以疾病特异诱导多能干细胞为模型探究系统性红斑狼疮异常B淋巴细胞中组蛋白修饰的作用机制

Building appropriate disease model has become a difficulty and hotspot for researching the pathogenesis of systemic lupus erythematosus (SLE). Numerous studies have confirmed that abnormality of B lymphocyte differentiation is an important reason for pathogenesis of SLE, But the mechanism of B lymphocyte differentiation, which regulated the pathogenesis of SLE is unclear. In recent years, disease-special human induced pluripotent stem cells(iPSCs) have been found to be some ideal models for disease researches. Thus we propose that the SLE specific induced pluripotent stem cells (SLE-iPSCs) can simulate the differentiate process of B lymphocyte cell, which can provide a ideal model for studying SLE. we have generated the SLE-iPSCs from renal tubular cells in the urine of SLE patient, confirmed that H3K4me3, H3K9me3 are closely related with the pathogenesis of SLE. Consequently, the SLE-iPSCs will be differentiated into pre-B lymphocytes. Candidate genes of epigenetic modification in SLE-iPSCs, lymphoid stem cells and pre-B lymphocytes will be analyzed by high-throughput sequencing and other molecular biology technologies. The mechanism of candidate genes will be further validated by molecular technologies, such as animal models, RNAi, histone methylation and deacetylase inhibitors. This research will reveal the roles of histone methylation and acetylation in the regulation of B lymphocyte differentiation in SLE. It provide a new theoretical basis for developmenting targets of diagnosis and treatment in SLE.

构建合适的疾病模型是SLE发病机理研究的热点和难点之一。 大量研究表明B淋巴细胞的分化异常是SLE发病的重要原因，SLE 特异性诱导多能干细胞(SLE-iPSCs)能模拟B细胞分化过程，可为SLE研究提供理想的细胞模型。我们前期已成功构建尿液肾管状细胞诱导的SLE-iPSCs，并证实组蛋白H3K4me3，H3K9me3与SLE发病密切相关，因此我们推测组蛋白修饰可能通过调控B淋巴细胞的分化影响SLE的发生发展。本研究拟进一步定向分化SLE-iPSCs为前B淋巴细胞，并采用高通量测序等技术从SLE-iPSCs、淋巴干细胞和前B淋巴细胞中筛选SLE特异性组蛋白修饰候选基因，并利用甲基化抑制剂、乙酰化酶抑制剂及RNAi分别从细胞和动物水平验证组蛋白甲基化和乙酰化对这些基因表达调控的影响，从而揭示组蛋白甲基化和乙酰化在SLE患者B淋巴细胞异常分化中的作用，为SLE的新诊疗靶点开发提供理论依据。

系统性红斑狼疮（SLE）是一种可能累及全身多个系统的免疫性疾病。大多数SLE患者出现淋巴细胞异常，尤其是与B淋巴细胞异常密切相关。课题组前期已成功构建尿液肾管状细胞诱导的SLE-iPSCs，在此基础上采用SLE患者外周血单个核细胞（PBMC）成功构建了SLE-iPSCs模型。课题组通过蛋白修饰组学对SLE患者的PBMC展开研究，巴豆酰化修饰组学分析结果显示SLE患者PBMC细胞的细胞质、线粒体、细胞核和细胞外存在大量的巴豆酰化蛋白，其在细胞核相关的细胞过程中可能具有重要调节作用；2-羟基异丁基化修饰组学分析发现含有Khib位点的蛋白质主要在细胞质中存在，广泛参与多种生物过程、细胞成分和分子功能，Khib的功能分析对今后SLE发病机制的研究具有重要价值；通过磷酸化修饰组学分析揭示了SLE患者中常见的调控信号通路，包括细胞-底物粘附连接和锚定连接等，磷酸化激酶的预测分析表明MAPK家族在SLE中起着核心作用，且与粘附功能和细胞迁移相关的磷酸化蛋白相关。通过定量蛋白组学鉴定到SLE疾病组有342个上调表达蛋白，276个下调表达蛋白，其中蛋白钙结合蛋白S100P、C1q蛋白、四肽重复干扰素诱导蛋白1（IFIT1）、正五聚素蛋白-3（PTX3）在SLE中高表达，这些基因在免疫监管、炎症调控、激活补体等方面具有重要的作用。此外，通过全转录组学分析我们构建了一个由52个DElncRNAs、7个DEmiRNAs和10个DEmRNAs组成的竞争内源RNA网络，其中hsa-miR-145、hsa-miR-17和hsa-miR-143有潜力成为SLE的生物标志物，两个差异表达的lncRNAs （MIAT和NEAT1）可能在SLE的发病过程中发挥重要作用。与此同时，tRNA和tsRNA表达谱分析检测到101个tRNAs和355个tsRNAs在SLE患者和NCS中的差异表达，信号通路分析结果显示 tRNA和tsRNA相关基因在系统性红斑狼疮发病机制中具有重要作用。随后课题组结合SLE患者的血清代谢组学数据和16S肠道微生物组测序结果进行综合研究分析，结果显示SLE患者的代谢稳态失调，脂质代谢明显受到破坏；SLE患者存在明显的营养不良，β多样性发生了明显变化。本项目已发表17篇文章，包括15篇英文文章和2篇中文文章，申请相关专利5项，培养硕士研究生5名，在读博士研究生2名，博士后2名。