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表觀遺傳學的應用范文1
在Watson和Crick發現DNA雙螺旋結構后的50多年里，基因工程藥物在治療人類疾病中逐漸占據一席之地，人類基因組計劃的完成為基因治療開辟了更廣闊的空間。近年來隨著遺傳學的新興學科——表觀遺傳學在人類疾病治療方面獲得了越來越多的證據[1]。它從分子水平上揭示復雜的臨床現象，為解開生命奧秘及征服疾病帶來新希望。
表觀遺傳學是研究沒有DNA序列變化的情況下，生物的表型發生了可遺傳改變的一門學科[2]。表觀遺傳學即可遺傳的基因組表觀修飾，表觀修飾包括：DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑、X染色體失活、基因組印記、非編碼RNA調控等[3]，任何一方面的異常都可能導致疾病，包括癌癥、染色體不穩定綜合征和智力遲鈍[4]等。表觀遺傳的改變是可逆的，這就為治療人類疾病提供了樂觀的前景。本文從表觀遺傳學與人類疾病、環境與表觀遺傳學的關系以及表觀遺傳治療3個方面進行綜述。
1 表觀遺傳學修飾與人類疾病
1.1 DNA甲基化相關疾病
DNA甲基化是指在DNA甲基轉移酶(DNMTs)的催化下，將甲基基團轉移到胞嘧啶堿基上的一種修飾方式。它主要發生在富含雙核苷酸CpG島的區域，在人類基因組中有近5萬個CpG島[5]。正常情況下CpG島是以非甲基化形式(活躍形式)存在的，DNA甲基化可導致基因表達沉默。DNMTs的活性異常與疾病有密切的關系，例如位于染色體上的DNMT3B基因突變可導致ICF綜合征。有報道[6]表明，重度女襲性牙周炎的發生與2條X染色體上TMP1基因去甲基化比例增高有關。DNMT基因的過量表達與精神分裂癥和情緒障礙等精神疾病的發生也密切相關。風濕性疾病等自身免疫性疾病特別是系統性紅斑狼瘡(SLE)與DNA甲基化之間關系已經確定[7]，在SLE病人的T細胞發現DNMTs活性降低導致的異常低甲基化。啟動子區的CpG島過度甲基化使抑癌基因沉默，基因組總體甲基化水平降低導致一些在正常情況下受到抑制的基因如癌基因被激活[8]，都會導致細胞癌變。
1.2 組蛋白修飾相關疾病
組蛋白的修飾包括乙?；?、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等，組成各種組蛋白密碼。其中，研究最多的是乙?；?、甲基化。一般來說，組蛋白乙?；瘶酥局涮幱谵D錄活性狀態;反之，組蛋白低乙?；蛉ヒ阴；砻魈幱诜寝D錄活性的常染色質區域或異染色質區域。乙?；揎椥枰阴；D移酶(HATs)和去乙?；?HDACs)參與。組蛋白修飾酶異?？蓪е掳ò┌Y在內的各種疾病，例如，H4K20的三甲基化是癌癥中的一個普遍現象。甲基化CpG2結合蛋白2(MeCP2)可使組蛋白去乙?；瘜е氯旧|濃縮而失活，其中Rett綜合征就是MeCP2的突變所致。
1.3 染色質重塑相關疾病
染色質重塑是DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑復合物的共同作用。它通過影響核小體結構，為其他蛋白提供和DNA的結合位點[9]。其中染色質重塑因子復合物主要包括SWI/SNF復合物和ISW復合物。染色質重塑復合物如果發生突變，可導致染色質不能重塑，影響基因的正常表達，導致人類疾病。如果突變引起抑癌基因出現異常將導致癌癥，例如：小兒科癌癥中檢測到SNF5的丟失。編碼SWI/SNF復合物相關的ATP酶的基因ATRX、ERCC6、SMARCAL1的突變可導致B型Cockayne綜合征、Schimke綜合征甚至腫瘤。ATRX突變可引起DNA甲基化異常，從而導致數種遺傳性的智力遲鈍疾病如:X連鎖α2地中海貧血綜合征和SmithFinemanMyers綜合征，這些疾病與核小體重新定位的異常引起的基因表達抑制有關[10]。
1.4 X染色體失活相關疾病
哺乳動物雌性個體不論有多少條X染色體，最終只能隨機保留一條的活性。X染色體失活由X失活中心(Xic)調控，Xic調控X染色體失活特異性轉錄基因(Xist)的表達。X染色體的不對稱失活可導致多種疾病，例如男性發病率較高的WiskottAldrich綜合征是由于WASP基因突變所致。X染色體的PLP基因突變失活常導致PelizaeusMerzbacher病;X染色體的MeCP2基因突變失活導致Rett綜合征[11]。在失活的X染色體中，有一部分基因因逃避失活而存在2個有活性的等位基因，使一些抑癌基因喪失功能，這是引發女性癌癥的一個重要原因[12]。
1.5 基因組印記相關疾病
基因組印記是指二倍體細胞的一對等位基因(父本和母本)只有一個可以表達，另一個因表觀遺傳修飾而沉默。已知在人體中有80多種印記基因。印記丟失導致等位基因同時表達或有活性的等位基因突變，均可引起人類疾病。一些環境因素，如食物中的葉酸也會破壞印記。印記丟失不僅影響胚胎發育，并可誘發出生后的發育異常。如果抑癌基因中有活性的等位基因失活可導致癌癥的發生，如IGF2基因印記丟失導致的Wilms瘤[13]。15號染色體的表觀遺傳異?？蓪е翽raderWilli綜合征(PWS)和Angelman綜合征(AS)，PWS是由于突變導致父本表達的基因簇沉默，印記基因(如SNURF/SNRPN)在大腦中高表達所致;AS是由于母本表達的UBE3A或ATP10C基因的缺失或受到抑制所致。Beckwithweideman綜合征(BWS)是11號染色體表觀遺傳突變引起印跡控制區域甲基化的丟失，導致基因印記丟失引起[14]。
1.6 非編碼RNA介導相關疾病
功能性非編碼RNA分為長鏈非編碼RNA和短鏈非編碼RNA。長鏈RNA對染色質結構的改變起著重要的作用。短鏈RNA對外源的核酸序列有降解作用以保護自身的基因組。小干涉RNA(siRNA)和微小RNA(miRNA)都屬于短鏈RNA，在人類細胞中小片段的siRNA也可以誘導基因沉默。miRNA能夠促使與其序列同源的靶基因mRNA的降解或者抑制翻譯，在發育的過程中起著關鍵性作用。轉錄的反義RNA可以導致基因的沉寂，引起多種疾病，如使地中海貧血病人的正常球蛋白基因發生甲基化。由于miRNA在腫瘤細胞中的表達顯著下調，P53基因可通過調控miRNA34ac的表達治療腫瘤。在細胞分裂時，短鏈RNA異常將導致細胞分裂異常，如果干細胞發生這種情況也可能導致癌癥。
2 環境表觀遺傳學
對多基因復雜癥狀性疾病來說，單一的蛋白質編碼基因研究遠遠不能解釋疾病的發生機理，需要環境與外界因素的作用才會發病。疾病是外界因素與遺傳因素共同作用的結果。流行病學研究已經證實，人類疾病與環境有明確的關系，高血壓、中風、2型糖尿病、骨質疏松癥等疾病的發病率與環境有著密切的關系[15]。特別是在發育初期，不利的環境、 營養的缺乏都有可能導致出生低體重、早產、胎兒發育不成熟等[16]。環境與DNA甲基化的關系一旦建立，將為環境射線暴露與癌癥發生提供依據[17]。
環境污染等不利因素均有可能增加基因的不穩定性，每個人對環境和飲食的敏感性可因先天遺傳不同而不同，環境因素與個體遺傳共同作用，決定潛在表觀遺傳疾病的危險性。有人推測上述因素肯定會在我們基因組上遺留下微量的基因表遺傳學痕跡[1]。隨著年齡增長，DNA甲基化等化學修飾改變也在長時間中錯誤積累，這也有助于解釋為什么很多疾病總是在人進入老年后才發生。由此可見，如果改變不良生活習慣、減少環境污染，都有可能降低表觀遺傳疾病的發病率。因此研究環境與表觀遺傳改變的關系對于預防和治療人類疾病都有著重要的意義。
3 表觀遺傳學藥物
人類許多疾病都可能具有表觀遺傳學的改變，表觀遺傳學治療研究如火如荼。已經發現許多藥物可以通過改變DNA甲基化模式或進行組蛋白的修飾等來治療疾病。目前，很多藥物處于研制階段，盡管其有效性尚未得到充分證實，但給癌癥、精神疾病以及其他復雜的疾病的治療帶來了希望。
3.1 組蛋白去乙酰化酶抑制劑
目前發現的組蛋白去乙?；敢种苿?HDAC Inhibitor)有近百種。其中FK228主要作用機制是抑制腫瘤細胞內組蛋白去乙?；?HDAC)活性，引起乙?；M蛋白的積聚，從而發揮抑制腫瘤細胞增殖、誘導細胞周期阻滯、促進細胞凋亡或分化等作用[18]。FK228單獨用藥或與其他藥物或方法聯合應用表現出良好的抗腫瘤作用，同時還可阻礙血管生成，具有抑制腫瘤轉移、逆轉耐藥性、調節免疫力等作用。FK228還具有治療炎癥、免疫性疾病、視網膜新生血管疾病及神經系統等多種疾病的藥理學作用。
3.2 DNA甲基轉移酶抑制劑
核苷類DNA甲基轉移酶抑制劑作用機理是在體內通過代謝形成三磷酸脫氧核苷，在DNA復制過程中代替胞嘧啶，與DNMTs具有很強的結合力。核苷類似物5氮雜胞苷(5azacytidine)是第一個發現的甲基化抑制劑，最初被認為是細胞毒性物質，隨后發現它可抑制DNA甲基化和使沉默基因獲得轉錄性，用于治療高甲基化的骨髓增生異常綜合征，低劑量治療白血病。其他核苷類DNA甲基轉移酶抑制劑有5氮2脫氧核苷(5aza2′deoxycytidine)，Zebularine(5azacytidine的衍生物)[19]，5Fluoro2′deoxycytidine，RG108，Procainamide，Psammaplins(4aminobenzoic acid衍生物)，MG98(寡聚核苷酸)等。DNA甲基化抑制劑Procainamide可用于抗心律失常。另外在茶葉和海藻中提取的EGCG也顯示具有體外活性。臨床中應用反義寡核苷酸對DNA甲基轉移酶進行抑制正在進行實驗。
3.3 聯合治療
