Cell：新研究揭示为何女性患自身免疫疾病的风险更大

大约有 2400 万到 5000 万美国人患有自身免疫疾病，即一类免疫系统攻击自身组织的疾病。这些人中有五分之四是女性。类风湿性关节炎、多发性硬化症和硬皮病是自身免疫性疾病中男女比例失衡的例子。红斑狼疮的男女比例为1:9；而舍格伦综合征（Sjogren's syndrome）的男女比例为1:19。

如今，在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学医学院的研究人员将这种差异追溯到了雌性哺乳动物区别于雄性哺乳动物的最基本特征上，这可能为在自身免疫性疾病发生之前更好地预测它们铺平了道路。相关研究结果发表在2024年2月1日的Cell期刊上，论文标题为“Xist ribonucleoproteins promote female sex-biased autoimmunity”。

论文通讯作者、斯坦福大学医学院皮肤病学与遗传学教授Howard Chang博士说，“作为一名执业医生，我接诊了很多红斑狼疮和硬皮病患者，因为这些自身免疫性疾病都表现在皮肤上。这些患者绝大多数是女性。”论文第一作者为斯坦福大学医学院基础生命研究科学家 Diana Dou 博士。

第二条X染色体的沉默

在整个哺乳动物王国中，雌性的生物性别是由每个雌性细胞中存在的两条 X 染色体决定的。雄性细胞只有一条 X 染色体，与之配对的是一条短得多的 Y 染色体。

粗短的 Y 染色体只含有少量的活性基因。没有 Y 染色体也可能活得很充实。事实上，地球上有一半以上的人——女性，缺少 Y 染色体也能生活得很好。但任何哺乳动物细胞，无论是雄性还是雌性，如果没有至少一个X染色体的拷贝就无法存活。X染色体拥有数百个活跃的蛋白编码基因。

尽管如此，在每个雌性细胞中，拥有两条X染色体的风险是产生两倍于X染色体而不是Y染色体所编码的众多蛋白。如此大量的蛋白产生过剩将是致命的。

大自然设计出了一种巧妙而复杂的变通方法，即 X 染色体失活（X-chromosome inactivation）。在胚胎发生的早期，新生雌性哺乳动物的每个细胞都会独立决定关闭两条 X 染色体中的一条或另一条的活性。这一决定一旦做出，就会传给发育中胎儿的这些细胞的后代。这样，雌性细胞和雄性细胞中产生的X 染色体编码的蛋白的数量是相同的。

这些作者发现X 染色体失活会导致自身免疫疾病，但是其他因素也会导致这些疾病——这就是为什么男性有时也会患上这些疾病。

伟大的平衡

X染色体失活是通过一种名为Xist的分子实现的。Xist 的基因存在于所有 X 染色体上，包括雄性细胞所拥有的唯一一条 X 染色体。但只有当其基因所在的 X 染色体是一对匹配的 XX 染色体之一时，Xist 本身才会产生，而且只在这对 X 染色体中的一条上产生和使用。

图片来自Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2023.12.037

Xist 由 RNA 组成。通常而言，RNA可将基因编码蛋白的指令传递给制造蛋白的细胞内机器。然而，RNA 的作用远不止传递遗传信息。

所谓的长非编码 RNA（lncRNA）分子---不携带制造蛋白指令的长 RNA 片段--与编码蛋白的 RNA 种类一样多。这些 lncRNA 分子可以把自己停放在染色体的一些区域上，并改变负责读取这些位置上基因的细胞机器读取这些基因的可能性。

Xist是lncRNA的一种，它比大多数lncRNA要长得多。Xist 覆盖了哺乳动物雌性细胞两条 X 染色体中的一条上的较长区域，但始终只覆盖一条X 染色体，将这条X 染色体的输出量降至零或接近零。另一条 X 染色体则不受干扰，输出足够多的 RNA 编码指令，使细胞保持正常运转。

但是，Xist 覆盖在其中的一条 X 染色体上，会产生 lncRNA、与之结合的蛋白、与这些蛋白结合的其他蛋白以及其中一些蛋白所附着的 DNA 的奇特组合。Chang和他的同事们了解到，这些复合物能引发强烈的免疫反应。

