影响失活基因的逃逸。不同组织中的逃逸发生率不同，脂肪组织(26%)和皮肤组织(29%)高于淋巴母细胞样细胞系(16%)；在不同的免疫细胞中，基因逃逸的发生率也有显著的差异，单核细胞为 15%、B 细胞为 20%、T-CD4+为 22%、T-CD8+为 25%、NK细胞为 29%，在不同类型的免疫细胞中逃逸基因谱系具有明显的异质性。X 染色体富含具有免疫和神经调节功能的基因26,27，因此，逃逸基因的异质性，可能是女性表型和疾病风险性别二态性的重要原因2830。1.3 基因逃逸的分子机制 XCI 的发生与维持是一个非常复杂的过程，包括计数、选择、启动、扩散及维持，伴随 DNA 甲基 第1期 马茜等:失活 X 染色体基因逃逸与系统性红斑狼疮的性别二态性 21 化、组蛋白修饰、m6A 修饰、多种相关蛋白复合物募集、染色质空间结构改变等一系生物学变化，需要对许多不同因素进行准确的时空调节，以实现全染色体范围的基因沉默31,32。Xi 上的基因如何实现由沉默到表达的逆转，依然是非常复杂的过程，同样涉及到 DNA、RNA、组蛋白的表观修饰，涉及到众多的调控蛋白以及染色质的空间结构。1.3.1 组蛋白修饰 组蛋白翻译后的甲基化和乙酰化修饰，可通过影响染色质的空间结构以及启动子、转录区、增强子和绝缘子等功能元件，分割染色质不同的功能区域，调控基因沉默与表达。处于不同功能状态的基因，组蛋白修饰的谱系不同。在转录活性基因的启动子区，通常有 H3K4me2、H3K4me3、乙酰化和H2A.Z标记；转录区域富集 H3K36me3和 H3K79me2，而 H3K9me2 和/或 H3K9me3、H3K27me3 往往富集在处于沉默状态基因的特定结构域中33(图 1)。许多研究表明，XCI 的启动与维持以及 Xi 上基因的逃逸与组蛋白修饰密切相关。Xi 上处于沉默状态的基因与逃逸基因具有不同的组蛋白修饰标记9。沉默基因常位于 Xi 具有典型抑制标记区域，例如H3 组蛋白第 9、20、27 赖氨酸残基的三甲基化(H3K9me3、H4K20me3、H3K27me3)区域34，H3赖氨酸残基的甲基化修饰能够募集多梳复合物，调节染色质结构，使染色质处于紧密状态，从而抑制基因的转录活性35。而逃逸基因则常位于 Xi 具有典型活性标记区域，如 H3K4me2、H3K4me3、H3K9me1以及 H3K9ac、H3K27ac36,37。还发现沉默基因区域有 lncRNA Xist 和果蝇 zeste 基因增强子的人类同源物 2(enhancer of zeste homolog 2，EZH2)富集。Xist RNA 与染色体的结合是失活的关键一步，EZH2是多梳抑制复合体 2(polycomb repressive complex 2，PRC2)的催化亚基，可通过组蛋白甲基转移酶(histone methyltransferase，HMTase)催化组蛋白 H3 第 27 位赖氨酸三甲基化，沉默靶基因转录38,39，而在逃逸基因位置这些抑制因子被耗竭40。有研究表明，H3K4 甲基化和 H3/H4 乙酰化在Xi 逃逸基因的启动子区存在共定位。Brinkman 等41通过 ChIP 实验发现，H3/H4 乙酰化和 H3K4me3 共定位在 Xi 逃逸基因磷酸化酶激酶调节亚基 1(phosphorylase kinase regulatory subunit alpha 1，PHKA1)的活性启动子区域，转录起始位点区域这种共定位修饰的存在与基因活性呈正相关，表明组蛋白修饰在 Xi 基因逃逸过程中具有重要作用。1.3.2 DNA 重复序列 DNA 重复序列在基因重组中扮演着重要的角色，是染色质高级结构组织的驱动力，可驱动染色质的定点折叠和染色质交联，在 Xi 的形成及基因逃逸失活的过程中具有重要作用42,43。1998 年，Lyon44推测 X 染色体上长分散重复元件 1(long interspersed repetitive elements，LINE1)可能是兼性异染色质形成的原因。后续的许多研究证实，人类 图 1 哺乳动物基因组中不同功能元件的组蛋白修饰 Fig.1 Histone modifications demarcate functional elements in mammalian genomes 活性启动子通常由组蛋白 H3K4me2、H3K4me3、乙酰化(ac)和 H2A.Z 标记。