DNA甲基化抑制劑與HDAC抑制劑聯合應用治療疾病可能具有協同作用。進行表觀修飾治療后的細胞可能對于化療、干擾素、免疫治療更具有敏感性。在癌癥的治療方面，應當包括遺傳治療和表觀遺傳治療兩個方面，同時運用兩種或兩種以上表觀修飾的方法對病人進行治療對人類疾病意義重大。
3.4 其他方法
人胚胎干細胞保留有正?；蛴∮?，這些干細胞可能具有治療意義[20]。另外，在女性細胞中非活性的X染色體中存在正常的野生型基因，如果選擇正確的靶點，就有可能激活這個正常但是未被利用的野生型基因，從而對其進行基因治療。有報道[21]運用RNAi技術沉默胰島β細胞相關基因，抑制胰島淀粉樣形成可能用來治療糖尿病。短鏈脂肪酸(SCFAs)丙戊酸鈉用于抗癲癇，丁酸可用來治療結腸癌[22]等。siRNA可在外來核酸的誘導下產生，通過RNA干擾(RNAi)清除外來核酸，對預防傳染病有重要作用。目前，RNA干擾已大量應用于包括腫瘤在內的疾病研究，為一些重大疾病的治療帶來了新的希望。
4 結 語
從表觀遺傳學提出到現在，人們對表觀遺傳學與人類疾病的發生有了更深入的認識。人類表觀基因組計劃(human epigenome proiect，HEP)已經于2003年開始實施，其目的是要繪制出不同組織類型和疾病狀態下的人類基因組甲基化可變位點(methylation variable position ，MVP)圖譜。這項計劃可以進一步加深研究者對于人類基因組的認識，為表觀遺傳學方法治療人類復雜疾病提供藍圖[1]。但是，表觀遺傳學與人類生物學行為(臨床表型)有密切關系，人類對表觀遺傳學在疾病中的角色研究還處于初級階段。應更進一步研究表觀遺傳學機制、基因表達以及與環境變化的關系，有效減少表觀遺傳疾病的發生風險，努力探索這片造福人類的前沿領域。
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表觀遺傳學的應用范文2
表觀遺傳學（epigenetics)是與遺傳學（genetic)相對應的概念，是對經典遺傳學的有益補充；其認為在不改變基因序列的條件下，生物體從基因到基因表型之間存在一種調控，這種機制即“表觀遺傳學”的含義。盡管已被提出70余年,但直到近10余年，隨著科學家們對這種“獲得性遺傳”的進一步認識，才成為生命科學界最熱門的研究之一。因此,研究者們轉換思維，從表觀遺傳學角度對AD發病及治療進行了研究，發現了一系列表觀修飾的關鍵酶類，以及對這些酶類發揮影響的藥物，從而為AD藥物研發提供了新的思路和研究方向。本文擬就AD的表觀遺傳學治療研究綜述如下。
1阿爾茨海默病（AD)概況
阿爾茨海默病（AD)是一種以進行性認知障礙和記憶力損害為主的中樞神經系統退行性疾病。它是最常見的癡呆類型，西方國家[中50%?70%的癡呆屬于AD。其病因及發病機制復雜，涵蓋了遺傳和環境的危險因素，涉及成千上萬個基因表達的改變，以及多種信號途徑的上調，如P淀粉樣肽W-amyloidpeptide,Ap)的沉積、Tau蛋白過度磷酸化、炎癥、氧化應激、能量代謝、血管因素及細胞凋亡周期異常等。ad的典型病理改變包括突觸喪失、某些神經遞質水平下降、神經元內異常物質沉積以及選擇性腦神經細胞死亡，使大腦受累區域廣泛萎縮，導致記憶力喪失伴行為改變和人格異常，嚴重者可影響工作及社會生活。受累區域常會出現A沉積、老年斑（senileplaques,SP)、神經原纖維纏結(neurofibrillarytangles,NFT)及Tau蛋白過度磷酸化等。疾病逐漸進展惡化，甚至累及生命。遺憾的是目前尚缺乏延緩或阻礙疾病進展的治療手段。
在AD中，涉及神經元退行性改變的基因達200余個,越來越多的研究數據發現在沒有基因序列改變的情況下，某些機制也可以決定致病基因何時或怎樣表達，最終導致AD發病。因此，AD基因組并不能完全解釋發病機制[14]。已知編碼APP、PSEN1和PSEN2的基因僅可導致家族性早發型AD(early-onsetAD,EOAD);而大多數（約95%)AD均為晚發型AD(late-onsetAD,LOAD)或散發型。因此可以推斷，表觀遺傳現象或環境因素參與了LOAD的致病。這就部分解釋了為什么同一家族中有的家庭成員發病而另一些不發??；而且，在年輕的同卵雙胞胎中基因組無實質上的差異，而在同一老年雙胞胎中其基因表觀遺傳學上存在顯著差異。
大量研究數據證實，基因-環境相互作用在AD的病理生理過程中發揮了關鍵作用營養物質、毒素、環境暴露及人的生活行為,都可以在不改變基因組序列的條件下使基因激活或沉默。目前已知的可調控基因轉錄和表達的表觀遺傳學機制主要分兩大類：①基因選擇性轉錄的調控：包括基因組DNA甲基化，多種組蛋白甲基化及乙?；刃揎?；②基因轉錄后的調控：包括微小RNA(microRNA,miRNA)和小干擾RNA(smallinterferingRNA,siRNA)等非編碼RNA的調節，以及沉默的核糖體RNA(ribosomalRNA,rRNA)基因。除此之外，染色體重塑、基因印記、X染色體失活也屬于表觀遺傳學范疇。
2表觀遺傳學
表觀遺傳學的涵義即在DNA序列不發生改變的情況下，基因的表達與功能發生改變，并產生可遺傳的表型?；緳C制即：通過多種基因修飾，影響基因轉錄和（或）表達，從而參與調控機體的生長、發育、衰老及病理過程。至此，表觀遺傳學的發現極大豐富了傳統遺傳學的內容，使人們認識到遺傳信息可以有兩種形式：即DNA序列編碼的“遺傳密碼”和表觀遺傳學信息。它和DNA序列改變不同的是,許多表觀遺傳的基因轉錄和表達是可逆的，這就為許多疾病的治療開創了樂觀的前景。
2.1組蛋白修飾
組蛋白在DNA組裝中發揮了關鍵作用，利用核心組蛋白的共價修飾傳遞表觀遺傳學信息。這些修飾主要包括組蛋白甲基化、乙?；?、磷酸化、泛素化、ADP-核糖基化及特定氨基酸殘基N-末端的SUMO化;其中組蛋白氨基末端上的賴氨酸、精氨酸殘基是修飾的主要靶點,這些組蛋白翻譯后修飾(post-translationalmodifications,PTMs)對基因特異性表達的調控，是其表觀遺傳學的重要標志。正常機體內，組蛋白修飾保持著可逆的動態平衡。一般而言,組蛋白乙?；窃诮M蛋白乙酰轉移酶（histoneacetyl-transferase,HATs)的催化下，從乙酰輔酶A上轉移乙?；浇M蛋白N-末端的賴氨酸殘基上；由于乙?；泻土私M蛋白的正電荷，使組蛋白末端和相關DNA帶負電荷磷酸基團之間的作用減弱，降低了組蛋白和DNA之間的親和力，這種染色質構象的放寬有助于轉錄因子向靶基因片段聚集并利于轉錄的進行。而去乙?；瘎t是組蛋白去乙?；福╤istonedeacetylases,HDACs)將乙?；鶑囊阴；M蛋白轉移到乙酰輔酶A上，形成了致密的染色質狀態，從而使基因轉錄下降或沉默。
2.2DNA甲基化
DNA甲基化較組蛋白修飾更進一步，是表觀遺傳學的又一重要機制。DNA甲基化主要是在DNA甲基轉移酶（DNAmethyltransferase,DNMTs,包括DNMT1、2、3a/b和4)催化下，將同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)-甲硫氨酸循環中S-腺苷甲硫氨酸（SAM)中的甲基，由四氫葉酸轉移到胞嘧啶的第5位上形成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine,5-mC)。其中，相鄰的胞嘧啶-鳥嘌呤二核苷酸（CpGs)是最主要的甲基化位點。在人類基因組中，CpG以兩種形式存在：一種分散存在于DNA中，其CpG70%?90%的位點是甲基化的；另一種CpG呈密集分布于一定區域，稱之為“CpG島”（CpGislands),通常位于或接近基因啟動子區（promoterregions),在正常人體基因組中處于非甲基化狀態。CpG島中的胞嘧啶甲基化可以阻礙轉錄因子的結合，從而可致基因沉默。一般而言，高度甲基化的基因可致表達抑制,而低甲基化的基因可增強基因表達或過表達。
2.3非編碼RNA
表觀遺傳學調控機制涉及RNA的主要包括:miRNA、siRNA以及維持細胞周期的沉默rRNA基因的一部分。
miRNA是較短的雙鏈RNA分子，約有22個核苷酸，來源于機體自身基因即細胞核及細胞質中較大的RNA前體，有自己的啟動子和調控元件。人類基因組中有約700?800個miRNA。這些小分子RNA在轉錄后通過綁定靶mRNA,從而抑制轉錄或誘導mRNA分裂降解。大多數miRNA具有高度保守性和組織特異性，可以調控機體中30%?50%的蛋白質編碼基因。siRNA長短與miRNA相似，作用方式也有很多相同之處，區別在于siRNA可以體外合成,多由外源性導入或感染誘導產生。
重復rRNA基因的復制為真核生物核糖體提供了初始活性位點，在基因表達中是蛋白質合成的熱點區。不同細胞類型可表現不同的活性rRNA比率,提示隨著細胞發育分化，rRNA基因拷貝數比例會發生改變。沉默rRNA的表觀遺傳學方式在這個過程中發揮了重要作用,使活性和非活性rRNAs保持了動態平衡。
2.4染色質重塑、基因印記和X染色體失活
染色質重塑（chromatinremodeling)指基因復制、轉錄和重組等過程中，核小置和結構及其中的組蛋白發生變化，引起染色質改變的過程；主要機制即致密的染色質發生解壓縮，暴露基因轉錄啟動子區中的特定結合位點，使轉錄因子（transcriptionfactor,TF)更易與之結合?；蛴∮?geneticimprinting)指來自親本的等位基因在發育過程中產生特異性的加工修飾，導致子代體細胞中兩個親本來源的等位基因有不同的表達方式，即一個等位基因有表達活性，另一等位基因沉默。X染色體失活指雌性哺乳動物細胞中兩條X染色體的其中之一失去活性的現象,即X染色體被包裝成異染色質，進而因功能受抑制而沉默化，使雌性不會因為擁有兩個X染色體而產生兩倍的基因產物。
