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表觀遺傳學意義范文1
一般意義上的遺傳學指基于DNA序列改變導致基因表達水平的變化,如基因突變、基因雜合丟失和微星不穩定等,表觀遺傳學指非DNA序列改變,是細胞內除了遺傳信息以外的其它可遺傳物質發生的改變。表觀遺傳學研究主要包括染色體重塑、組蛋白修飾,DNA甲基化,非編碼RNA調控等。
真核細胞的特征是有細胞核,細胞核包含了真核生物幾乎所有的遺傳物質。真核生物基因組DNA儲存在細胞核內的染色質中,核小體( nucleosome) 是構成真核生物染色體的基本結構單位。各核小體串聯而成染色質纖維,核小體DNA長度約為165個堿基對,其中纏結在組蛋白八聚體周圍的核心DNA( core DNA) 約1. 65圈,約合147個堿基對,而相鄰的核小體之間的自由區域( linber DNA) 為20 - 50個堿基的長度,也就是基因組的75% ~ 90% 被核小體所占據。組蛋白八聚體由H2A、H2B、H3和H4各2個拷貝組成,每個核心組蛋白都有兩個結構域: 組蛋白的球形折疊區和氨基末端結構像一條尾巴( tail) 位于核小體的球形結構以外,可同其它調節蛋白和DNA發生相互作用,染色體的高級結構和基因的轉錄調控都與組蛋白密切相關。核小體組蛋白的尾巴可以發揮信號位點的作用。
上面已談到表觀遺傳學是指非DNA序列改變,而是改變染色質結構導致基因表達水平的變化。那么,染色質結構改變如何導致基因轉錄和表達水平改變的呢?
其一,在細胞里,DNA-染色質的形式存在,核小體是染色質的基本結構單位,75% ~ 90% 的基因組存在其中,核心組蛋白的尾巴的各種位點通過多種轉移酶的作用,發生共價修飾,組蛋白通過電荷相互作用( 組蛋白尾巴帶正電荷,DNA帶負電荷) 如組蛋白乙?；揎椏梢酝ㄟ^電荷中和方式削弱組蛋白-DNA或核小體 - 核小體的相互作用,或引起構象的變化,破壞核小體結構,使DNA接近轉導機構,激活轉錄。
其二,為保證染色質的DNA與蛋白質的動態結合,細胞內產生了一系列特定的染色體重塑復合物,也稱重塑子,它們利用水解ATP的能量通過滑動、重建、移除核小體等方式改變組蛋白與DNA結合狀態,使蛋白質易于接近目標DNA。依據重塑子包含的ATP酶中催化亞基結構域的不同,把重塑子分為SWI/SNF、ISWI、CHD、IN080四大家族。組蛋白修飾后如乙?；慕M蛋白可以募集轉錄復合物進入到一個基因位點,影響轉錄。
2 認知過程中的表觀遺傳學機制
通過新信息或經驗獲得的記憶可保持數月、數年,甚至終生,而長時間保持存活的蛋白質或mRNA的半衰期只有24 h,顯然,二者之間存在很大的矛盾,那么記憶的物質基礎到底是什么? 1984年,Crick提出了一個假設,即記憶編碼在染色體的DNA上,雖然當時他并不是十分確信,但現已澄清,染色體是信息的攜帶者,而且可以代代傳下去,染色體結構或化學上的改變與認知功能的關系可作如下的理解: 表觀遺傳學的改變是對來到大腦的信息、應激和神經元活性改變做出結構上的適應,最終將信息帶至并激活特異性基因表達程序。目前研究證明,在腦的一些區域發生的表觀遺傳學改變如組蛋白的乙?；?、甲基化、磷酸化可以穩定地改變動物的行為,包括學習、記憶、抑郁、藥物依賴、突觸可塑性等等,為長記憶的形成、鞏固和突觸可塑性的形成、維持提供解釋[5,6,7,8]。
閱讀近十幾年發表的有關表觀遺傳學文章后,解決了長期以來認知過程中令人費解的一些問題,本文著重介紹在腦的不同區域( 主要是海馬和腦皮層) 組蛋白修飾和DNA甲基化在認知過程中的作用及其可能的機制。
