自身免疫性疾病是第三大流行疾病，仅次于癌症和心脏病。据统计，大约有 2400 万到 5000 万的美国人患有自身免疫性疾病，其中多达五分之四的人是女性。

为什么女性患自身免疫疾病的风险比男性高出如此之多？

2024 年 2 月 1 日，来自斯坦福大学医学院等单位的研究人员在 Cell 发表了题为 Xist ribonucleoproteins promote female sex-biased autoimmunity 的文章，为这一现象提供了新的解答。

他们发现自身免疫性疾病的发生与雌性哺乳动物中 X 染色体失活有关，同时还有其他因素会导致此类疾病，这也为男性患自身免疫性疾病的原因提供了解释。这一发现可能为更好地预测自身免疫性疾病的发展铺平了道路。

图片来源：Cell

研究背景

在整个哺乳动物界中，雌性的基因型是 XX，雄性的基因型是 XY。为了使女性和男性的基因表达输出大致相同，女性体内的每个细胞通过长链非编码 RNA（lncRNA）的作用沉默两条 X 染色体中的一条。其中，Xist 是一种长度约 17 kb 的 lncRNA（人类为 19 kb），仅从不活跃的 X 染色体转录，因此在男性中不表达。Xist 是 X 染色体失活（X chromosome inactivation, XCI）的关键，它从 X 染色体失活中心扩散开来，并将整个失活的 X 染色体与其相结合的蛋白包裹起来。

Xist 能够与 81 种独特的结合蛋白结合形成核糖核蛋白（RNP）复合体。前期，有研究对大约 100 名具有自身免疫性患者的血液样本进行仔细检查，发现存在许多与 Xist 相关的自身抗体，其中一些自身抗体针对一种或几种自身免疫性疾病。

主要研究内容

构建转基因小鼠来模拟自身免疫性疾病

为了测试 Xist RNP 是否可能触发自身免疫，他们开发了 TetOP-ΔRepA-Xist 转基因小鼠，该小鼠可诱导 Xist 在雄性动物中表达。由于 Xist 仅在两条 X 染色体中的一条上表达，他们在研究中使用了杂合子小鼠，他们称之为 tgXist。在杂合子 tgXist 雄性小鼠中，仅给药 2 周后，即可检测到 tgXist 在多个组织中的表达，并在细胞核中呈单点灶状；而在没有诱导的情况下，tgXist 的表达水平较低，诱导后，tgXist 水平增加约 100 倍，接近雌性组织内源性 Xist 水平。

图片来源：Cell

转基因 Xist 使雄性的 T 细胞发生类似雌性的变化

在药物处理 52 周后，他们使用 ATAC-seq 和 RNA-seq 评估每个队列中多个动物的转录调控和 CD4+脾脏 T 细胞基因表达的潜在变化。对 ATAC-seq 差异峰的整体比较表明，tgXist 表达的雄性与雌性之间的差异峰很少。主成分分析结果也表明，6 只表达 tgXist 的雄性小鼠中有 3 只表现出雌性样的偏斜度。

进一步的分析表明，与表达 tgXist 的雄性和表达 Xist 的雌性最相关的通路中包括 TLR 信号通路。Tlr9 编码先天免疫通路中的病原体传感器，在 SLE 中高度活跃，在雌性和 tgXist 雄性中明显更容易获得。基因表达的 RNA-seq 数据也显示了类似的趋势。此外，tgXist 雄性和表达 Xist 的雌性分别含有更多的 CD4 记忆 T 细胞，而对照组雄性则拥有更大比例的 naive T 细胞。

图片来源：Cell

患病 tgXist 动物表现出非典型 B 细胞的升高和 T 细胞调节剂的抑制

接下来，他们通过单细胞转录组测序技术分析患病动物的细胞状态。根据关键转录因子和标记物，共分为 12 个不同的细胞亚群，包括 B 细胞、T 细胞、自然杀伤细胞（NK）、髓系细胞和红细胞。

