本读书报告是摘自于《现代免疫学》2004 年第 1期 ，作者是上海第二医科大学、上海市免疫学研究所的周光炎，本文主要是论述生物遗传学的一个新的科学前沿领域——免疫系统和表现遗传学调控。

表观遗传学（ epigenetics ）研究转录前基因在染色质水平的结构修饰对基因功能的影响，这种修饰可通过细胞分裂和增值周期进行传递。表观遗传学已成为生命科学中普遍关注的前沿，在功能基因组时代尤其如此。免疫系统被认为是一个解析表观遗传学调控机制的良好模型，而且免疫细胞的分化及功能表达和表观遗传学的联系甚密，无疑使这一交叉领域的发展一开始就置身于一片沃土之中。为此，本文对表观遗传学的免疫学意义作一简介，侧面重于 T 细胞分化特别是 Th1 、 Th2 及相关细胞因子基因表达中的表观遗传学调控。

表观遗传学涉及的机制

表观遗传学调控的免疫学意义

T 亚群分化和相应细胞因子的表达调控

表观遗传学调控和转录辅助激活因子

结 语

DNA 甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑

DNA 甲基化由 DNA 甲基转移酶 Dnmtl 催化，通常发生在双核苷酸 CpG 中的胞嘧啶，构成甲基化的 CpG 。 DNA甲基化及去甲基化，再加上组蛋白修饰，直接制约基因的活化状态。

组蛋白可以共价修饰而发生乙酰化、甲基化和磷酸化，由此构成多种多样的组蛋白密码。

染色质重塑（ remodeling ）指染色质位置和结构的变化。主要涉及密集的染色质丝在核小体连接处发生松解造成染色质解压缩，从而暴露基因转录启动子区中的顺式作用元件，为反式作用蛋白（转录因子）与之结合提供了一种称为可接近性（ accesibility）的状态。这一过程由两类结构介导： ATP 依赖型核小体重塑复合体和组蛋白修饰复合体。前者通过水解作用改变核小体构型；后者对核心组蛋白 N端尾部的共价修饰进行催化其中还有 I型 DNA 酶（ DNase I）超敏性的改变。

通常， DNA 甲基化、组蛋白甲基化和染色质的压缩状态和 DNA 的不可接近性，以及基因处于抑制和静息状态相关；而 DNA的去甲基化、组蛋白的乙酰化和染色质压缩状态的开启，则与转录的启动、基因活化和行使功能有关。这意味着，不用改变基因本身的结构，而是改变基因转录的微环境条件就可以左右基因的活性：或者令其静息（ silencing ），或者使其激活。

免疫学中表观遗传学调控所发挥的影响，波及基因、细胞和应答等不同的水平。

1

）抗原受体基因的表

达

2

）淋巴细胞的发育和分

化

3

）等位相斥和单一等位基

因

（monoallelic

）的选择

4）N

K

细胞受体表达的多样

性

5

）T

细胞激

活

TCR 和 BCR 的表达需发生 V-（ D ） -J 基因片段的重排，重排有赖重组酶与基因座位两侧的 DNA 重组信号序列（ RSS ）相接合。因而染色质的可接近性及相应的核小体重塑等表观遗传学变化显得十分重要。而且核小体的装配和 DNA 甲基化如果危及编码重组酶的重组激活基因（ Rag ），也将影响基因重排，干扰抗原受体基因的表达。

γδT 细胞和 αβT 细胞的顺序分化、双阴性 αβT 细胞向 CD4或 CD8T 细胞的分化，以及 CD4阳性效应 T亚群的分化皆涉及选择何种基因何时顺序转录的问题。通常，被选择出来先行表达的基因（如 TCRβ 早于 TCRα）总是首先出现表观遗传学的改变，包括 DNA 去甲基化、组蛋白的乙酰化和 DNase I 超敏性的诱导。

等位基因重排可抑制同一座位另一个等位基因的重排，保证了淋巴细胞伯单一特异性，称为等位相斥。就表观遗传学机制而言，某一基因一旦去甲基化，即可诱导重排而使其成为细胞所表达的单一等位基因。已确定成熟 B细胞启用这一机制使 Igκ早于 Igλ进行转录表达。现时，等位相斥及表观遗传学调控研究，已进一步扩展到呈现多态性的细胞因子编码基因，包括 IL-2 和 IL-4 。

同一克隆淋巴细胞表面抗原受体的特异性相同，但单一的 NK细胞表面却可表达针对不同配体（ MHC I 类的分子）的多种受体组合。有研究发现，这种差异和 NK细胞多个 KR基因去甲基化有关。

细胞因子 IL-2 是 T细胞激活的关键因素。初始 T细胞中，IL-2 基因因启动子区 DNA 甲基化而处于静息状态。当 T 细胞得到激活信号后 20min ， DNA开始去甲基化，并发生染色质重塑， IL-2 基因激活，细胞进入分裂周期。

Th1 和 Th2 的分化受细胞外环境因素和细胞内遗传因素影响，包括 APC 特性、抗原的结构和剂量、共刺激分子、 MHC背景、细胞因子等。当把内外因素整合起来，发现细胞因子的表达及其表观遗传学的调控起主要作用。 1、细胞因子基因表达的三个时相

2、 IL-4基因表达的表观遗传学调控

起始期：主要事件是抗原和 TCR的结合、共刺激信号的参与、细胞因子 IL-12 和 IL-4与相应受体 IL-12R和 IL-4R的结合，以及受体相关转录因子 Stat4 和 Stat6的激活。