2. 1組蛋白乙?；痆9,10,11]一系列表觀遺傳學改變都能影響記憶過程,其中組蛋白乙?；?具有明確、顯著地促進記憶的形成和鞏固。組 蛋白乙酰 化是通過 組蛋白乙 ?；? HATs) 催化完成的。HATs將帶正電荷的乙酰基轉移到組蛋白N末端尾區內賴氨酸側鏈的-氨基。組蛋白乙?；副环殖?個主要家族: GNAT超家族,MYST家族和P300 /CBP家族。將乙酰基從組蛋白移走,由組蛋白去乙?；? HDACs) 催化完成,HDACs被分成4類: Ⅰ類,鋅依賴型HDACs,Ⅱ類和Ⅳ類HDACs,Ⅲ類NAD依賴性HDACs。在哺乳動物中,海馬在記憶形成中起重要作用。許多學者以海馬區域作為研究對象,研究了組蛋白乙酰化對條件性恐懼中的背景記憶( contextual memory) 和空間記憶的影響。研究證明組蛋白乙?；蛞种艸DACs活性都能增強條件性恐懼中的背景記憶和Morris水迷宮中的空間記憶以及增加突觸可塑性( synaptic plasticity) 。應當指出的是,腦中組蛋白乙酰化不是獨立于其它組蛋白修飾而存在,而是在組蛋白乙?；耐瑫r,也往往存在組蛋白磷酸化、甲基化。組蛋白乙?；魅趿私M蛋白與DNA之間的靜電親和力,從而促進染色體結構接近轉錄基因機構,引起基因持續性改變,增加神經元活動,乙?；?飾后的組 蛋白也可 以募集其 它相關因子[10,11,12,13],如轉錄復合物,進入到基因位點,影響轉錄。
2. 2 組蛋白乙?；恼{節機制[14,15,16]
2. 2. 1神經元活性與組蛋白乙?；M蛋白乙?；捎稍S多類型的神經元活性所調節,例如,KCl介導的神經元去極化引起海馬培養中的核心組蛋白H2B乙酰化的增加,再如,特異性受體激動劑可興奮多巴胺能、乙酰膽堿能、谷氨酸能途徑,增加小鼠海馬H3K14和H3S10的乙?；?在所有這些情況下,組蛋白乙酰化都伴有細胞外調節激酶ERK( MAPK家族中的一員) 的激活,直接激活MAPK-ERK信號途徑可增加組蛋白乙?；?而MAPK-ERK抑制劑則可阻斷組蛋白乙?；痆16,17,18],這些研究表明,神經元活性引起組蛋白乙酰化是通過MAPK依賴性途徑的激活,而且也可能是通過H3S10磷酸化之間的對話。后者常與在蛋白乙?；瑫r存在,從染色體脫離的HPAC2引起的神經活性,也能改變組蛋白的乙?；?用BDNF刺激皮層神經元,能引起HDAC2在胞嘧啶262和274位的硝基化及隨后組蛋白的高乙?；半S后組蛋白的乙?；?并伴有神經營養因子依賴性基因表達的增強。已知MECP2可增加BDNF的表達,但被HDAC2負面調節。因此,神經活性參與了以HDAC2和BDNF為中心的正性反饋,該系統導致組蛋白乙?；突蜃陨淼某掷m表達。
2. 2. 2突觸可塑性與組蛋白乙酰化長時程突觸可塑性涉及突觸維持和交流有關基因表達的改變,已有充分材料證明,組蛋白乙?；龠M這一改變,例如在海兔( Aplysia) 組蛋白乙?；苷T導長期易化 ( LTF) 并伴有CREB結合蛋白CBP的增加[19],類似的改變也在突觸素( synapsin) 的啟動子區域觀察到,突觸素與LTF和LTD均有關。不過,伴有CREB乙?；臏p少,正常情況下,誘導LTF需施加強電刺激,但如果提前給予RNA干擾( RNAi) ,弱的電刺激也能誘導LTF。這一發現提示,組蛋白乙?；潭扰c突觸可塑性程度密切相關,HDAC1能增加天然存在的突觸傳遞過程,在哺乳動物的LTP也與組蛋白乙?；接嘘P。LTP誘導可平行出現H3和H4組蛋白乙?；脑黾?從研究中還明顯看出LTP促進乙?；?改變特異地存在于與突觸傳遞有關基因如Reelin和BDNF啟動子區域,這一結果與前述看法一致,即在組蛋白乙酰化過程中存在一個基因自身持續性改變的正性反饋系統。此外,有關HATCBP的研究表明,增加組蛋白乙酰化能促進LTP,部分或完全缺失CBP功能的小鼠出現組蛋白乙?；降南陆岛蚅TP形成受阻。不過,不依賴轉錄的早期LTP不受影響。
2. 2. 3記憶形成與組蛋白乙?；痆20,21]在低等生物和哺乳動物進行的研究證明,不管哪種記憶類型或哪種記憶時相( 記憶獲得,鞏固和再現) 都能對組蛋白乙酰化進行調節,例如背景性和線索性恐懼記憶( fear memory contextual and fearmemory cued) 都能增加H3乙?；?小鼠眨眼條件反射( eyeblink conditioning) 和大鼠潛伏抑制 ( latent inhibition) 能分別增加組蛋白H3和H4乙酰化,大小鼠物體識別記憶( Objectrecognition memory) 伴有H3和H4乙?；脑黾?此外優先食物轉換( social transmission of food preference) 和食物厭惡記憶( food aversion memory) 等均能增加H3乙?；?空間記憶( spatial memory) 伴有H2B,H3和H4乙?；?/p>