转录区域富集 H3K36me3 和 H3K79me2。抑制基因位于H3K9me2 和/或 H3K9me3 或 H3K27me3 的结构域中。增强子相对富集 H3K4me1、H3K4me2、H3K27ac 和组蛋白乙酰转移酶 p300。CTCF 结合许多可能起边界元件、绝缘体或结构支架作用的位点。染色质的这些不同特征有助于组织 DNA 并区分基因组中的功能元件。根据文献33修改绘制。22 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 X 染色体的 LINE-1 分布与常染色体不同，LINE-1富集在 X 染色体上，是常染色体的 2 倍；Xi 上LINE-1 主要富集于失活基因周围，而在逃逸基因周围较少，表明 LINE1 有助于 Xist RNA 锚定在 X染色体上，促进 Xist RNA 沿 X 染色体扩散，使 X染色体上的基因发生沉默45。Chow 等46报道，LINE1 参与了 Xist RNA 诱导的异染色质核区室的组装，沉默的核区室缺失 RNA 聚合酶 II(Pol II)和转录因子。在小鼠胚胎干细胞的分化过程中，沉默基因最初位于 Xist RNA 区室的外部，随着 XCI 的进行，基因进入 Xist RNA 区室，进而失活；而从Xi 逃逸的基因则留在外部，表明逃逸基因和失活基因表现出不同的核组织，提示 LINE-1 可能在这种空间分离中起作用47。除 LINE-1 元件外，其他重复序列也可能在基因逃逸中发挥作用。2006 年，Wang 等43报道，人类大多数 Xi 上失活基因富含 AT 短重复序列，相反，逃逸基因缺少 AT 短重复序列，表明 AT 基序参与了Xi 上基因逃逸的过程。Nguyen 等48报道，小鼠 Xi上 AT 基序的富集程度比人类 Xi 更高，或许这与小鼠染色体失活逃逸基因比人类更少有关；不论是小鼠还是人类，逃逸基因中 AT 基序富集程度均低于失活基因。AT 基序可招募 AT 富集序列结合蛋白 1(special AT-rich sequence-binding protein 1，SATB1)和 核 异 质 核 糖 核 蛋 白 U(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U，HNRNPU)，参与染色质构象的变化49,50。SATB1 与核基质中的碱基非配对区结合，使染色质折叠形成环状结构51；还可通过调节组蛋白乙酰化和甲基化等多种途径调控基因表达52。病毒 SATB1 的表达可使小鼠胚胎成纤维细胞中的 Xist基因沉默，相反肿瘤细胞中 SATB1 的缺失，能使Xist 的沉默功能丧失50；HNRNPU 也被称为核支架附着因子(scaffold attachment factor A，SAF-A)，是hnRNPs 家族中的一员，属于核基质蛋白，HNRNPU 与 Xist RNA 相互作用，介导 RNA Xist 结合到 X 染色体上并招募更多的沉默复合物，从而使 X 染色体失活53。1.3.3 染色质空间结构 染色质空间结构的变化也是导致基因逃逸的重要因素。目 前的研究 表 明，CCCTC 结合因子(CCCTC-binding factor)作为一种关键的染色质架构蛋白，可与黏连蛋白(cohesin)结合，在染色质三维结构的形成以及 Xi 基因逃逸中发挥着重要作用。CTCF 是一种在进化上高度保守的锌指蛋白，能与特定基因结合发挥多种功能47,54。2005 年，Filippova 等55报道，与活性 X 染色体相比，Xi 上结合的 CTCF 明显减少，有趣的是，Xi 上结合的 CTCF主要富集于逃逸区；在小鼠中，CTCF 与 Kdm5c 和Eif2s3x 两个组成性逃逸基因的 5端结合，形成 Xi上沉默区域和逃逸区域之间的边界，起到绝缘子的作用，阻断异染色质传播。最近，Fang 等56系统研究了 Patski 细胞和成年小鼠 F1杂交组织中组成性和可变逃逸等位基因特异性 CTCF 结合模式和表观遗传学特征。