骨性关节炎患者滑膜成纤维细胞白细胞介素-6的遗传

作者：句朝晖 北京积水潭医院

骨关节炎（OA）是影响滑膜关节最常见的退行性疾病。其病理表型包括关节软骨损伤、软骨下骨硬化、骨吸收/形成失衡、骨赘形成和滑膜炎症。其症状包括关节疼痛、僵硬和肿胀，以及肌肉无力。虽然OA的确切病因尚不清楚3，但已达成共识，滑膜在关节慢性炎症、新生血管和软骨破坏中起着重要作用，其中巨噬细胞衍生的促炎细胞因子，如IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α，参与了这些炎症反应。
炎症是OA病理生理学7中最重要的因素之一，其特征是细胞因子（如IL-6）的产生增加。IL-6具有多种生物学功能，被认为是调节先天免疫反应、造血和炎症的主要参与者。在骨骼系统中，IL-6激活破骨细胞并刺激滑膜产生基质金属蛋白酶（MMPs），负责降解OA8中的软骨。阻断滑膜成纤维细胞（SF）中IL-6的过度表达被认为是预防OA进展的一种有希望的方法，其中先决条件是阐明SF中IL-6过度表达的分子机制。
哺乳动物基因表达受到不同的表观遗传修饰（包括DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNAs9）的严格调控。DNA甲基化通常导致转录沉默，是研究得最好的表观遗传学修饰之一，尤其是在肿瘤发生中。除DNA甲基化外，组蛋白修饰也在基因转录中发挥重要作用。它们包括甲基化、乙酰化、磷酸化、SUMO酸化和泛素化等。这些组蛋白修饰通过直接调节染色质结构或间接为转录因子提供平台来调节基因转录。在组蛋白修饰的各种形式中，乙酰化通常与基因转录激活相关，而甲基化的作用具体取决于甲基的位置和数目（即单甲基化、双甲基化或三甲基化）。例如，在人类基因组的增强子元件中观察到组蛋白H3赖氨酸（K）4的单甲基化，三甲基化主要标记活性启动子。相比之下，H3 K9和K27三甲基化被视为抑制标记。
有大量关于OA基因表观遗传调控的文献。这些研究主要集中于软骨。例如，编码分解代谢因子（如MMP3、9、13和ADAMTS4）的基因的启动子去甲基化，这有助于OA相关致病条件中这些基因的上调。组蛋白脱乙酰酶（HDAC）的两组之一的SIR2家族包括哺乳动物的七个家族成员（SIRT1-7）。在软骨细胞中，观察到SIRT1通过与Sox9形成复合物并将其靶向去乙酰化来激活软骨特异性基因的表达，如Col2a1。Sox9本身在OA进展过程中受到强烈的表观遗传调控。在OA致病条件下，观察到Sox9启动子提高了H3K9和H3K27的三甲基化水平，降低了H3K9、15、18、23和27的乙酰化水平，这共同导致了Sox914的转录抑制。
目前，关于OA-SF表观遗传修饰，尤其是IL-6基因的研究报道很少。我们假设SF中IL-6启动子的表观遗传修饰与OA的病理生理学有关。因此，在本研究中，我们试图对其进行调查。从OA患者中分离出过表达IL-6的SF。研究了IL-6启动子区的表观遗传修饰，包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化。此外，还研究了甲基CpG结合蛋白2（MeCP2）、DNA（胞嘧啶-5-）-甲基转移酶1（Dnmt1）、Dnmt3a、HDAC1、组蛋白乙酰转移酶1、CREB结合蛋白（CBP）和p300在IL-6启动子区域的结合。此外，通过改变IL-6启动子中DNA甲基化和组蛋白乙酰化的状态，IL-6在OA-SF中的过度表达受到抑制。
滑膜慢性炎症通过复杂的细胞因子网络在OA病理生理学中起着核心作用。这些因素会导致关节组织的破坏和丢失。IL-6是炎症反应中最重要的因子之一。先前的研究表明，IL-6激活破骨细胞并刺激滑膜产生负责OA8软骨破坏的MMPs。一项临床试验表明IL-6参与OA17的病理生理学。OA患者的全血IL-6水平高于正常人。此外，值得注意的是，软骨细胞在正常条件下产生低水平的IL-6。此外，本研究结果显示，OA患者滑膜成纤维细胞和滑液中IL-6过度表达。因此，这些数据表明IL-6参与了OA的发病机制。
为了阐明OA中IL-6过度产生的分子机制，一些研究已经调查了IL-6上游的因子，包括脂联素、CCN4、SDF-1/CXCR、瘦素、细胞周期素依赖性激酶抑制剂和CTGF。此外，已经确定了IL-6启动子中NF-κB、CREB、NF-IL-6和AP-1结合的几个共识序列，能够诱导IL-6表达以响应各种外源性刺激。通过阻断OA中IL-6上游的信号通路，有可能抑制IL-6过度表达。然而，阻断IL-6上游的一些信号通路以抑制IL-6过度产生可能是一种风险，因为这些信号通路可能在一些重要的生物活性中具有生物学功能。从这个意义上说，抑制IL-6本身的表达似乎是一种更好的方法，这需要我们深入了解IL-6表达的机制。哺乳动物的基因表达需要染色质结构的松动、启动子区域的暴露以及转录因子和RNA聚合酶的结合，而RNA聚合素是由表观遗传修饰调节的。组蛋白修饰，包括乙酰化、甲基化和腺苷酸化、泛素酰化、ADP核糖基化和磷酸化，决定染色质的松动，DNA甲基化决定启动子区域的可及性。因此，研究表观遗传修饰如何调节基因表达的机制可以为基因表达调控提供更深入的见解。