定型期：下列亚群特异性转录因子开始激活并发挥作用。对 Th1 是 T-bet(以及 ERM) ；对 Th2是 GATA3（以及 c-maf）。结果，已分化的亚群表型特征通过细胞扩增得以稳定地保持和遗传。例如对 Th1,一旦 IFN-γ表达而 IL-4 基因处于静息状态，则新产生的 Th1 细胞和所有的子代细胞一直维持这一格局，形成一种细胞性记忆（ cell memory）现象。需要提及的是， T细胞的定向分化需要亚群特异性转录因子持续地高表达，因而 GATA3和 T-bet都可形成自我激活的反馈调节环路。这一调节环路，不仅针对自身，还针对其它亚群特异性转录因子，由此构成一个动态的调节网络。

急性转录期：特点是需要抗原对已分化的细胞再次进行激发。起关键作用的是抗原诱导的转录因子如 NF-AT 和 AP-1 。诱导表达后的 NF-AT 在各种细胞中含量相似，但它的结合往往采取细胞亚型专一的方式，即 Th1 中和 IFN-γ基因启动子区结合， Th2 中和 IL-4 启动子区结合。结果，对 Th1和 Th2 细胞， IFN-γ和 IL-4 基因的转录分别再次被诱导。此时不再需要共刺激因子和相应细胞因子受体提供信号。

DNA 酶高敏性的诱导：从起始期到定向期，IL-4 基因座位附近的 DNase I 高敏感性座位（称为 DH 座位）由 3个增加到 10 个，特别出现在两个保守性非编码序列 CNS-2和 CNS-2 中，这意味着 DNA 去甲基化区域扩大。由此引起启动子区另一个高敏感座位 3’端 VA 的出现，其功能相当于一个 IL-4 基因的增强子，可以和进入急性转录期的 GATA3和 NF-AT 结合，推动 IL-4 基因的转录。这里，没有表观遗传学关于 DNA高敏感座位的调节，转录因子 GATA-3和NFAT不能有效的发挥作用。

组蛋白乙酰化和染色质重塑：在 DNase I 高敏性增加的同时，组蛋白发生乙酰化，由此引发两个变化，一是 DNA 的构型开始松解，转录因子得以和核小体中相应的顺式激活部位结合；二是转录因子 NF-AT 和 Stat6可招募一类能与之结合的反式激活因子如 CBP。后面将要提高，CBP 不仅参与启动基因转录，还进一步引起组蛋白的乙酰化。这一切，推动了 Th2 的分化。 DNA 去甲基化：静息基因往往坐落在高度甲基化的 DNA异染色质区段，因为 DNA 甲基化招募甲基化 CpG 结合蛋白如 McCP2 ，后者的作用是聚集抑制因子 SIN3-HDAC复合体。因而，Th2 的分化往往伴有 IL-4 基因的去甲基化。去甲基化主要发生在定型期而非起始期。

TCR重组基因的选择：众多 TCR基因中 TCR基因中 TCRγ基因可先发生重组，其中有 IL-7的参与。 IL-7 受体可激活 Stat5,Stat5再结合辅助激活因子CBP 等，由后者连接 Jγ基因启动子，开启 TCRγ的重排和表达。

MHC 基因的表达： MHC Ⅱ类基因以及其他参与抗原加工递呈的基因如 TAP、 LMP和 DM的转录，受控于Ⅱ类反式激活蛋白（ CⅡTA ）参与Ⅱ类基因染色质重塑，该基因的突变往往导致Ⅱ类分子表达失效，引起裸淋巴细胞综合症。有意义的是， CⅡTA 基因本身的转录涉及四个独立的启动子区（ PI ～ PⅣ），这些区段中 DNA 的甲基化程度又直接制约 CⅡTA 基因的活性。例如树突状细胞和滋养层细胞Ⅱ类分子的表达由CⅡTA 基因启动子 DNA 的甲基化状态所决定。另外，新近发现与 CⅡTA 相近处还有一个称为座位调控区（ LCR）的结构，可诱导组蛋白乙酰化并招募 RNA聚合酶，从表观遗传学的角度制约Ⅱ类基因的表达。

细胞因子基因的表达： CⅡTA虽以调控Ⅱ类基因而得名，它作为辅助激活因子尚有多种功能，其中之一是调控 Th1/Th2 相关细胞因子基因的转录表达。Sisk 等曾报告， IL-4 基因转录中 NF-AT需要和辅助激活因子 CBP结合需用发挥作用。但 CⅡTA 可以竞争性地和 CBP结合，造成没有足够的 CBP通过 NF-AT参与 IL-4 的转录，抑制了 Th2 的分化。

自身免疫病：该类疾病涉及自身反应性淋巴细胞的激活，并可伴有某些功能性亚群（如 Th1 ）的极化，由此开启各种基因表达的表观遗传学调控，包括辅助激活因子的参与。一个典型的例子是 B细胞的 OBF-1 ，这是前 B细胞向未成熟 B细胞发育中参与基因转录的辅助激活因子，一旦缺失，可以使 Aiolos 小鼠 SLE样症状发生逆转，不再出现抗双链 DNA抗体和免疫复合物介导的肾小球肾炎。这种戏剧性的效果，凸现表观遗传学在自身免疫发病机制研究中的意义。甚至有人提出 SLE是一类抗原驱动的表观遗传学疾病。

表观遗传学推出了许多新的概念，如组蛋白密码、细胞性记忆、表观型的可遗传性，以及基因的条件性静息和激活等，并为免疫学研究开拓了新的领域。应该说，表观遗传学调控并不具有抗原特异性，但其作用的靶点，却可以是特定细胞类型的特定基因座位，及其在特定时空下的表现，这反映了另一种层次的调节途径，也许会有助于发展新型免疫干预手段。