3AD的表觀遺傳學3.1組蛋白修飾
研究顯示，在AD中存在組蛋白的PTMs。組蛋白3(histone3,H3)磷酸化作為激活有絲分裂的關鍵步驟，可使AD海馬神經元呈過磷酸化狀態。對APP/PS1突變小鼠和野生型小鼠進行條件恐懼訓練,結果顯示前者乙?；疕4較野生小鼠組降低50%;之后對突變組進行HDAC抑制劑（histonedeacetylasesinhibitors,HDACIs)曲古抑菌素A的治療，顯示前者乙?；疕4水平出現了上升。在一項皮層神經元培養模型研究中，APP過度表達則可導致H3和H4乙?；档?，以及c-AMP反應元件結合蛋白（cAMP-responseelementbindingprotein,CREB)水平下降;而CREB則是腦神經元中激活記憶相關基因，形成長期記憶的關鍵蛋白?？傊?，盡管在AD患者、AD動物模型及AD培養模型中，都出現了組蛋白修飾,但這個過程是極其復雜的,特異性位點會因功能狀態不同而出現組蛋白乙?；黾踊驕p少。
3.2DNA甲基化
3.2.1相關基因的甲基化研究顯示，盡管很難判
斷AD中甲基化程度是升高還是下降，但12個甲基化的AD特異性基因表現出了顯著的“表觀偏移”；同時研究還發現，在DNMT1啟動子內一些CpG位點也表現出年齡相關的表觀偏移。研究還發現，葉酸、甲硫氨酸及Hcy代謝與DNA甲基化機制顯著關聯。例如，人類及動物模型葉酸缺乏將導致基因組整體低甲基化，而補充葉酸則可部分逆轉甲基化程度。Smith等研究發現，衰老及AD人群中都出現了葉酸缺乏和甲硫氨酸-Hcy周期的改變。另一研究發現AD患者腦脊液（cerebro-spinalfluid,CSF)中葉酸顯著下降，同樣下降的還有CSF及腦組織中SAM。同時還觀察到AD患者腦組織中S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)及血漿中Hcy的升高，后者可抑制DNA甲基化。
目前已知的AD相關基因主要包括：p淀粉樣蛋白前體（APP)基因、早老素1(PS1)和早老素2(PS2)基因、載脂蛋白E(ApoE)基因、p-分泌酶（BACE)基因、sortilin相關受體基因(sortilin-relatedreceptor1gene,SORL1)以及白介素1a(IL-1a)和白介素6(IL-6)基因等。其中，APP基因、BACE基因或PS1基因均存在可調控的CpG甲基化位點。有研究顯示,一例AD尸檢的大腦皮層中APP基因發生了完全去甲基化，而正常樣本或匹克氏?。≒ick’sdisease)患者樣本則沒有這種變化。實驗發現，葉酸缺乏所致的BACE和PS1基因表達增強，可通過補充SAM而恢復正常。同樣，體內實驗發現，給予APP過度表達的轉基因小鼠缺乏葉酸、B12及B6的飲食，可以使SAH升高并上調PS1和BACE的表達，以及促進A的沉積和出現認知障礙。在LOAD尸檢標本中，研究者發現了著名的“年齡依賴的表觀遺傳學漂移”(age-dependentepigeneticdrift);對CpG島異常的表觀遺傳學控制,可能促成了LOAD的病理變化,因此，“表觀遺傳學漂移”可能是LOAD個體易感的重要機制。
3.2.2Tau蛋白相關的甲基化Tau蛋白是一種微管結合蛋白（microtubulebindingprotein,MAP),它能與神經軸突內的微管結合，具有誘導與促進微管形成，防止微管解聚、維持微管功能穩定的功能。對記憶和正常大腦功能起重要作用。然而，在AD中,Tau蛋白不僅不再發揮正常功能，還會因異常磷酸化或糖基化等改變了Tau蛋白的構象，使神經元微管結構廣泛破壞，形成以Tau蛋白為核心的NFT,最終導致神經元功能受損或神經元丟失。
人體在正常條件下，Tau蛋白啟動子的AP2結合位點是非甲基化的，但SP1和GCF結合位點則被甲基化。而隨著年齡的增加，SP1作為一種轉錄激活位點甲基化程度升高,GCF作為啟動子抑制位點則逐漸去甲基化，因此總體而言Tau蛋白的基因表達是下調的。尤其在額葉及海馬區域，正常Tau蛋白也出現了年齡相關的下降。蛋白磷酸酶2A(PP2A)是一種針對磷酸化Tau蛋白的去磷酸化酶，PP2A催化亞基的甲基化可以激活該酶。研究顯示，在APP及PS1基因突變的轉基因小鼠中，PP2A的甲基化程度顯著下降，結果顯示Tau蛋白磷酸化增高。對培養的神經元添加葉酸拮抗劑甲氨蝶呤，也可導致PP2A去甲基化，從而增加Tau蛋白的磷酸化程度。另外，還有研究顯示，Hcy可以使PP2A的甲基化程度及活性下降,而添加葉酸和B12則可以逆轉這個過程?？傊?，Tau蛋白的磷酸化和脫磷酸化間平衡是維持微管穩定性的關鍵因素；而其中磷酸化相關酶類的甲基化程度,成為影響Tau蛋白磷酸化的重要因素。
3.2.3異常的細胞周期和神經元凋亡研究證實,細胞周期異常和神經元凋亡是AD神經退行性變的常見機制。AD神經元中細胞周期及凋亡途徑關鍵因子受DNA甲基化影響并發生上調。包括細胞周期素B2基因、caspase-1基因、caspase-3基因等。這些相關基因的低甲基化使細胞進入異常細胞周期。同樣,高Hcy可使培養神經元凋亡，也間接證實了低甲基化導致異常細胞周期；而使用SAM還可起到拮抗細胞凋亡的效果。
3.3A與miRNA
研究發現，miRNA可以調節APP的表達、APP處理、A聚積以及BACE1的表達，從而導致A毒性改變或影響神經再生。因而,miRNA失調可使APP表達及處理過程發生改變，最終引起神經元存活率和神經再生程度的改變。針對全球AD人群和正常老年人群的對比研究發現，特異性miRNA水平存在顯著差異。研究顯示，在AD中APP相關miRNA顯著下降，而APPmRNA水平則保持平穩，提示miRNA影響APP表達是通過抑制轉錄而不是促進APPmRNA的裂解；同時，在AD皮層中miRNA-106b出現顯著下降。具體機制還有待進一步研究。
3.4AD與一碳代謝
葉酸代謝又稱為一碳代謝，需要SAM提供甲基。諸多研究表明,AD患者常存在血漿及CSF中Hcy升高（兩者濃度升高常呈正相關)，血漿葉酸和B12水平下降，以及腦組織中SAM減少。早期暴露于缺乏葉酸及B族維生素飲食的動物，其AD相關基因在腦組織中發生了表觀遺傳學修飾。SAM作為甲基化過程最重要的甲基來源，其產生及循環依賴于甲硫氨酸循環的正常進行[11]。研究顯示,AD患者CSF中SAM出現顯著下降，口服SAM(1200mg,qd)4?8個月,可以使CSF中SAM濃度升高。同時，維生素B12缺乏可使SAM產生減少，從而影響甲基化。前瞻性隊列研究表明，高Hcy與AD高風險顯著相關，而較高的葉酸攝入量可以降低老年人的AD風險。葉酸缺乏導致的SAM缺乏以及Hcy升高，使甲基化水平下降；并且，Hcy影響SAM和SAH水平，后兩者可調節DNA甲基化活性以及蛋白翻譯后修飾。另外，研究還發現Hcy可通過抑制甲基化，降低PP2A甲基化程度，從而導致Tau蛋白過磷酸化、NFT及SP形成。因此，最關鍵機制即：葉酸/同型半胱氨酸代謝異常導致AD相關基因啟動子的表觀遺傳修飾（CpG區域甲基化狀態的改變)，使基因沉默（高甲基化）或過度表達（低甲基化)，最終發生AD。
4表觀遺傳學在AD診療中的應用研究
近年來，隨著表觀遺傳學在AD研究中的不斷進步，研究者已逐漸將其應用于AD的診斷及治療中，盡管多數還處于臨床前試驗階段，但表觀遺傳學應用于AD臨床的前景是樂觀并值得期待的。
4.1表觀遺傳學診斷手段
利用亞硫酸氫鈉進行甲基化測序是檢測DNA甲基化的金標準。該方法利用鹽析法從血液中提取基因組DNA,經過亞硫酸氫鹽處理后，變性DNA中胞嘧啶轉換為尿嘧啶，而5-mC則不發生轉換，因此在經過PCR擴增和DNA測序后，胸腺嘧啶則代表非甲基化胞嘧啶，而5-mC(主要為CpG二核苷酸）仍為胞嘧啶。繼而由該方法延伸出多個DNA甲基化分析法，例如：甲基化特異性PCR(methylationspecificPCR,MSP)、結合亞硫酸氫鹽限制性分析（combinedbisulfiterestrictionanalysis,COBRA)以及甲基敏感性單核苷酸引物(methylation-sensitivesinglenucleotideprimerextension,MS-SNuPE)等。然而，由于目前對AD相關基因甲基化的研究還不完善，只能在臨床前研究中應用甲基化測序，用于對比分析AD中基因甲基化的真實狀態。
實時基因成像（real-timegeneticimaging)技術是另一種判斷基因表觀遺傳修飾的手段；該技術避免了尸檢或動物研究，是一種新型的非侵入性的可視化基因調控檢測。磁共振波譜（MRspectroscopy,MRS)即是這樣一種特殊的磁共振成像，該技術可掃描到特定的蛋白，將來可使我們能夠實現對基因表達變化的可視化實時檢測，理論上而言可以追蹤到DNA甲基化或組蛋白修飾的責任蛋白；因此，在一定程度上，將為AD的表觀遺傳學診斷和治療提供新的手段[39]。
此外，另有研究發現，脂肪酸酰胺水解酶（fattyacidamidehydrolase,FAAH)參與了AD的發病，同時還發現FAAH易于從外周血中檢出，并可作為一個新的潛在的AD生物標志物（biomarker),繼而用于AD的預測或診斷。然而，由于一些AD相關蛋白或酶類在外周血中易降解，穩定的miRNA檢測已成為反映疾病的重要手段。由于大多數AD患者外周血單核細胞中存在各種miRNA的表達上調（如miR-371、miR-517等),且與其在AD腦中高表達相對應，提示通過測定血漿及血單核細胞的miRNA譜變化,可作為AD診斷和病情評估的重要方法。