2015年，Chang及其团队发现了近100种与Xist或这些与lncRNA结合的蛋白结合的蛋白，它们共同使这种分子能够沿着一条X染色体的基因编码区域锚定。

在探究这份Xist“零件清单”时，Chang意识到Xist的许多协作蛋白都与自身免疫疾病有关。在X染色体失活过程中产生的RNA-蛋白-DNA复合物是否会引发女性比男性更高的自身免疫疾病发病率？这个问题正是这项新研究的动力。

如果是雄性制造了Xist 呢？

为了排除可能的竞争原因，比如雌性激素作用，或者被认为是沉默的第二条X染色体产生的异常蛋白，这些作者将 Xist导入雄性小鼠体内。他们将 Xist 基因导入两种不同品系的雄性实验室小鼠基因组中。其中的一种品系非常容易出现类似于狼疮的自身免疫症状。另一种品系则对此有抵抗力。

这个导入的 Xist 基因有两种方式发生修饰。它可以通过化学方法开启或关闭，只有在这些作者希望它开启时才会产生Xist。此外，Xist 基因还被稍作调整，使得它的 RNA 产物不再抑制雄性小鼠染色体上的基因。

仅仅插入经过修改的 Xist 基因对这些雄性小鼠没有明显的影响。但是，插入基因产生的 Xist 一旦被激活，仍然会与早先发现的几乎所有与 Xist 密切合作的蛋白形成特征性复合物。

如今，这些作者可以询问：与从未产生过 Xist 的正常雄性小鼠相比，或者与插入了 Xist 基因但未被激活的雄性小鼠相比，经诱导产生 Xist 的生物工程雄性小鼠是否更容易患自身免疫病？

通过向这种易感雄性小鼠品系注射一种已知会诱发红斑狼疮样自身免疫疾病的刺激物，这些作者可以比较这种刺激物对产生 Xist 的雄性小鼠和对正常雄性小鼠的影响。

在这些易感雄性小鼠中，Xist 基因被激活的雄性小鼠患上红斑狼疮样自身免疫疾病的比率接近雌性小鼠，而且比非生物工程雄性小鼠高得多。

一些雌性小鼠或者这种易感雄性小鼠品系中Xist 激活的雄性小鼠没有出现自身免疫疾病，这表明不仅需要激活 Xist，还需要某种组织损伤应激（在这种情况下，由注射这种刺激物引起）才能出现自身免疫疾病。

在这种对自身免疫疾病有抵抗力的雄性小鼠品系中，激活生物工程雄性小鼠体内的Xist不足以诱导自身免疫疾病---这一点可以从该品系中即使是雌性小鼠也很少出现自身免疫疾病这一事实中推测出来。这表明自身免疫疾病的出现不仅需要Xist激活，还需要适当的遗传背景。

Chang指出，这些对自身免疫疾病的限制是幸运的，因为如果没有这些限制，所有女性都可能更容易产生自身免疫反应。

朝着更好的自身免疫筛查方向发展

自身免疫反应产生的第一步是出现自身抗体：针对自身组织或细胞产物的抗体。针对细胞核内含物的自身抗体称为抗核抗体。对大约 100 名自身免疫疾病患者的血液样本进行的仔细检查显示，他们体内存在针对与 Xist 相关的许多复合物的自身抗体。

其中的一些自身抗体对一种或另一种自身免疫性疾病具有特异性，这表明它们在症状出现之前就能用于识别特定的突发自身免疫疾病。针对其他一些Xist相关蛋白的自身抗体可在几种自身免疫疾病中出现，这表明它们可能是多种自身免疫疾病的共同标志物。

Chang说，“雌性体内的每个细胞都会产生Xist。但几十年来，我们一直使用雄性细胞系作为参考标准。雄性细胞系不产生 Xist，也不产生 Xist/蛋白/DNA 复合物，此后用于检测的其他细胞也是如此。因此，女性患者体内所有的抗 Xist 复合物抗体---女性自身免疫易感性的重要来源---都没有被发现。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Diana Dou et al. Xist ribonucleoproteins promote female sex-biased autoimmunity. Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2023.12.037.

Stanford Medicine-led study shows why women are at greater risk of autoimmune disease
https://med.stanford.edu/news/all-news/2024/02/women-autoimmune.html