碘摄入量增加对自身免疫甲状腺病表观遗传学的影响

Our previous research found that excess iodine intake induced and promoted the development of Autoimmune thyroid disease(AITD). The epigenetic modulation plays a significant role in autoimmune disorders. Abnormal epigenetic changes can be induced by environmental factors. We hypothesize that: increased iodine intake→epigenetic modification change→the genes associated with AITD obtain altered DNA methylation, histone acetylation/methylation→abnormal expression of AITD related gene , which triggers and aggravates autoimmunity in thyroid. To verify the hypothesis, we designed clinical study that recruit subjects of monozygotic twins (n=60) to localize genes which are differentially modified in AITD patients by techniques of epigenome-wide association study(EWAS). And the result will be confirmed in case-control (n=150). Furthermore, the role of excessive iodine here will be investigated. Experimental researches in vivo and in vitro are designed to explore the mechanism of how excessive iodide changes epigenetic modification and the function of differentially modified genes leads to immune-tolerance loss in the thyroid. The achievement of this study will provide evidence for iodine supplementation policy, moreover, a theoretical foundation for novel prophylactic and therapeutic methods in AITD.

本课题组前期研究发现：过量碘摄入增加自身免疫甲状腺病（AITD）发病风险。表观遗传学修饰在免疫应答过程中发挥重要作用，环境因素可以改变表观修饰，因此我们提出假说：碘摄入量增加作为环境因素，可以导致表观遗传修饰改变，使AITD相关基因异常表达，诱发和加重AITD。本课题拟采用AITD患病不一致的单卵孪生子(n=60)进行全基因组表观基因组关联研究（EWAS），确定与AITD相关的异常DNA甲基化和组蛋白修饰位点、并在AITD散发病例(n=150)中得到验证；利用过量碘干预NOD-H2h4小鼠AITD模型，研究过量碘对表观修饰的影响；体外过量碘处理甲状腺细胞，研究碘过量改变表观修饰的机制。从而确定“过量碘-表观修饰-自身免疫甲状腺病”三者的关系。研究成果将为我国制定合理的碘营养标准提供循证医学依据，为从表观遗传学水平预防、治疗AITD提供理论基础。

本课题组在前期流行病学调查与基础研究结果中发现：过量碘摄入增加自身免疫甲状腺病（AITD）发病风险。表观遗传学修饰在自身免疫疾病发生、发展过程中发挥重要作用，环境因素可以改变表观修饰，因此我们提出假说：碘摄入量增加作为环境因素，可以导致AITD相关基因表观遗传修饰改变，诱发和加重AITD。主要研究成果包括：（1）我们收集了16例AIT患者与16例正常对照的甲状腺组织，50例AITD患者与49例正常对照的CD4+T细胞，对比得到AIT患者甲状腺细胞DNA甲基化谱、转录组、非编码RNA谱特征，CD4+T细胞DNA甲基化谱、转录组、非编码RNA谱特征，对新发现的差异基因（如PRDM8、NONHSAT079547.2、NONHSAG038306）功能进行进一步研究。（2）研究了甲状腺细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞整体DNA甲基化水平，发现Graves病初治前甲状腺细胞整体甲基化水平降低，DNA甲基转移酶（DNMT）表达水平降低，抗甲状腺药物或131I治疗3个月后，整体DNA甲基化水平和DNMT表达水平可恢复；而甲状腺细胞DNA整体甲基化水平与对照组相比没有显著变化，整体羟甲基化水平降低。（3）发现了甲状腺组织特定基因，如ICAM-1基因启动子区域DNA甲基化程度降低，羟甲基化程度升高，甲基化程度与mRNA 表达水平呈负相关。（4）对比GD患者、甲状腺抗体阳性患者与正常对照外周血单核细胞多胺代谢通路关键酶、代谢产物、DNA甲基化供体SAM及整体DNA甲基化水平，发现多胺代谢关键酶存在差异，而甲基供体SAM无差异。（5）体外实验高碘能够改变组蛋白甲基化水平，NODh2H4小鼠体内实验发现高碘不能改变整体DNA甲基化水平及DNMT表达水平。本研究首次描绘了AITD患者甲状腺细胞、CD4+T细胞转录组、非编码RNA、DNA甲基化的特征，并研究了差异基因的功能；首次研究了AITD患者甲状腺细胞、淋巴细胞整体DNA甲基化（/羟甲基化）水平及功能、甲基供体SAM水平，特定基因（ICAM1）启动子DNA甲基化、羟甲基化水平；首次研究了高碘在体内、体外对DNA甲基化、组蛋白的影响。研究成果为AITD机制提供了新的切入点，研究成果今后有望转化为AITD诊疗新靶点。