4.2AD的表觀遺傳學治療
表觀遺傳學對研究AD的發病機制和病程轉歸,以及研發新的藥物等方面開拓了廣闊的空間。表觀遺傳學藥物進入體內后，可充當基因轉錄或表達的“開關”，通過不同的基因修飾及調控基因表觀修飾相關酶類的活性，繼而達到在未改變DNA序列的情況下影響基因表型。因此，正是表觀遺傳學改變的“可逆性”，使與之相關藥物的研發成為AD治療研究的新方向和重點。
4.2.1HDACIs近年來，科學家們研發了多種新的HDACIs。根據化學形態主要分為4類：①短鏈脂肪酸類：如丁酸鈉、苯丁酸鹽和丙戊酸（valproicacid,VPA);②異輕肟酸（hydroxamicacid)類：如曲古抑菌素A(trichostatinA,TSA)、辛二酰苯胺異輕肟酸(suberoylanilidehydroxamicacid,SAHA);③環氧酮類：如trapoxinA和trapoxinB;④苯甲酰胺類：如MS-275。這些HDACIs與鋅依賴性HDAC蛋白（zinc-dependentHDACprotein,I、II及IV類組蛋白亞型）相互作用；煙酰胺作為NAD+前體，可以抑制III類HDAC蛋白。其中，研究最廣泛的是丁酸鈉、苯丁酸鹽、VPA、TSA和SAHA。
目前FDA批準上市的是SAHA,-種治療T細胞淋巴瘤的新型化合物，不僅可增加組蛋白乙?；?，同時還可提高認知。在神經系統中，VPA具有抗驚厥和穩定情緒的作用，因此這些作用可能與引起組蛋白乙?；淖冇嘘P；VPA還可以通過抑制GSK-3#介導的y-分泌酶裂解APP,從而抑制Ap的產生，減少A斑塊，最終緩解AD模型鼠的認知功能障礙。Ricobaraza等研究顯示，4-苯基丁酸乙酯（PBA)可通過降低GSD-3#來降低AD大鼠腦內Tau蛋白磷酸化，并可清除突觸間A沉積，減輕內質網壓力，從而恢復記憶并逆轉學習障礙。而煙酰胺則可選擇性降低Tau蛋白磷酸化并增加乙?；腶微管蛋白。Fischer等也研究發現，非特異性HDACIs如VPA、TSA、4-苯基丁酸鈉及伏立諾他等，都可以通過不同的表觀遺傳機制影響Ap沉積和Tau蛋白過磷酸化，并可改善學習和記憶力。另外,HDACi丙戊酸可以降低APP的表達，減輕大腦中的A肽斑塊負擔；研究還證實，HDACI治療還可誘導樹突發芽，增加突觸數量，以及恢復學習行為和形成長期記憶。Zhang等報道，口服HDACIMS-275可改善神經炎癥和腦淀粉樣變，以及改善AD模型動物的行為能力。這些研究提示,HDACIs可通過調節HDAC蛋白活性和Tau蛋白磷酸化水平，從而用于AD的治療.
HDACIs可選擇性抑制HDACs,導致組蛋白乙?；缴?，恢復AD模型動物中組蛋白乙?；郊疤岣邔W習和記憶能力。例如：Guan等發現當腦內HDAC2過表達時，小鼠海馬神經元樹突棘密度降低、突觸形成減少、CA1區LTP形成障礙、空間記憶和工作記憶損傷；而使用HDACIs則能夠促進小鼠神經元樹突棘和突觸的形成，改善AD模型小鼠的學習和記憶減退狀態。因此，HDAC2可能是HDACIs最適宜的治療靶點之一，可能使腦神經元內合成新的蛋白以改善或恢復AD患者記憶。除此之外,HDACIs對基因表達的調節具有特異效應,可以在上調靶基因表達的同時下調其他基因;這種基因特異性常通過轉錄因子來調控，后者可以識別特定啟動子和增強子序列，并賦予靶基因特異性（gene-specificeffects),使之對HDACIs具有敏感性[44],繼而逆轉表觀遺傳改變。同時，應用HDACIs治療AD還應當考慮其是否可穿透血腦屏障，因此，最近的一項研究研發了一種可進入CNS(“CNS-penetrant”)的HDACIs(I類）EVP-0334,目前已進入I期臨床試驗用于AD治療。
眾所周知，AD大腦受累的主要區域為內側嗅皮質、海馬及杏仁核等。研究發現，與正常腦組織相比,AD患者皮質中HDAC6蛋白水平升高了52%,而海馬中則升高了92%。HDAC6與Tau蛋白共同存在于核周，并發生相互作用；其中HDAC6具有獨立的微管蛋白脫乙?；傅幕钚?。使用HDAC6抑制劑Tubacin治療或敲除HDAC6,并不能影響HDAC6與Tau蛋白的相互作用，但可以減少Tau蛋白磷酸化[55]。通過結合HDAC6,Tau蛋白可抑制脫乙酰酶活性,從而導致微管蛋白乙?；黾?；在Tau蛋白過表達的細胞中也可見這種增加；說明過量的Tau蛋白成為HDAC6的抑制劑，然而AD患者中正常Tau蛋白是減少的。文獻顯示，HDAC6的減少或丟失可改善聯想和空間記憶形成[56,57],以及阻斷A誘導的海馬神經元線粒體運輸障礙。最近有研究人員還發現,HDAC6無效突變（nullmutation)可以挽救神經元中Tau蛋白誘導的微管缺陷。他們采用遺傳和藥理學方法抑制HDAC6的tubulin特異性脫乙?；富钚裕C實這種“挽救效應”有可能是通過增進微管乙?；閷У?。這些研究結果表明,HDAC6有可能是AD和相關Tau病的一種獨特的有潛力的藥物靶點,HDAC6抑制劑有望成為AD治療的新型藥物。
目前研究證實，HDACIs可用來治療神經變性病、抑郁、焦慮情緒、認知功能障礙及神經發育障礙,因此為AD的治療提供廣闊的前景。但現有的HDACIs存在生物利用度低、代謝快、低選擇性等缺點。因此,研究開發結構新穎、副作用小、特異性及選擇性高的HDACI具有重要的臨床意義。
4.2.2飲食因素除此之外，飲食因素，例如葉酸、維生素B2、B6、B12、蛋氨酸、膽堿等都可以影響甲基供體SAM的形成，并影響DNMTs活性；同時，一些天然化合物，如異黃酮、黃酮、兒茶素、姜黃素、白藜蘆醇等，可以改變表觀遺傳學機制,影響染色質修飾酶的活性，因此備受關注。
研究證實，傳統用于抗腫瘤、抗氧化、抗炎、抗細胞凋亡及預防高脂血癥的姜黃素，也可用于治療AD：在體外實驗中，姜黃素可抑制A聚集沉積、A#誘導的炎癥、戶分泌酶及乙酰膽堿酯酶的活性；而體內實驗則證實，口服姜黃素可抑制AD動物腦組織中Ap沉積、Ap寡聚化及Tau蛋白磷酸化，并改善行為及認知。另有研究發現，姜黃素還可加速淀粉樣斑塊的分解，繼而改善AD的空間記憶障礙。據Bora-Tatar等[65]報道，在33種羧酸衍生物中，姜黃素是最有效的HDAC抑制劑，甚至比丙戊酸和丁酸鈉更強效；另有研究也發現，姜黃素可顯著降低HDAC1、3和8蛋白水平，并可提高乙?；疕4水平。同時，姜黃素還是潛在的HAT抑制劑，2004年Balasubramanyam等[66]發現，姜黃素是p300/CREB結合蛋白HAT活性特異性抑制劑，對維持一定的CREB水平起到關鍵作用。因此，姜黃素對HDAC和HAT均有調節作用；作為已知的抗氧化劑，姜黃素可能是通過調節氧化應激，從而對乙酰化和去乙?；哂须p重調節作用。
AD表觀遺傳學改變受環境、營養因素等諸多因素共同作用，因此自孕前保健開始,直至子代的一生，都保持機體內外生存環境的良好，保證表觀遺傳學正常修飾及表達,在一定程度上可能會預防AD的發生。同時，由于目前糖尿病、肥胖、心血管疾病、高血壓等都是公認的AD高危因素，通過表觀遺傳學機制防治這些疾病，也是降低AD的發生風險的重要手段。另外，提倡低熱量、低膽固醇和富含葉酸、B族維生素及姜黃素等的飲食，以及降低血漿Hcy值，可能對保護大腦神經元，改善老年期認知，以及預防AD發生或逆轉AD的表觀遺傳改變，起到一定的積極作用。
4.2.3其他因素由于DNA甲基化是可逆的，該過程的相關酶類也可作為AD治療的研究靶點,例如DNMT抑制劑。然而，目前對DNMT抑制劑的研究多局限于腫瘤的治療，因此對于AD的治療作用還有待進一步研究。另外，研究發現AD中與APP裂解機制相關的多個miRNA也發生了改變,因此針對miRNA的AD表觀遺傳治療成為重要研究方向。2006年，中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所裴鋼院士研究組研究發現，腎上腺素受體被激活后，可以增強y-分泌酶的活性，進而能夠增加AD中Ap的產生。這項發現揭示了AD致病的新機制，提示腎上腺素受體有可能成為研發AD治療藥物的新靶點。
5展望
綜上所述，在AD中，表觀遺傳學機制對疾病發生發展起到了關鍵作用，尤其是散發性AD。表觀遺[8]傳學調節障礙導致相關基因轉錄異常，引起關鍵蛋白或酶類異常，繼而發生一系列病理生理改變，是AD發病的主要原因。表觀遺傳學改變可以通過表觀遺傳藥物進行逆轉，因而這不僅為AD的治療開創了一片新天地，更引導醫藥行業進入了一個嶄新的領域。
然而,使用表觀遺傳學藥物治療疾病也面臨著一系列難題。對于目前可用的表觀遺傳學化合物如HDACIs及辣椒素等而言，主要的困難即缺乏針對不同腦區、不同神經元亞型或特異基因的“選擇性”。
表觀遺傳學的應用范文3
關鍵詞 藥物成癮，表觀遺傳學，組蛋白乙?；?，DNA甲基化。
分類號 B845
藥物成癮作為一種慢性復發性腦疾病。復吸率達95％以上。環境線索誘發的復吸一直是藥物成癮治療的難題，大多成癮者在經過戒毒治療之后對環境刺激沒有明顯的渴求和復吸傾向，但離開戒毒所回到原來的生活環境之后，又會出現很高的復吸率。主要原因就是成癮藥物導致的異常記憶的長期存在所致。FosB是目前成癮與學習記憶相關領域內發現保持時間最長的分子，但其時間長度顯然無法與成癮行為及成癮記憶的長期性相匹配。成癮記憶長期性的分子機制有待進一步探索。神經細胞中唯一保持穩定的就是染色體組，研究表明DNA甲基化等表觀遺傳學的改變是發育過程中細胞記憶的重要分子基礎，進而維持細胞在分裂過程中保持表型的相對穩定，尤其是某些基因的甲基化能使該基因永久沉默和不再激活，有可能是細胞分化結束后記憶長期保持的重要分子機制。提示表觀遺傳變異的長時穩定性也許可作為成癮長期性的非常重要的候選機制。因此，表觀遺傳學有可能為成癮記憶長期存在的腦機制研究提供新視角，并且為藥物成癮的臨床治療提供新的思路。
