《Immunologic Research》：Rare KDM4C variants and reduced expression underlie epigenetic dysregulation in rheumatoid arthritis
编辑推荐：
类风湿关节炎(RA)的发病机制涉及复杂的表观遗传调控网络。本研究聚焦于组蛋白去甲基化酶KDM4C，系统分析了其在RA患者中的罕见基因变异及表达水平。研究首次在RA患者中鉴定出位于功能结构域（JmjN与PHD-type2）的KDM4C罕见变异，并发现RA患者KDM4C表达显著下调，尤其在炎症标志物高及治疗抵抗的患者中。这些发现提示KDM4C功能紊乱可能导致免疫细胞染色质构象封闭、促炎基因表达上调，从而参与RA发病。该研究为理解RA的表观遗传学基础提供了新视角，并提示KDM4C作为潜在的诊断生物标志物和治疗靶点。
类风湿关节炎（RA）是一种自身免疫性疾病，它不仅给患者带来持续的关节肿痛、僵硬和功能损伤，更是导致长期残疾和生活质量下降的重要原因之一。长久以来，科学家们认识到RA的发病是遗传易感性与环境因素（如吸烟、感染等）复杂交织的结果。然而，传统的遗传学研究，如全基因组关联分析（GWAS），虽然识别出HLA-DRB1、PTPN22等多个风险基因，但仍不能完全解释RA的全部遗传风险，尤其在疾病易感性和严重程度的个体差异方面。近年来的研究热点逐渐转向了表观遗传学，即不改变DNA序列本身，但能通过化学修饰（如DNA甲基化、组蛋白修饰等）影响基因表达的机制。这种机制被认为是连接遗传背景与环境暴露的桥梁。在RA的滑膜和免疫细胞中，存在广泛的表观遗传改变，深刻影响着炎症和关节破坏的进程。
其中，组蛋白H3第9位赖氨酸的三甲基化（H3K9me3）是一种重要的抑制性染色质标记，与基因沉默紧密相关。负责“擦除”这一标记的酶——组蛋白去甲基化酶，其功能状态备受关注。KDM4C（也称为JMJD2C或GASC1）正是这样一个关键“橡皮擦”，它能特异性地去除H3K9me3，从而激活基因转录，在调节免疫细胞功能中扮演着重要角色。尽管有证据显示KDM4C在其他自身免疫病（如系统性红斑狼疮）中发挥作用，并且免疫芯片分析提示它是多种系统性血管炎的共享遗传易感位点，但KDM4C在RA中的具体角色，特别是其基因本身是否存在导致功能异常的变异，以及其在RA患者中的表达情况，此前仍是一个未被系统探索的空白。
为了填补这一空白，来自Afyonkarahisar健康科学大学的研究团队将目光聚焦于KDM4C。他们提出一个科学假设：KDM4C的罕见编码变异和/或表达水平降低，可能通过破坏组蛋白去甲基化这一表观遗传调控过程，从而促进RA的发生与发展。这项研究系统地调查了KDM4C基因的结构变异和表达水平与RA的关联，并将分子发现与患者的临床特征相结合，旨在揭示KDM4C在RA表观遗传失调中的潜在作用。相关研究成果发表在《Immunologic Research》上。
研究者们主要运用了几项关键技术来验证他们的假设：首先，他们招募了30名符合ACR（美国风湿病学会）2010年诊断标准的RA患者和10名健康志愿者作为对照。其次，通过Sanger测序技术对KDM4C基因的编码外显子进行测序，以筛查基因变异。再者，利用多种生物信息学工具（如MutationTaster, PolyPhen-2, SNAP2等）对发现的变异进行功能预测。最后，采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）技术，以GAPDH作为内参基因，定量分析外周血中KDM4C的mRNA表达水平，并通过统计方法比较患者与对照组的差异，以及与临床指标的相关性。
研究结果
患者临床特征
研究共纳入30名RA患者（平均年龄53.7岁）。患者群体中，类风湿因子（RF）和抗环瓜氨酸肽（CCP）抗体阳性率均为53%，且两者呈显著正相关。虽然C反应蛋白（CRP）和红细胞沉降率（ESR）这两个常见的炎症指标与疾病活动度评分（DAS28）无显著关联，但它们均与病程长短呈正相关。
KDM4C基因突变分析
通过对KDM4C基因进行测序，研究者发现了两个位于不同功能结构域的变异：
- 1.