從上述組蛋白乙?；芯康恼撌隹傻贸鲆韵聨c結論:
( 1) 組蛋白乙?；?不是脫離開其它組蛋白修飾而獨立存在,即在發生組蛋白乙酰化的同時,也有組蛋白磷酸化、甲基化等的發生,其它表觀遺傳學改變對組蛋白乙?；鹆藚f同作用。
( 2) 神經元活性可調節組蛋白乙?；?神經元活性的啟動需要MAPK-ERK信號途徑的激活。
長記憶和突觸長時程增強均涉及許多基因的轉導和表達,最常見和最重要的基因包括即早基因Zif/268,Creb,Bdnf和Reelin等。
( 3) 許多種類的神經活性存在一個以BDNF和HDAC2為中心的正性反饋系統,該系統可導致組蛋白乙酰化和基因自身持續表達程序。
( 4) 在多種生物體和細胞研究中觀察到各種不同類型的記憶模式和不同記憶時相都能引起組蛋白乙?；?進而促進記憶和有關基因的轉錄和表達。
( 5) 組蛋白乙?；芤痖L記憶的形成和鞏固,但對無須轉錄的短記憶和早期LTP沒有影響。
2. 3神經元活性是如何引起組蛋白乙?；?它的作用機制是什么?[11]途徑之一,神經元活性包括LTP和學習激活G蛋白偶聯受體( GPCRs) ,然后依次激活腺苷環化酶( AC) 產生c AMP,后者激活PKA,PKA磷酸化MEK( MAPK家族中的一員) ,MAPK的家族成員能直接磷酸化組蛋白,隨后啟動組蛋白乙?；?/p>
途徑之二,神經元活性可通過鈣內流引起膜去極化,然后激活CAMKⅡ,后者磷酸 化甲基-CPG結合蛋白2( MECP2) ,使MECP2從染色體脫離出來,Calmodulin刺激BDNF啟動子區域的基因轉導。BDNF激活一氧化氮合酶導致組蛋白乙?；?( HDAC2) 的硝基化,在硝基化作用下,HDAC2從染色體中脫離出來并強化硝基化,結果引起BDNF表達并參與正性反饋系統,進而促進記憶 - 持續性基因表達的改變( 見Fig 1) 。
其他一些學者的研究工作指出: 激動NMDA受體,抑制磷酸二酯酶( PDE) ,增加細胞內鈣等多種途徑均可激活PKA,PKA則可直接激活CBP,如前所述。含有乙酰轉移酶活性的CBP與CREB結合,是提高突觸可塑性形成長記憶的必備條件; NO啟動組蛋白影響記憶的機制有二,一是激活N0-cG MP-Ca MKII-CREB磷酸化的信號轉導途徑; 二是NO依賴性的HDAC的5-硝基化,可增加組蛋白乙?；?而NO供體與5-硝基谷胱甘肽,可抑制HDAC活性,因而,也能增加組蛋白乙?；?。此外,神經元活動或突觸活動引起胞外鈣內流入神經細胞內,使Me CP2的S421磷酸化,S80去磷酸化,后者從染色質分離出來,發揮對神經可塑性和記憶的調控作用。
2. 4 RNA干擾 ( RNA interference,RNAi)指內源性或外源性雙鏈RNA( dsRAN) 介導細胞內mRNA發生特異性降解,導致靶基因表達沉默,產生相應功能表型缺失,RNA干擾下的基因沉默是表觀遺傳學的重要內容,人工合成的小RNA( SiRNA) 包括miRNA和SiRNA。小RNA序列較短,能指導Argonaute蛋白識別的靶分子并導致基因沉默。
已證明,組蛋白去乙?；窰DAC阻遏學習記憶,并在細胞內有廣泛分布,人工合成HDACi顯然有重要的治療價值,HDAC2的結構很接近HPAC1,盡管如此,科學家們還是合成許多類型的HDACi,上述各種類型學習記憶和突觸可塑性模型證明使用HDAC2i可促進記憶,增強LTP,阻遏記憶下降。
3 組蛋白和 DNA 甲基化[20,21]
甲基化可發生在組蛋白,也可發生DNA上。盡管這二種甲基化產生的方式、調節機制和涉及的酶與蛋白等有所區別,但二者甲基化的結果是一致的,即他們都能激活基因的轉錄與表達,從而促進長記憶的形成和提高突觸可塑性。這點學術界的看法一致,沒有任何異議。下面將重點介紹組蛋白和DNA甲基化是如何形成,又如何影響基因轉錄及長記憶和突觸可塑性的?