2 成癮記憶長期性分子機制的研究進展
2.1 學習記憶的異常改變是藥物成癮長期存在的重要原因
藥物成癮的形成是從偶爾或控制性使用藥物發展到不可控制的強迫性使用藥物的過程，其主要特征是產生不惜一切代價的覓藥行為并長期保持這一行為。這一過程伴隨著學習記憶功能的變化。大量研究表明，不論是學習記憶還是成癮過程都使相應腦區結構和功能發生長時程變化從而導致行為改變。藥物成癮過程與學習記憶可能存在相同的神經生物學基礎。行為學實驗表明二者作用于相同的腦區，學習記憶過程中起關鍵作用的相關腦區(如，海馬)參與成癮藥物的強化效應，在藥物成癮過程中起關鍵的作用的中腦多巴胺系統也參與學習記憶過程；電生理實驗證明二者有相同的細胞機制，盡管成癮藥物主要通過中腦多巴胺系統產生強化作用，學習記憶過程主要發生于海馬、杏仁核、前額葉皮層等腦區，但兩個過程都在相應腦區出現細胞突觸長時程增強(LTP)或長時程抑制(LTD)現象；分子生物學研究表明，學習記憶和成癮的形成無論發生在哪一腦區，不論是通過何種信號轉導機制最終大多匯聚于環一磷酸腺苷反應元件結合蛋白(CREB，cAMP-response element binding protein)，并通過CREB調控相應的靶基因改變細胞的可塑性。此外，某些個體初次接觸成癮藥物就能產生深刻記憶從而形成和維持強迫性用藥行為；戒斷很長一段時間的成癮行為仍能由條件線索誘發。以上事實表明學習記憶功能的異常改變并長期保持是產生藥物成癮的重要原因。
2.2 成癮相關記憶長期性的分子生物學機制
成癮藥物進入體內會導致海馬、前額葉皮層、中腦腹側被蓋區(VTA)及伏隔核等學習記憶相關腦區的多巴胺、谷氨酸等神經遞質釋放的異常變化，通過作用于相應的受體引發一系列分子事件，包括激活細胞內信號轉導通路，改變神經營養因子、轉錄因子、即刻早期基因或染色體的結構等，并最終引起突觸的可塑性、甚至神經元的形態結構發生變化，從而導致成癮記憶的長期存在。因此闡明成癮記憶長期性與頑固性的分子機制是治療藥物成癮的關鍵。
CREB是目前研究最多的與成癮記憶密切相關的分子機制之一，大多數成癮藥物都可以通過直接或間接途徑增加多巴胺的釋放，然后通過作用于D1受體增加cAMP的釋放從而活化PKA，使CREB磷酸化調控靶基因的轉錄，調節成癮藥物的行為效應。CREB也是哺乳動物長時記憶形成的必要環節，促進海馬、杏仁核CREB的活動的動物學習記憶能力增強。因此，CREB在藥物成癮與學習記憶相關基因表達過程中起樞紐作用，參與成癮記憶的形成。長期慢性成癮藥物處理可使cAMP/PKA/CREB通路的功能上調，導致異常的記憶形成。毋庸置疑，cAMP/PKA/CREB通路的變化是成癮記憶產生的關鍵分子機制之一，但是CREB的變化在停止藥物使用后幾天內便恢復正常，不能解釋藥物戒斷后很長一段時間內(甚至終身)成癮記憶長期存在這一客觀事實?？赡艿慕忉屖荂BEB的變化是啟動而不是維持成癮記憶長期存在的更加穩定的分子機制的必要環節。
FosB是目前成癮與學習記憶領域內保持時間最長的分子，在成癮藥物急性作用下通過cAMP/PKA/CREB通路誘發即刻早期基因c-fos、c-jum的表達，但在數小時后便恢復到正常水平。FosB也是Fos蛋白家族成員之一，但對藥物的急性效應無明顯的反應。相反在成癮藥物的反復作用下，FosB的表達逐漸增加，而c-fos、c-jun的表達逐漸減少。FosB蛋白具有較高的穩定性，在停止藥物后數月內都保持相對穩定。FosB一旦形成后便能調節許多靶基因表達，細胞周期素依賴激酶5(cdk5)基因便是其調控的最重要的靶基因之一，參與神經元的生長。因此，FosB的高表達能夠增強突觸的可塑性，甚至改變神經元的形態，維持成癮記憶的長期性。但是FosB蛋白的變化在停止藥物后只能保持幾個月，其時間長度仍然無法與成癮行為及成癮記憶的長期性相匹配。
2.3 成癮記憶長期性的表觀遺傳學研究
表觀遺傳學(Epigenetics)是研究核苷酸序列不發生改變的情況下，基因表達了可以遺傳的變化的一門遺傳學分支學科。其中DNA甲基化的改變一般不可逆轉，是發育過程中細胞記憶的重要分子基礎，維持細胞在分裂過程中保持表型的相對穩定。由此推測表觀遺傳學的變化，尤其是基因的甲基化能使該基因永久沉默和不再激活，有可能是細胞分化結束后記憶長期保持的重要分子機制?？梢酝茰yDNA甲基化等表觀遺傳學的改變可能是成癮記憶長期存在的分子基礎之一。
真核生物的遺傳信息主要儲存在染色體上，染色體的基本結構主要是H2A、H2B、H3、H4四種組蛋白構成的八聚體以及纏繞在上面的DNA所組成。染色體空間結構的變化調節轉錄因子與相關基因的結合，從而控制基因的表達。表觀遺傳學機制主要通過改變染色體的空間構型來影響基因的表達，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾(包括乙酰化、甲基化、磷酸化等)、染色體重塑和非編碼
RNA(如RNAi)等作用方式。DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質重塑之間是相互作用的，染色質的重塑和組蛋白的去乙?；窍嗷ヒ蕾嚨?，DNA甲基化可能需要組蛋白去乙?；?HDACs)的活動或染色質的重塑中的成分參與。通常，DNA甲基化、組蛋白去乙?；腿旧|的壓縮狀態和DNA的不可接近性，以及基因處于抑制和沉默狀態相關；而DNA的去甲基化、組蛋白的乙?；腿旧|松散狀態，則與轉錄的啟動、基因活化和行使功能有關。DNA甲基化是最早發現的基因表觀修飾方式之一，可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。DNA的甲基化是在DNA甲基化轉移酶(DNMTs)的作用下使CpG二核苷酸5’端的胞嘧啶轉變為5I甲基胞嘧啶。乙酰化轉移酶(HATs)主要是在組蛋白H3、H4的N端尾上的賴氨酸加上乙?；?，去乙?；?HDACs)則相反。不同位置的修飾均需要特定的酶來完成，通過這些酶作用改變染色體的空間結構。
成癮藥物會導致VTA、NAe和其他相關腦區的mRNA水平的改變。這些基因表達的變化在戒斷后可存月余。這些長時程的變化使人們將研究染色質重塑作為長時程甚至終身持續影響大腦獎賞區域的基因表達的分子基礎。最近研究表明，早期接觸成癮藥物不改變基因編碼而調控基因活性的表觀遺傳學機制，對成熟的神經元具有長效作用從而增加成年后的成癮易感性，并且在急性或慢性接觸成癮藥物的過程中表現出不同的作用機制。
急性可卡因注射導致紋狀體的e-Fos和FosB表達，并且這個現象與給藥后30分鐘內的H4乙?；亩虝涸黾佑嘘P。CBP因為其內在的組蛋白乙?；钚?，在藥物導致的FosB基因組蛋白乙?；^程中起了重要的介導作用，并且也可能在其他基因中也起了類似的作用。急性可卡因注射也能誘導出e-Fos基因啟動子的H3的乙?；?，并且這種作用需要蛋白激酶MSK1。相對于急性處理，慢性可卡因處理和自我給藥可以激活或者抑制許多不同的基因。比如急性或者慢性處理都會產生FosB基因，但是急性暴露使H4產生乙?；蕴幚硎笻3產生乙?；?。慢性成癮藥物處理后特異性誘導的基因，比如Cdk5和Bdnf基因也表現出H3的乙?；?，并且得到證明的確是這種表觀遺傳學的變化引起來特定基因表達的變化。因為慢性處理后的戒斷期，出現了可卡因引起的BDNF啟動子的組蛋白乙?；?，組蛋白修飾的變化是先于這個區域BDNFmRNA和蛋白質的增加。
在急性和慢性給藥引起的表觀遺傳學修飾不同，存在著由H4乙?；騂3乙?；霓D變。在海馬急性和慢性電刺激之后也會有這種類似的轉變。這提示H3乙?；赡芟笳髦环N染色質變化的信號，代表持久穩固或者重復激活的基因的。HATs(組蛋白乙?；D移酶)和HDACs(組蛋白去乙?；?對于H3H4的特定乙?；鶜堄嗟拇呋磻奶禺愋袁F在知之甚少。急性或慢性處理之后，HATs或HDACs對于基因調控的截然相反的作用可能介導了H4乙酰化向H3乙?；霓D變。
全基因組水平的表觀遺傳修飾的檢測手段使相關基因的篩查更為有效?？煽ㄒ蛘{控Cdk5和Bdnf基因的組蛋白乙?；?，使應用染色體免疫沉淀芯片(ChIP on ChiD)或SACO[301的方法探索全基因組層面的染色質結構的檢測方法顯示出重要作用，提示染色質水平的失調可能導致可卡因成癮?；蚪M層面的表觀遺傳學方法在發育和腫瘤生物學領域曾發現了許多令人振奮的結果，現在類似的研究正在成癮研究中進行?，F在Nestler的實驗室初步鑒定了幾百個慢性可卡因處理后顯著過高或過低乙?；幕?。
此外，慢性可卡因處理可引起甲基化CPG島結合蛋白2(MeCP2)與甲基化CPG島結合蛋白MBD1的高表達，通過蛋白去乙?；敢种葡掠位虻谋磉_參與成癮過程。以上結果提示染色體重塑(組蛋白乙?；cDNA甲基化)可能在成癮記憶的形成與保持過程中起關鍵作用，從而為成癮記憶長期性的分子機制提供了新的研究思路。目前研究初步發現組蛋白去乙?；敢种苿?HDAC)參與苯丙胺行為敏感化的聯想性學習記憶過程，這些結果表明表觀遺傳學的變化參與維持成癮過程中神經適應性的變化。