由于 B 细胞产生的大部分自身抗体和促炎细胞因子是自身免疫发病机制的特征。tgXist 患病雄性与患病雌性对照组的高度相关性，提供了这样一种假说，即存在的复合物介导一个更高的自身免疫环境。通过对差异表达基因的检测，发现非典型 B 细胞标记物 Zeb2 显著上调，而抑制自身免疫的相关基因却显著下调。

T 细胞群中也存在类似的模式。与 WT 组相比，tgXist 雄性疾病组，多个关键 T 细胞调控和自我耐受性基因下调。在显著下调的基因中，包括参与 Treg 调控炎症的糖皮质激素受体 Nr3c1，调节增殖和补体介导的自身反应性 T 细胞凋亡的 Cd37 和 CD4 阳性 T 细胞免疫调节因子 Cd52。

总之，在单细胞基因表达水平上，tgXist/Xist 表达动物的疾病严重程度可能是由非典型 B 细胞活性的增加以及 B 细胞和 T 细胞免疫调节程序降低驱动的。结合升高的病理生理学评分和升高的自身抗原水平，证实了 Xist RNPs 在诱发更严重的自身免疫发展中的作用。

图片来源：Cell

自身免疫性患者存在对 XIST RNP 的多种自身抗体

为了检测 XIST RNP 在人类中是否具有免疫原性，他们从皮肌炎（DM）、系统性硬化症（Systemic sclerosis, SSc）和 SLE 患者中获得血清样本，用来检测 XIST 复合体蛋白的反应性。他们使用人类蛋白图谱中产生的 130 个 XIST 相关蛋白和 52 个对照蛋白作为 DM、SSc 和 SLE 的临床标记物。

作为一般人群的对照，他们从斯坦福血液中心匿名捐献的血液中获得血清。结果发现，自身免疫患者明显对 55 个蛋白质反应更强烈，其中 16 个是疾病标志物，其余的 39 个抗原来自 XIST RNP 列表。

总的来说，与普通人群对照相比，这 3 个疾病组对阵列中的 79 种独特蛋白质有显著反应。在这 79 个蛋白质中，53 个与 XIST RNP 相关。因此，这些结果表明，在 DM、SSc 和 SLE 患者中，来自 XIST RNPs 的多个蛋白是新的自身抗原。此外，他们还基于小鼠模型探索了 Xist RNP 自身抗体的驱动因素。结果发现，在组织损伤的情况下，雄性 tgXist 的表达可以促进 Xist RNP 自身抗体的产生。

图片来源：Cell

综上所述，为了研究 Xist RNP 在不依赖于性染色体或激素背景下自身免疫偏好的影响，该团队在雄性动物中诱导转基因 Xist RNP 的形成，使得这种女性特异性 lncRNA 的研究可以在男性背景下进行。

他们在诱导产生的 SLE 小鼠模型中观察到疾病严重程度增加和自身反应性淋巴细胞信号通路升高。同时，他们设计了一个抗原阵列来检测自身免疫患者对 Xist 关联蛋白的血清活性，并检测到对 Xist RNP 多个组分的显著反应性。总之，该研究表明，Xist RNP 作为自身免疫的驱动因素发挥了重要作用，这也可能是女性在患有自身免疫疾病方面存在性别偏倚的主要原因。

图片来源：Cell

本研究通讯作者 Howard Y. Chang 教授说：「哺乳动物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。这个雄性细胞系不能产生 Xist 和 Xist RNP 复合物，因此，抗 Xist 复合物抗体这一自身免疫病易感性的重要作用一直被忽略。」

而现在，Howard Y. Chang 教授和他的同事们已经将这种疾病的性别差异追溯到区分雌性哺乳动物和雄性哺乳动物最基本的特征，这可能为在自身免疫性疾病发生之前更好地进行预测奠定了基础。

参考文献：

1. Dou et al., Xist ribonucleoproteins promote female sex-biased autoimmunity, Cell (2024).

2. Yu, B., et al., (2021). B cell-specific XIST complex enforces X-inactivation and restrains atypical B cells. Cell 184, 1790–1803.e17.

3. Moulton, V.R. (2018). Sex Hormones in Acquired Immunity and Autoimmune Disease. Front. Immunol. 9, 2279.