真核細胞中,甲基化只發生在胞嘧啶第五位碳原子上,是由甲基轉移酶所催化,以S-腺苷甲硫氨酸( S-adnosylmethionine,SAM) 作為甲基供體,將甲基轉移到胞嘧啶上,DNA甲基化主要發生在Cp G雙核苷酸序列的胞嘧啶上,哺乳動物異染色質的DNA約有80% 的CPG被甲基化,根據作用方式和反應酶不同,DNA甲基化分為兩種: 維持甲基化( maintenance methylation) 和從頭甲基化 ( de novo methylation) ,前者與DNA復制相關聯。當甲基化的雙鏈DNA被復制生成兩條的新的雙鏈DNA后,只有親代鏈是甲基化的,甲基轉移酶是DNMT1,后者則是DNA上甲基化狀態的重新構建,它不依據DNA復制在完全非甲基化的DNA堿基位點上引入甲基,是甲基化的建立機制。甲基轉移酶依賴于DNMT3a和DNMT3b的活性。
對基因轉錄的影響: 目前研究發現,組蛋白精氨酸甲基化常伴隨轉錄的激活,賴氨酸殘基上的甲基化則因賴氨酸所在的位置不同而有差別,賴氨酸甲基化發生在組蛋白H3的第4,第9,第27,第36,第79( K4,K9,K27,K36,K79) 位及H4K20位上,其中,在酵母和哺乳動物細胞中H3K4和H336位點被甲基化可以激活轉錄,而H3K9 K27 K79和H420的賴氨酸甲基化則可抑制轉錄。
DNA甲基化對基因表達的調節主要表現為抑制轉錄活性,一種可能的機制是由于DNA甲基化直接抑制了轉錄因子的結合,不能形成轉錄復合體,從而也就抑制了基因轉錄活性[16,18,20]。
對記憶的調節作用: Swati Gupta及其同事[21]研究了組蛋白甲基化對成年動物海馬部位記憶形成的影響,他們的研究得出如下主要結果: 恐懼記憶能觸發海馬CA1區H3K4三甲基化( 轉錄激活標志) 和H3K9二甲基化( 轉錄抑制標志)的變化; H3K4特異的甲基化轉移酶MⅡ缺失的小鼠出現長記憶形成障礙; 改變組蛋白甲基化與去乙酰化酶( HDAC) 抑制相偶聯; H3K4三甲基化明顯增加兩種基因 ( Zif/268和Bdnf) 的啟動子,這一事件出現在記憶鞏固期間,已知這兩種基因在記憶形成和神經可塑性中起重要作用。這些發現支持組蛋白甲基化在長記憶鞏固中扮演重要作用,其他許多學者也都證明DNA甲基化與記憶形成和儲存有關,如甲基化CpG結合蛋白1( methyl-Cp G-binding protein1) 基因缺失出現空間記憶能力喪失,甲基化CpG結合蛋白2 ( methyl-Cp Gbinding protein 2) 基因缺失的突變小鼠出現恐懼記憶、空間記憶和物體識別記憶的障礙。
海馬DNA甲基化,對記憶形成起重要作用,但海馬的改變是短暫的,訓練后1 d之內便恢復到基礎水平,長記憶以及記憶的鞏固和儲存依賴于腦的不同區域,據信長記憶的形成和鞏固主要依賴于背側前額葉前扣帶皮層( dm DFC) ,為此探討皮層組蛋白甲基化是否能促進長記憶的形成和鞏固十分必要。Miller等采用背景性恐懼記憶試驗探查皮層DNA甲基化對長記憶的影響,報道認為大鼠恐懼條件化環境中的背景記憶可維持數月,在這期間,近期( recent) 記憶會轉變成遠期( remote) 記憶,也即記憶從海馬( HPC) 轉變成依賴于dmP FC的記憶。首先,采用Me DIP即甲基化DNA免疫沉淀法測定皮層三種基因Zif/268,reln和Ca N的甲基化水平。動物試驗則觀察訓練后7 d的背景記憶,將動物分為背景組( C) 、休克組( S) 和背景加休克組( CS) 。