盡管在許多成癮關鍵因子中發現了表觀遺傳學修飾，但有證據表明這些修飾可能通過不同的作用機制起作用。轉錄因子FosB與成癮狀態的轉換有關，在NAc能顯示出在可卡因作用下大于25％的mRNA穩定狀態所有變化。染色體免疫沉淀能顯示其中一種mRNA的反應，可卡因能引起Cdk5基因14的FosB直接激活，而Bdnf基因則不是直接激活FosB，說明這些基因轉錄調控的變化不是通過相同的機制。Cdk5基因的激活部分介導了慢性可卡因引起的NAc中的樹突可塑性。這些發現都支持這樣一個模型：FosB的積累和特定啟動子的染色體重塑因子相互作用在成癮的發展和維持中發揮重要作用。
3 研究展望
表觀遺傳學和藥物成癮都不是新興的研究領域，但是從表觀遺傳學角度研究成癮問題，是近幾年興起的一個研究熱點。從表觀遺傳變異解釋藥物成癮的神經可塑性變化和精神依賴，為成癮藥物獎賞性的后天獲得和成癮相關記憶長時存在都提供了很有力的解釋機制。目前對于成癮進程中的一些關鍵因子的組蛋白乙?；辛顺醪降难芯浚芯康慕Y果使我們看到了更多表觀遺傳機制在藥物成癮研究領域的前景。
3.1 成癮記憶再鞏固過程的表觀遺傳機制研究
近幾年來，記憶再鞏固是學習記憶領域里的一個研究熱點，結果表明記憶再鞏固與記憶鞏固存在部分共同的神經機制，但它不是鞏固過程的延續，而是記憶過程中的一個獨立現象，存在特有的神經機制。再鞏固理論為成癮記憶的長期性提供了一種新的解釋機制，在特定環境使用成癮藥物會激活已經形成的成癮記憶，被激活的記憶后會變得不穩定，在成癮藥物作用下能夠促進記憶的再鞏固過程，使原有的記憶痕跡更加牢固，多次結合后便產生病理性記憶，這種異常的再鞏固機制可能導致成癮記憶長期存在。
記憶再鞏固過程需要合成新的蛋白質來維持原來的記憶的穩定，記憶提取激活后在外周或記憶相關腦區(如，海馬、基底外側杏仁核、伏隔核)注射蛋白合成抑制劑能阻斷原來形成的成癮記憶。ERK是參與成癮記憶再鞏固過程的重要分子，藥物相關的環境線索在喚醒成癮記憶時能夠激活ERK的表達，記憶喚醒后抑制ERK通路可阻斷記憶的再鞏固過程，從而消除或減弱原來的成癮記憶，抑制ERK通路下游的鋅指蛋白(Zif268)的表達同樣能干擾記憶的再鞏固。說明ERK通路是成癮記憶再鞏固的關鍵環節，這種反復的再鞏固過程和其積累效應會導致一段時間內相關記憶不容易消退致使成癮記憶長期存在。記憶再鞏固的表觀遺
傳機制研究可能是該領域研究的一個新的趨勢。
3.2 成癮過程中促進記憶的基因與抑制記憶基因的表觀遺傳學改變
許多基因參與記憶形成、鞏固、保持與提取過程，一類是記憶促進基因(memory promoting genes)，另一類是記憶抑制基因(memory suppressing genes)。目前大多數研究關注記憶促進基因在記憶形成過程中的作用，發現了一些在短時記憶轉化為長時記憶過程中起關鍵作用的基因。相對于記憶促進基因研究取得的重要進展，目前對記憶抑制基因情況知之甚少，蛋白磷酸酯酶1(proteinphosl)hatase1，PP1)與cAMP反應元件結合蛋白2(CREB2)是目前已知的兩個抑制長時記憶形成的分子，二者都是多巴胺受體激活后誘發的cAMP/PKA/CREB通路的重要環節，抑制PP1與CREB2基因的表達則促進短時記憶向長時記憶的轉換。提示這種甲基化的發生與記憶形成過程中匹配的環境線索相聯系，即在條件化的過程起重要作用。因此，綜合研究成癮藥物作用先記憶促進與記憶抑制基因的表觀學變化便于更清晰的闡明成癮記憶長期存在的分子機制。
3.3 存在的問題
許多表觀遺傳調控子的特異性拮抗劑的缺乏阻礙了精神障礙相關的染色質重塑的研究。所有的可用的組蛋白去乙?；?HDACs)的拮抗劑都是非特異性的，能夠阻止所有一型和二型的HDACs。更別說一些特定的HDACs(比如三型HDACs:termedsirtuins酵素和二型HDACs:HDAC6)除了組蛋白還能使其他蛋白質脫去乙?；?，這就使對這些抑制劑的生物學作用的解釋更加復雜化了。特定HDACs或其他染色質重塑的特異性抑制劑才能使我們區分出精神病理現象中表觀遺傳調控機制所起的特定的作用。
表觀遺傳學的應用范文4
摘要：乳腺癌是女性常見腫瘤，近年來發病率逐年上升，乳腺癌易感基因1（BRCA1）已經證實與乳腺癌的發生發展有密切關聯。新輔助化療在乳腺癌綜合治療中的作用已得到廣泛證實，是對非轉移性的腫瘤在局部治療前進行的全身性的、系統性的細胞毒性藥物治療?？梢燥@著降低乳腺癌患者臨床分期，提高患者生存率和生存期限，最常適應于乳腺腫瘤較大或有大量淋巴結轉移者，近來新輔助化療逐漸應用于早期乳腺癌患者。有研究報道乳腺癌患者BRCA1 基因表達水平高低與新輔助化療敏感性有關，可以解釋乳腺癌患者接受新輔助化療后有無緩解。
關鍵詞：乳腺癌；新輔助化療；BRCA1 基因
乳腺癌在全世界范圍內是最常見的女性腫瘤之一，占所有腫瘤的23%。每年約有1百萬新增病例。美國癌癥社會（American Cancer Society）發現，乳腺癌死亡率從1990年來一直在穩定下降，這得益于早期診斷的出現和越來越規范的治療體系。乳腺癌在中國大陸地區女性常見死亡原因中排名第四。隨著乳腺癌的發病率的提高，年輕女性患者也越來越常見，這可能主要與飲食逐漸西化，久坐的生活方式，生育的延遲以及外界環境中化學物質的污染有關。 1新輔助化療與乳腺癌BRCA1基因甲基化 乳腺癌易感基因（BRCA1）是1990年Hall等發現，與乳腺癌發生有緊密聯系的一組基因[1]，是主要的乳腺腫瘤易感基因。BRCAl基因定位于17q2l，長約81 Kb。共有24個外顯子，其中第1、4號外顯子不編碼氨基酸，第11號外顯子最長，約3.4 Kb，占整個編碼區的61％[2]。BRCA1基因突變的乳腺癌患者有獨特的病理學特征和基因表達方式?，F在相關研究人員正在對不同人群中乳腺癌患者BRCA1基因突變的范圍進行調查，我國臺灣地區的調查提示BRCA1基因突變與乳腺癌的發生關聯不大[3]。BRCA1基因啟動子甲基化被認為是基因表達缺失的機制之一，并且在9~32%的散發性乳腺癌中有表達。Hsu[4]等發現BRCA1基因啟動子甲基化在56%的早期散發性乳腺癌患者中存在。大多數BRCA1基因甲基化的腫瘤中BRCA1蛋白表達缺失或明顯減少,表明在這些腫瘤中存在表觀遺傳基因沉默。BRCA1基因啟動子甲基化的乳腺癌患者的雌激素受體和基底細胞表型表達下降[5]。 散發性乳腺癌患者雖然未發現體細胞BRCA1基因突變，但也存在其他機制導致BRCA1基因的失活[6]。表觀遺傳學修飾所致的基因沉默被認為是腫瘤抑制基因失活的重要機制。啟動子CpG島高度甲基化可致BRCA1表達缺失。表觀遺傳學上BRCA1基因失活和源于BRCA1基因突變者腫瘤中普遍的病理學特征有關。之前有統計證實大約10%的散發性乳腺癌患者中存在BRCA1基因CpG島區高度甲基化[7]。表觀遺傳學中BRCA1基因沉默所致的基因變化與BRCA1基因突變腫瘤中觀察到的變化相似。這些發現證實了表觀遺傳學中BRCA1基因失活在散發性乳腺癌發生發展中起到了重要的作用。目前還不是很明確表觀遺傳學的失活和BRCA1基因轉錄沉默是否與散發性乳腺癌中的三陰性乳腺癌或基底細胞樣乳腺癌特異性相關，一些研究報道的數據提示BRCA1基因表達缺失和三陰性乳腺癌相關，其他亞型則無[8]。 2新輔助化療與乳腺癌BRCA1基因表達 乳腺癌易感基因1（BRCA1）通過轉錄伴隨核苷酸切除修復在DNA修復中起著重要的作用。有報道散發性乳腺癌患者同時存在BRCA1甲基化和BRCA1的mRNA的表達缺失的情況。散發性乳腺癌患者中軀體BRCA1突變較為少見。然而大約30%的散發性乳腺癌和70%的卵巢癌患者中BRCA1基因存在表觀遺傳學調控下降的現象[9]。BRCA1表達能調節對化療的細胞應答。臨床乳腺癌研究提示BRCA1在預測對DNA損傷媒介和紫衫類為基礎的化療的應答中起到一定作用。 BRCA1 mRNA表達水平可以作為生存率的最強的預測指標。BRCA1基因在DNA修復中起著至關重要的作用。散發性乳腺癌BRCA1表達降低與基因突變無關，與BRCA1基因啟動子獲得甲基化及調控BRCA1基因表達的上游通路異常有關[10]。 BRCA1基因編碼在S期和G2期表達的細胞周期調控蛋白。在非小細胞肺癌中，患者生存率較低可能與BRCA1基因過度表達相關。在散發性乳腺癌中，BRCA1基因表達下降或缺失與腫瘤等級高，淋巴結分期高，腫瘤較大，侵襲血管，雌激素受體陰性，孕激素受體陰性及結局不好相關。BRCA1基因起著多功能的作用，在很多正常細胞功能中都有涉及。因此，功能性BRCA1基因表達缺失可能對化療的細胞應答有重要影響，尤其對用DNA損傷介質處理的患者可能有預測價值。 3展望 乳腺癌對新輔助化療的應答與生存率息息相關。從新輔助化療獲得最大生存獲益的患者即對新輔助化療完全應答。我們使用蒽環類藥物治療后BRCA1 表達水平作為疾病進展時間和總生存率的標記物,研究提示BRCA1 mRNA表達水平較低的散發性乳腺癌患者可能從蒽環類藥物為基礎的化療中得到最大獲益。一部分散發性乳腺癌患者BRCA1表達較低下，使用以DNA損傷為基礎的化療藥物后，BRCA1基因突變攜帶者與BRCA1基因未突變攜帶者相比更可能達到病理完全緩解。使用以鉑類為基礎的化療藥物后，BRCA1 mRNA表達較低的散發性卵巢癌患者較BRCA1 mRNA表達較高患者有更長的生存期。 