研究表明，当 Patski 细胞中 Xi 上 CTCF边界区 P4 被删除时，Car5b 逃逸完全丧失，但在大脑中 Car5b 基因并未逃逸，同时发现，在大脑中Car5b 周围没有 CTCF 结合。因此，CTCF 可能主要参与染色质结构的隔离；相反，YY1 在调控启动子-增强子相互作用中发挥直接作用，并在逃逸基因的TSS 处富集；作者认为，与组成性逃逸基因相关的调控元件可能与兼性逃逸基因不同，导致对边界缺失的不同影响，或许这可以部分解释失活基因逃逸的组织特异性57,58。另外，Sun 等59报道，CTCF 也是一种 RNA 结合蛋白，在 XCI 前期，CTCF 蛋白能抑制 Xist 的转录；在 XCI 开始时，Jpx RNA 表达上调并与 CTCF 结合，去除 CTCF 的抑制作用，激活Xist 表达，表明 CTCF 在 XCI 和失活基因逃逸过程中似乎扮演着多种角色60。总之，失活 X 染色体基因逃逸的分子机制研究已经取得了长足的发展(图 2)。但由于这个过程涉及到 DNA 甲基化、组蛋白修饰、m6A 修饰、多种非编码 RNA 的调控、众多相关蛋白复合物募集以及染色质空间结构改变等一系生物学过程，同时还表现为明显的个体、组织以及细胞间异质性，相关分子机制依然还有许多未解之谜。2 失活 X 染色体基因逃逸与 SLE 长期以来，人们一直认为 Xi 基因逃逸会导致疾 第1期 马茜等:失活 X 染色体基因逃逸与系统性红斑狼疮的性别二态性 23 病的性别差异。由于 X 染色体携带着高密度的免疫相关基因，因此，Xi 基因逃逸可能导致女性位于 X染色体的免疫基因剂量高于男性，形成自身免疫性疾病的性别差异61,62。目前，已确定有大约 20 多个免疫相关基因能从 Xi 逃逸，约占 X 染色体所有表达基因的 10%6365，其中一些基因对 SLE 性别二态性的形成具有重要作用(表 1)。2.1 TLR7 TLR7(Toll-like receptor 7，TLR7)基因位于Xp22.2，在浆细胞样树突状细胞、单核细胞/巨噬细胞和 B 细胞中表达。TLR7 基因产物是一种细胞内受体，位于内体和溶酶体中，可与单链 RNA(ssRNA)及核糖体中 ssRNA 降解的产物-鸟苷和寡核苷酸结合，这种双重结合可能协同增强 TLR7 的激活，激活 图 2 失活 X 染色体基因逃逸的分子机制 Fig.2 Molecular mechanism of X chromosome inactivation escape Xi 中沉默的染色质被 Xist RNA 包裹，可能通过特定的 DNA 基序。抑制性组蛋白修饰和组蛋白变体(例如，H3K27me3、H3K9me3、H4K20me3 和 macroH2A1)被募集，DNA 甲基化修饰 CpG 岛。这种类型的染色质结构阻止转录。相反，逃逸基因区域富含经典的活性组蛋白标记(例如，H3K4me3、H3 和 H4 乙酰化)和 RNA 聚合酶 II(RNA pol II)，并且在其 CpG 岛处被低甲基化。由绝缘体蛋白 CTCF结合的绝缘体位点，可能将失活基因与活性基因分离。CTCF 结合可以阻断 CpG 甲基化和抑制性染色质的扩散。根据文献8修改绘制。表 1 与 SLE 性别二态性相关的 Xi 逃逸基因 Table 1 SLE sexual dimorphism related XCI escape genes 名称 位置 表达情况 生物学功能 参考文献 TLR7 Xp22.2 与健康对照相比，SLE 患者表达升高；与男性特纳综合征患者相比，女性患者表达升高 调节 B 细胞增殖、分化和存活，激活自身反应性 B 细胞，促进自身抗体产生；促进 Th1 极化；调节 CCL5 分泌；促进 I 型干扰素分泌 6670 CD40L Xq26 与男性相比，女性 SLE 患者 B 细胞表达升高 促进 CD4+T 细胞反应；诱导幼稚 CD8+T 细胞活化，促进对效应细胞毒性 T 淋巴细胞的启动 83,84 CXCR3 Xq13 与健康对照相比，SLE 患者表达升高；肾脏受累 SLE 患者表达升高 诱导趋化因子受体和 Th1 免疫反应 8795 IRAK-1 Xq28 与健康对照相比，SLE 患者 CD4+T 细胞表达升高；与男性 SLE 患者相比，女性患者 T 细胞中表达升高 激活免疫反应；促进 T 细胞亚群的分化和激活，进而促进自身免疫反应 95104 CXorf21 Xp21 与男性相比，女性免疫细胞中表达升高特异性激活转录因子 IRF5；调节 TLR7 和 TLR9的表达，影响 IFN-、TNF-、IL-6 和趋化因子的表达，影响 STAT1 和 IRF5 的磷酸化 105108 24 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 后的 TLR7具有广泛的免疫调节功能。