JmjN结构域的R27W错义变异：在一位65岁、有15年病程的男性RA患者中，发现了一个罕见的错义突变c.79 C>T，导致第27位精氨酸被色氨酸替代（p.Arg27Trp， R27W）。此变异位于对酶催化功能至关重要的JmjN结构域。该患者临床表现为血清学阳性（RF、抗CCP、抗核抗体ANA均阳性），炎症指标（CRP, ESR）显著升高，晨僵时间长，且对改善病情抗风湿药（DMARDs）、糖皮质激素和抗肿瘤坏死因子（TNF）治疗均抵抗。生物信息学工具（MutationTaster, PolyPhen-2, SNAP2）一致预测该变异具有潜在致病性。结构稳定性分析结果存在矛盾（DynaMut2预测稳定，DDMut预测轻微不稳定），提示该变异可能不会显著破坏整体蛋白折叠，但可能通过影响同源二聚化等方式干扰酶的功能活性。该变异在对照组中未检出，在全球人群数据库中频率极低，且此前未见与RA相关的报道。
T in JmjN domain and c.2556 C>T in PHD-type 2 domain)">
- 2.
PHD-type2结构域的同义变异：在RA患者中还发现了一个位于PHD-type2结构域的同义变异c.2556 C>T。该域作为组蛋白修饰的“阅读器”，负责将KDM4C定位到染色质特定区域。虽然该变异不改变编码的氨基酸，其T等位基因在RA患者中的频率（40%）高于对照组（25%），但差异未达到统计学显著性。其在人群中属于常见多态性。研究者推测，同义变异可能通过影响mRNA稳定性、密码子使用效率或翻译动力学等机制，间接影响蛋白质功能。
KDM4C基因表达分析
RT-qPCR结果显示，与健康对照组相比，RA患者外周血中KDM4C的mRNA表达水平显著降低。进一步的亚组分析表明，这种表达下调在CRP/ESR水平高、RF和抗CCP阳性以及对治疗抵抗的患者中尤为明显。
讨论与结论
本研究的发现从多个层面揭示了KDM4C在RA中的潜在作用。分子和临床证据共同指向KDM4C功能受损可能是RA表观遗传失调的一个新环节。
首先，鉴定出的JmjN结构域R27W罕见错义变异具有重要的生物学启示。JmjN结构域对维持KDM4家族蛋白的催化模块结构和同源二聚化至关重要。精氨酸被色氨酸取代，引入了庞大且疏水的侧链，可能破坏蛋白质相互作用界面，进而损害KDM4C的组蛋白去甲基化酶活性。尽管需要后续功能实验（如同源二聚化实验、H3K9me3水平测定）验证，但该变异的高度稀有性、位于关键功能域以及携带者严重的临床表型（治疗抵抗、高炎症水平）均提示其可能具有功能影响。
其次，更为普遍和显著的现象是RA患者中KDM4C表达的系统性下调。KDM4C的主要功能是去除抑制性组蛋白标记H3K9me2/3。其表达减少意味着“擦除”抑制性标记的能力减弱，可能导致H3K9me3在染色质上的异常积累。这将促进染色质形成更为“封闭”的构象，从而沉默那些本应激活的、参与免疫调节的基因，同时可能使促炎基因更容易被激活。这一机制与既往研究相呼应，例如在B细胞中，KDM4C与KDM4A、NF-κB p65和WDR5形成复合物调控细胞周期基因，其失调与自身免疫相关；在系统性红斑狼疮患者的B细胞中也发现了类似的KDM4A/KDM4C通路紊乱。
第三，研究结果具有潜在的转化医学价值。KDM4C同时出现的结构变异（即使是罕见）和普遍的表达下调，强调了它作为RA分子分层的潜在生物标志物的可能性。表达水平可能与疾病活动度或治疗反应相关。更重要的是，KDM4C作为一个可被靶向的表观遗传调控因子，为开发新的治疗策略提供了思路。针对KDM4C功能（如开发其激活剂或稳定剂）或其所调控的下游通路进行干预，可能成为传统抗炎和免疫抑制疗法之外的一种补充或替代选择，特别是对于难治性RA患者。
当然，本研究也存在一些局限性，如样本量较小（30例患者，10例对照），这使得对罕见变异频率的估计和统计效力受限。R27W变异仅在单一个体中发现，无法得出因果结论，必须通过功能实验和更大规模的人群研究来验证。此外，研究使用的外周血是全血，是多种细胞的混合体，无法确定KDM4C表达改变具体来源于哪种免疫细胞亚群（如B细胞、T细胞或单核细胞），未来的研究需要在RA病变的关键部位（如滑膜组织）和特定的免疫细胞中进行更精细的分析。
综上所述，这项研究首次提供了整合的临床与遗传证据，表明组蛋白去甲基化酶KDM4C的罕见变异及表达下调可能与类风湿关节炎的发病机制相关。它通过影响H3K9me3这一关键抑制性组蛋白标记的动态平衡，可能参与塑造了RA中不利于免疫稳态的染色质环境。这些发现不仅丰富了我们对RA表观遗传学基础的理解，也为探索新的诊断标志物和以表观遗传为靶点的治疗策略开辟了有前景的新方向。