參考文獻： [1]Watanabe Y,Maeda I,Oikawa R,et al.Aberrant DNA methylation status of DNA repair genes in breast cancer treated with neoadjuvant chemotherapy[J].Genes Cells,2013,45（4):89-95. [2]Alili C,Pages E,Curros Doyon F,et al.Correlation between MR imaging-prognosis factors and molecular classification of breast cancers[J].Diagn Interv Imaging,2014,95(2):235-242. [3] Raphael J,Mazouni C,Caron O,et al.Should BRCA2 mutation carriers avoid neoadjuvant chemotherapy[J].Med Oncol,2014，31(3):850-855. [4] Mulligan JM,Hill LA,Deharo S,et al.Identification and validation of an anthracycline/cyclophosphamide-based chemotherapy response assay in breast cancer[J].J Natl Cancer Inst,2014，106(1):335-342. [5]Rovera F,Chiappa C,Coglitore A,et al.Management of breast cancer during pregnancy[J].Int J Surg,2013,11(4):64-68. [6]Badora A,Kaleta B,Nowara E,et al.Multiple primary malignancies in BRCA1 mutation carriers--two clinical cases[J].Ginekol Pol,2013，84(10):892-896. [7] Huszno J,Budryk M,Ko?osza Z,et al.The influence of BRCA1/BRCA2 mutations on toxicity related to chemotherapy and radiotherapy in early breast cancer patients[J].Oncology,2013，85(5):278-282. [8] Ratanaphan A.A DNA Repair BRCA1 Estrogen Receptor and Targeted Therapy in Breast Cancer[J].Int J Mol Sci,2012,13(11):14898-14916. [9] von Minckwitz G, Martin M. Neoadjuvant treatments for triple-negative breast cancer(TNBC)[J].Ann Oncol,2012,32(5):35-39. [10]Sousa B,Cardoso F.Neoadjuvant treatment for HER-2-positive and triple-negative breast cancers[J].Ann Oncol,2012,23(4):237-242.編輯/許言
表觀遺傳學的應用范文5
關鍵詞：生物科學 遺傳學 教學內容 重復
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.19.020
遺傳學是研究生物遺傳和變異規律的一門科學。它是現代生命科學教學中最重要的主干課程之一，是高等院校生物科學等相關專業必修的專業基礎課?，F今，遺傳學正以極快的速度向前發展，并不斷滲透到其它生物、醫學學科，這使得原本在遺傳學中講授的內容也同時出現在其他課程的教學內容中。這種現象反映了遺傳學在生命科學中的核心地位，也凸顯了高校遺傳學教學所面臨的教學內容重復問題。事實上，為體現一門課程的系統性、完整性和先進性，在編寫教材時，學科之間有關內容的相互滲透、交叉以至重復是不可避免的。但相同的內容在多門課程的課堂教學中反復出現會使學生失去學習興趣，浪費寶貴的課時，使教學效率大打折扣。本文將對該問題進行分析，并提出一些對策供同行討論。
1 遺傳學與其它課程教學內容重復的具體表現
目前，我國各大專院校生物、醫藥、農林等專業均開設有遺傳學。雖然不同專業的教學重點有所不同，但核心內容相對統一。遺傳學是筆者所在學院生物科學等專業本科生的一門必修課，這門課的任務是：引導學生牢固掌握遺傳學最重要的基本原理，熟悉各分支學科的主要理論與研究方法，了解遺傳學的重大理論與技術進展，熟悉遺傳學研究技術與實驗裝備，為學生畢業后在本學科以及相關學科中的發展打下堅實的基礎。
除遺傳學外，我院還為生物科學專業的學生開設有細胞生物學、分子生物學、基因工程、生物化學、微生物學等專業必修課。我們選用的遺傳學教材的內容基本上涵蓋了遺傳學的各個發展階段，其中，遺傳物質的細胞學和分子基礎、染色體的結構變異、基因突變與DNA損傷修復、原核生物和真核生物基因表達的調控等章節[1]與上述幾門課程的教學內容分別存在著不同程度的交叉（表1），有的甚至是其它課程的重點內容。尤以分子生物學、基因工程這兩門課的教學內容與遺傳學的相似度最高，這三門課幾乎都重復著共同的遺傳學問題――遺傳物質的結構、復制、轉錄、翻譯、調控、突變、重組等。另外，我院生物科學專業細胞生物學、分子生物學的開課時間與遺傳學相同，這使得遺傳學教學內容重復的問題更加突出。
表1 遺傳學教學內容在其它課程中的分布
2 問題的根源
其它課程的教學內容與遺傳學出現重復并不是偶然的，這種局面的形成與遺傳學自身的發展特點及其學科內涵有很大的關系。
遺傳學的研究進程按照不同歷史時期的學術水平和工作特點，大體上可劃分為經典遺傳學、生化遺傳學、分子遺傳學、基因工程學、基因組學和表觀遺傳學等數個既彼此相對獨立又前后互相交融的不同發展階段[2]。如果以半個多世紀前Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構為界，也可以簡單的將整個遺傳學的發展過程劃分為經典遺傳學（classical genetics）和分子遺傳學（molecular genetics）兩大階段：經典遺傳學以孟德爾遺傳學為基礎，主要研究性狀在系譜中的傳遞，即基因在親代和子代之間的傳遞問題；分子遺傳學則是在分子水平上研究生物遺傳和變異機制的遺傳學分支，主要研究基因的本質、基因的功能以及基因的變化等問題。
在整個遺傳學的發展史上，分子遺傳學的地位無疑是相當重要的。它的興起使遺傳學的面貌煥然一新，既系統地繼承和發展了經典遺傳學和生化遺傳學的研究脈絡，又全面地影響并滲透到后繼學科的各個領域。從內容上來看，分子遺傳學與分子生物學的學科界限十分模糊。通過對上述課程教學內容的分析我們也不難發現，那些重復的內容有相當一部分是分子遺傳學范疇的。另外，由于生化遺傳學和早期的分子遺傳學研究都以微生物為材料，因此遺傳學與微生物學、生物化學之間必然存在著千絲萬縷的聯系。而基因工程學、基因組學本身就是現代遺傳學的分支學科，它們成為生物科學專業的必修課或進入課堂教學是高校課程設置不斷細化和專業化的結果，也難免會與同時開設的遺傳學存在教學內容上的重疊。
3 解決教學內容重復問題的對策
教學內容重復無疑會影響教學效果。我們通過實踐發現，從授課內容本身、教師和學生、以及教學方法等環節入手，能夠有效地避免重復對教學帶來的不利影響。
3.1 合理調整教學內容
近些年來，同行們在遺傳學教學內容的調整上作了大量的改革和探索。常見的做法是根據自己的理解及理論專長跳躍式地分割講授，或根據自己的經驗對教學內容做出取舍，甚至有人提出只講經典遺傳學而放棄分子遺傳學。上述做法并不能有效地解決遺傳學的教學內容重復問題，相反會造成教學不成體系的局面，對“教”和“學”都很不利[3]；而如果無視教學內容重復的存在，貪多求全、面面俱到，對所有內容蜻蜓點水般逐一講解，又無法實現大學遺傳學教學深度和難度的提升。
我們認為，對遺傳學教學內容進行刪減是必要的，但必須遵循遺傳學的發展歷史和保持其完整的知識結構體系，不能大刀闊斧整章刪除，而應在重復章節內部進行微調，具體做法包括：精簡繁雜冗長的內容，下放學生能看懂的內容（自學），突出基礎性、應用性的內容，增加前瞻性的內容等。這就要求教師有較高的遺傳學理論修養，準確把握各章節特別是重復內容在整個遺傳學教學體系中的地位，做好教學內容的層次劃分，根據層次選擇不同的授課側重點。
3.2 加強授課教師之間以及師生間的協調溝通
教學內容重復已成為遺傳學等課程授課教師的共識，對各自的教學內容進行刪減無疑成了最簡單、最常用的一種解決方法。但如果大家在沒有交流的情況下對同樣的內容都作了刪除，重復的內容反而會變成被遺忘的內容。因此，積極促成遺傳學與其他相關課程任課教師間的溝通十分必要。
我們認為，集體備課是教師之間進行相互溝通的一種有效形式。通過這種方式，相關課程的教學人員能夠坐下來共同研究教學內容，在“知己知彼”的基礎上協調、統籌各自的授課章節，明確重復內容的教學分工，制訂滿足包括遺傳學在內的多門課程教學需要的授課計劃，做到各有側重而又不失體系的完整性。這不僅可避免實際教學過程中的低級重復，還能保證課程之間的相互銜接，有助于學生順利地掌握所有課程的教學內容。另一方面，還應當加強授課教師和學生之間的課內外交流。如：教師可在開課前召開師生座談會，了解所教班級學生對重復內容的掌握情況；開課后則根據學生的反饋，隨時調整教學方案。