在 DC细胞中，TLR7 刺激产生 B 细胞激活因子，调节 B 细胞增殖、分化和存活，增强自身反应性 B 细胞的激活和自身抗体的产生66,67。TLR7 异常激活可促进 SLE 的疾病 进展68；TLR7 还能刺激 TNF-a、IL-6、IL-12 等促炎细胞因子产生，并促进 Th1 极化；通过干扰素调节因子 5、NF-B 和 AP-1 等转录因子介导调节趋化因子配体 5(chemokine ligand 5，CCL5)分泌；有研究表明，TLR7 能通过干扰素调节因子 7(interferon regulatory factor 7，IRF7)触发 I 型干扰素的分泌，I型干扰素水平升高和干扰素信号基因表达增加是SLE 最显著的特征64,69。早期的一些研究表明，雄性 BXSB 小鼠比雌性小鼠 SLE 的发病率要高得多，并且发病较早。BXSB是由雌性 C57BL/6(B6)小鼠和雄性 SB/Le 小鼠杂交形成，携带有Y连锁自身免疫加速器(Y chromosome-linked gene for accelerated autoimmunity，Yaa)片段，该片段属于拟常染色质区域，长 4 Mb7072。Amano等73发现，带有Yaa片段的B细胞表现出自发性IgM分泌增加，同时，缺乏边缘区 B 细胞(marginal zone B cells，MZB)，表明带有 Yaa 片段 Y 的 B 细胞过度活跃。之后，Pisitkun 等74鉴定了 Yaa 基因产物，并分析了 Yaa 如何改变自身抗体对核仁抗原的特异性。通过对滤泡 B 细胞 RNA 的微阵列分析，比较了B6Yaa 小鼠和 B6 野生型小鼠中的基因表达，发现B6Yaa 小鼠的 B 细胞中有 26 个基因显著上调，其中位于 X 染色体远端的 Msl31、TLR7、Tmsb4x 和 Rab9表达增加了一倍，定量 PCR 和蛋白质印迹分析证实，Yaa 中的基因组重复导致 B 细胞中 TLR7 mRNA 和蛋白质的增加；在携带 Yaa Y 染色体的 BXSB 小鼠中也证实了 TLR7 基因的重复；同时，发现 TLR7 可能通过诱导含有核仁来源的 RNA 抗原，激活 B 细胞，促进自身免疫。在人类中，X 染色体数目异常患者已成为研究X 染色体失活逃逸基因的重要病理模型。许多研究已证实，随著 X 染色体的数目的增加，SLE 等自身免疫性疾病的发病率也随之增加65,75。例如：Klinefelter 综合征(47,XXY)SLE 的发病风险比正常男性(46,XY)增加了 14 倍，47,XXX 女性 SLE 的发病风险是正常女性(46,XX)的 2.5 倍，相反，Turner综合征(45,X)SLE 发病风险比正常女性(46,XX)低7679。这些结果表明，X 染色体促进了不依赖激素的自身免疫性疾病的发生，是自身免疫性疾病易感性的一个重要风险因素。临床研究表明，在 SLE患者中，由于 TLR7 基因拷贝数增加而过度表达。与正常男性(46,XY)外周血单个核细胞相比，正常女性(46,XX)和 Klinefelter 综合征(47,XXY)患者的 TLR7表达水平显著升高66；Souyris 等69报道，来自正常女性和 Klinefelter 综合征患者的幼稚 B 淋巴细胞、单核细胞和浆细胞样树突状细胞中存在 TLR7 双等位基因，表达水平显著增高，导致 B 细胞产生的 IgG抗体是单等位基因 B 细胞的两倍多。这些研究结果证实，从失活 X 染色体逃逸的 TLR7 基因是 SLE 性别二态性形成的原因之一。2.2 CD40L CD40L(cluster of differentiation 40 ligand，CD40L)基因定位于 Xq26，编码的 CD40L 是一种 II型跨膜蛋白，属于 TNF 家族成员。