3.3 優選教學方法
為了保持遺傳學完整的知識結構體系，所謂的重復內容不但不可不講，而且還要下功夫選擇合適的教學形式或方法來講。對于在其他課程已深入學過而在遺傳學中只需一般了解的內容，通過簡單的問答引導學生回顧這部分內容即可；對于對遺傳學新知識點有重要鋪墊作用的其他課程的基礎性知識，可采取布置學生課前或課中自學、再集中小結的方法幫助學生鞏固復習之，還要注意從遺傳學的角度闡明同一知識點，突出遺傳學的學科特色；對于其他課程僅略有涉及但在遺傳學中須進一步加深了解的內容，宜先勾起學生對這部分知識的點滴回憶，同時指出學生現有知識的不足，從而激發他們的求知欲，然后順理成章地講下去，在學生的高度關注中完成該知識點在遺傳學中的深入講授；對于一些有特殊作用的重復內容，則要綜合運用多種教學方法將其講好講透，如：減數分裂在遺傳學和細胞生物學的教材中均有詳細的描述，屬于重復的教學內容，但卻是理解遺傳的連鎖交換和重組的一把鑰匙；在整個遺傳學的教學過程中，應反復多次向學生強調和提及減數分裂過程中的染色體行為，將這部分知識遷移和滲透整合進連鎖遺傳分析、真核生物遺傳分析、細菌和病毒的遺傳分析等多個章節，使枯燥難懂的遺傳學分析過程變得易于理解，讓重復的內容為新的知識點和教學難點服務。
此外，遺傳學與其他課程之間還可以開展合作教學。如：我們嘗試將遺傳學和細胞生物學這兩門專業基礎課的實驗課合二為一，以綜合性大實驗的形式開設，從而將遺傳學和細胞生物學關聯起來，有助于學生從整體上把握這兩門課程，實現了教學資源的整合，提高了教學效率，較好地化解了教學內容重復的問題。
4 結語
遺傳學與多門課程教學內容的重復是客觀存在的，隨著生物科學專業課程設置專業化程度的提高，這種局面將變得愈來愈突出。因此，調整遺傳學教學內容勢在必行。但無論進行怎樣的調整，都必須遵循遺傳學的發展歷史、保持基礎遺傳學完整的知識結構體系。作為遺傳學的授課教師，既要關心遺傳學研究的最新動態，又要加強對遺傳學理論體系的整體把握和理解，只有這樣才能合理有效地解決遺傳學教學內容重復的問題，從而節約教學資源，提高專業課教學質量。
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作者簡介：袁茵（1981-），女，河南開封人，研究生，講師，從事遺傳學教學工作，廣東藥學院生命科學與生物制藥學院，廣東廣州 510006
陸幸妍，廣東藥學院生命科學與生物制藥學院，廣東廣州 510006
表觀遺傳學的應用范文6
[關鍵詞]先天性小耳畸形家族；FGF3基因；甲基化
[中圖分類號]R764.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-6455（2012）04-0611-02
Study of methylation of promoter of FGF3 gene in genetic microtia pedigree
LIU Jia-feng,SUN Jia-ming,LI Xiao-dan
(The department of plastic and reconstruction, Union hospital ,Tongji medical college, Huazhong science &technique university,Wuhan 430022,China)
Abstract: Objective To explore the methylation in promoter of FGF3 gene in genetic microfia pedigree. Methods The methylation in FGF3 gene in 32 people of genetic microtia pedigree and 20 healthy controls were measured using Methylation-specific PCR(MSP). Results The methylation of FGF3 gene in microtia were significantly lower than those in control(P
Key words:Genetic mierotia pedigree;FGF3 gene;Methylation
小耳畸形是常見的先天性疾病，對其基因學的研究雖有一定的定位，然而，目前仍未明確某個基因的改變必然引起小耳畸形的發生。FGF3是脊椎動物頭部軟骨形成的關鍵調節因子，FGF3及FGFR2基因的突變可能導致在胚胎時期軟骨細胞分化及遷移的障礙，有學者發現一家系FGF3基因上存在三個純合子突變，并認為該突變與內耳發育不良及小耳畸形有密切相關[1]，而FGF3基因啟動子甲基化狀體及其在遺傳性小耳畸形發生中的作用至今仍未見報道，本文擬通過對遺傳性小耳畸形家系的研究，了解家系成員中FGF3基因啟動子甲基化狀態及其在小耳畸形發生中的作用。
1 資料和方法
1.1 研究對象：選取2007年7月～2011年7月在華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院整形外科就診的遺傳性小耳畸形家系4個，選其健在的直系親屬32人進行研究，其中男性19人，女性13人，年齡5～57歲。選擇同期就診的耳廓正常、無其他先天性畸形家族史的患者20例為對照。
1.2 實驗方法
1.2.1標本采集及DNA提?。撼槿山M病例空腹靜脈血6ml,4℃保存備用，血標本收集完成后，提取血樣中的DNA，用分光光度計定量，瓊脂糖凝膠電泳質檢。質檢合格的DNA將濃度調整后，置-20℃儲存備用。
1.2.2 亞硫酸氫鈉處理基因組DNA：參照甲基化特異性PCR方法，用亞硫酸氫鈉處理基因組DNA，用2.5倍體積預冷無水乙醇和2μl糖原沉淀DNA，-40℃ 過夜；然后用70%乙醇洗滌沉淀2次，干燥后用30μl去離子水溶解，-4O℃ 保存。
1.2.3 甲基化特異性PCR：設計FGF3基因甲基化引物正義鏈和反義鏈，非甲基化引物的正義鏈及反義鏈?？傮w積為30μl反應液中含DNA 5μl，10×緩沖液3μl，MgCl22.5mmol/L，引物0.5μmol/L，dNTP250μmol/L，Hotstar Taq 0.5μl。MSP反應條件：95℃,15min，95℃, 30 S，60℃ 30s，72℃ 30s，35個循環，72℃ 延伸10min。
1.3 統計學方法：采用SPSS11.5軟件統計數據，血漿FGF基因甲基化分析采用χ2檢驗，P≤O.05為差異有統計學意義。
2 結果
實驗組血漿FGF3基因甲基化程度明顯小于對照組（P
3 討論
3.1 先天性小耳畸形是常見的先天性疾病，其發病率較高，約1/7 000[2],它主要因為胚胎時期第一鰓溝及其鄰近的第1、2鰓弓的發育異常引起的一組頜面畸形，主要表現為外耳及中耳的異常，傳導性或混合性耳聾，有時伴有耳前凹陷或副耳[3-4]。其病因尚不明確，環境和遺傳是重要發病因素，遺傳因素雖不是小耳畸形的主要致病因素，但目前家族遺傳性小耳畸形的報道并不鮮見[5-6]，基因改變在小耳畸形發生中的作用受到學者們的廣泛重視。
3.2 傳統的基因突變是指存在DNA序列改變的可遺傳的基因表達的改變，但是近年來發現以DNA甲基化、組蛋白修飾[7]及染色質重塑等為主的沒有DNA序列變化的改變，可產生可以遺傳的基因表達改變，統稱為表觀遺傳學改變。DNA甲基化是指CpG二核苷酸中的胞嘧啶第5位碳原子被甲基化，在DNA序列不變的情況下，控制基因的表達，調節DNA重組及某些特定基因組區域的轉錄活性。DNA的甲基化狀態改變作為一個表觀的標簽，易于受激素、飲食以及藥物等外界因素的可逆的修飾，標示出該基因是沉默或表達。當甲基化程度越高，基因就越“沉默”，反之亦然。在腫瘤疾病中DNA甲基化改變表現為整個基因組低甲基化、局部基因高甲基化[8]。潘博等[9]前期研究未發現小耳畸形患者中存在EYA1基因突變位點，林琳[10]等對該基因啟動子的甲基化狀態進行研究，結果發現存部分區域的低甲基化，并推測可能與小耳畸形的發病有關。
3.3 FGF3是脊椎動物頭部軟骨形成的關鍵調節因子[11]；而在胚胎肢體發育中，成纖維細胞生長因子受體（FGFRs）在由干細胞向軟骨細胞分化中發揮重要的作用。Hellingman等[12]認為FGFR2在人間充質干細胞向軟骨誘導分化的第一期，即間質凝集期有明顯的表達，表明FGF3及其受體信號途徑在軟骨發生過程中起重要的作用。FGF3及FGFR2基因的突變，可能導致在胚胎時期軟骨細胞分化及遷移的障礙。有學者發現FGF3上存在的三個純合子突變（p.S156P，p.R104X，及p.V206SfsX117）與以內耳發育不全、小耳及小牙癥為表征的綜合征性耳聾有密切相關[1]；目前雖尚未見小耳畸形患者中存在FGF3基因甲基化改變的相關報道，對于其基因甲基化狀態的研究將進一步解釋FGF3基因與小耳畸形發生的關系。
3.4 筆者的研究發現在FGF3基因啟動子上存在低甲基化狀態，提示可能與小耳畸形的發生有關，其機制可能是因為FGF3基因具有基因劑量效應，即劑量達到一定閾值基因才能發揮正常功能，所以同一家系不同成員中存在外顯不全或表觀度變異。此外，基因低甲基化也可能引起患側組織染色體重構，并進而導致細胞表型的變化。進一步的研究將詳細了解哪些具點的甲基化改變，以及FGF3整體的低甲基化改變對基因表達及耳軟骨細胞發生及遷移的影響。
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