CD40L 由 261 个氨基酸组成，分子量为 35 kDa，包含一个氨基端胞内结构域、一个跨膜结构域和一个羧基端胞外结构域，主要表达于活化的 CD4+T 细胞和血小板。CD40与 CD4+T 细胞上的 CD40L 及 DC 结合，增加主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)分子的表达以及共刺激信号，包括 CD80、CD86 和 DC 中的细胞因子，这些分子反过来会增加CD4+T 细胞反应；激活的 CD40L 还能通过 DC 诱导幼稚 CD8+T 细胞活化，促进对效应细胞毒性 T 淋巴细胞的启动64。以往的研究表明，CD40-CD40L 通路是 SLE 发病机制和自身抗体产生及其在肾脏中沉积的核心，是导致狼疮肾炎患者肾损伤的重要因素。T 细胞上的 CD40L 和肾间质中 B 细胞上的 CD40 之间的相互作用，介导髓样细胞和驻留肾细胞的激活，进一步放大间质和肾小球中的炎症环境64。Koshy 等80报道，体外培养的 SLE 患者 T 细胞中 CD40L 的表达量与健康对照相比显著上调，培养24小时后，CD40L的表达量持续上升至，并且在培养 48 小时后继续表达；活动性狼疮患者 B 细胞中 CD40L 的表达增加了20.5 倍。CD40L 的高表达不仅发生在 T 细胞中，而且发生在狼疮患者 B 细胞中81。问题是，CD40L 的高表达到底是位于 Xa 上的基因过表达，还是 Xi 上 第1期 马茜等:失活 X 染色体基因逃逸与系统性红斑狼疮的性别二态性 25 的 CD40L 逃逸了失活？首先，临床研究发现，与健康男性、Turner 综合征相比，Klinefelter 综合征的CD40L 表达水平显著增高，CD3+CD40L+T 细胞数量增加，表明 CD40L 的高表达与 X 染色体的数目有关66；其次，女性 SLE 患者 CD4+T 细胞过表达CD40L，其原因是 CD40L 启动子区域被去甲基化，表明 CD40L 不是从 Xa 过表达的，而是从重新激活的 Xi 表达的82-84；再次，通过 XIST RNA 探针识别Xi，应用 RNA FISH 和 DNA FIS 检测 CD40LG、CXCR3 和 ATRX 的表达，结果表明，与正常 B 细胞相比，SLE B 细胞核内缺失 XIST RNA 转录物积累的细胞更多，同时 CD40L 表达增高85。这些研究结果证实，从 Xi 逃逸的 CD40L 是女性 SLE 发病风险的重要因素之一，也是 SLE 性别二态性形成的原因之一。2.3 CXCR3 CXCR3(DEAD-box helicase 3 X-linked，DDX3X)定位于 Xq13，编码一种 G 蛋白偶联受体，由 368个氨基酸组成，分子量约为 41 kDa。目前已发现 3种可变异构体：CXCR3-A、CXCR3-B和CXCR3-ah，通常所说的 CXCR3 是指 CXCR3-A86,87。CXCR3 表达于活化的 CD4+T、CD8+T、巨噬细胞、树突状细胞等免疫细胞，可诱导趋化因子受体和 Th1 免疫反应88。在免疫细胞中，对 CXCR3 表达的调控至关重要，以防止免疫反应的失控。对模型动物研究表明，在狼疮小鼠 CD4+T 细胞中，CXCR3的表达增加。在 CXCR3 KO狼疮小鼠中，CD4+T 细胞向 B 细胞滤泡的迁移和 T 辅助功能降低，自身抗体的产生下降，同时 Tfh 细胞、生发中心的 B细胞和浆细胞的比例也降低，表明 CXCR3 可能通过增加异常激活的 Tfh 细胞和 B 细胞的百分比以及促进狼疮小鼠中 CD4+T 细胞的迁移和 T 辅助功能，在自身抗体产生中发挥重要作用89。在狼疮性肾炎的动物模型中，CXCR3 及其配体 CXCL9 通过活化的T 细胞和巨噬细胞募集到肾脏，促进免疫介导的肾脏疾病90。在 CXCR3 基因敲除狼疮性肾炎小鼠模型(MRL/lpr)中，Th1 和 Th17 细胞浸润到肾脏，使肾脏的形态和功能损伤受到抑制91，表明 CXCR3 在狼疮性肾炎的形成过程中具有重要作用。Fan 等92分析了健康女性和男性之间 B 细胞的差异表达基因，发现在不同性别间有 358 个差异表达基因；在女性中分别有 226 和 132 个基因