結果表明,在所有組和所有測定時間點,即早基因Zif/268均為去甲基化,說明環境刺激能廣泛地改變dm PFC Zif/268的甲基化狀態,相反的,一個記憶正性調節基因Reln僅在受訓練的動物即CS組動物訓練后1 h內出現高甲基化,隨后即回歸對照水平,訓練后短時間內Ca N( 一種記憶抑制基因) 的甲基化無改變,但在訓練后1 d,這一基因出現持久的甲基化,隨后用BSP描繪訓練后7 d Ca B甲基化的改變,發現僅CS組動物有顯著的Ca N甲基化。為了解皮層DNA甲基化是否能反映聯合學習,動物在訓練前注射NMDA受體拮抗劑MK-801,證明MK-801干擾了訓練后7 d動物恐懼記憶的獲得( acquisition) ,也阻斷了訓練后2 d dmP FC Ca N和Reln的高甲基化,但不影響Zif/268的甲基化,進一步支持Ca N和Reln高甲基化是一種對聯合性環境信號的特異性反應。Frankland等前期研究觀察了訓練后不同時間對ACC( anterior cingulate) 恐懼記憶再現( retrieval) 的干擾。結果證明ACC在18 ~ 36 d( 近期記憶) 經干擾失去記憶再現,但不是訓練后1 d或3 d( 近期記憶) ,從這一結果估計記憶的鞏固出現在訓練后3 ~18 d,研究還證明皮層DNA甲基化可能在訓練后1周內出現,該時段也是皮層留下記憶痕跡的時間,隨后的實驗證明訓練后立即向背側HPC( CA1) 注射NMDA受體選擇性抑制劑AVP,證明APV不但能干擾學習,也能阻止訓練后7 ddmP FC Ca N和Reln甲基化,表明一次性海馬 - 依賴性學習經驗就足以驅動皮層長時間、基因特異性甲基化改變,為了進一步探討皮層DNA甲基化是否伴隨長記憶的形成,觀察了訓練后30 d的皮層甲基化及記憶鞏固的情況,結果證明在CS動物皮層的Ca N甲基化仍十分明顯,而且與長記憶的出現和維持的時間段相吻合,此外還觀察到在HPC有快速甲基化,而在dm PFC有持久的甲基化,以上研究闡明了以下幾個問題: 第一,海馬HPC可啟動學習記憶,產出過渡性短記憶,第二,長記憶的形成和鞏固依賴于dm PFC,第三,海馬和皮層記憶的形成均緣于海馬和皮層DNA的甲基化,或甲基化與其它組蛋白修飾的協同作用,第四,重要的記憶相關基因和受體包括Zif/268,Reln,Bdnf和NMDA受體。組蛋白甲基化是如何調整認知過程,它的生物學機制是什么?Day和Sweatt提出了闡明組蛋白甲基化是表觀遺傳學標志的假說[20],如在細胞內轉變成功能性后果,出現三種可能性: 第一、DNA甲基化驅使神經細胞的反應狀態發生了改變,即它允許、容納其它機制參與進來產生協同效應和維持更加長遠的改變; 第二、甲基化事件積極參與和改變基因的讀出,促進記憶的進行,例如增加突觸強度和突觸可塑性; 第三、表觀遺傳學機制幫助神經細胞無增殖( aplastic) ,在神經元無增殖的情況下可以以穩定突觸數量( synaptic weight) 的分布,后者是穩定記憶的必需條件,這一假設強調了突觸可塑性在記憶過程中的重要性,事實上,國際上近年的研究表明老年癡呆認知功能的衰減與老年斑、A腦內沉積及神經纖維纏結無明顯相關,由于突觸在信息傳遞、信息加工中的重要作用,許多學者都支持突觸功能降低( 包括突觸效能下降和突觸丟失) 是造成認知功能障礙乃至老年癡呆的主要原因,當前治療老年癡呆和各種認知障礙的治療方向都在尋找加強突觸效能,防止突觸丟失、增加突觸新生的新藥。
3. 1組蛋白磷酸化[25,26,27]組蛋白磷酸化修飾跟乙?；图谆揎椧粯泳哂姓{節認知功能的作用,這一修飾發生在組蛋白的H3、S1和S10絲氨酸殘基上,由一組蛋白激酶包括絲裂原和應激激酶( MSKI) 和Aurora激酶家族催化完成。組蛋白磷酸化可被蛋白磷酸酶PP1和PP2a所逆轉,這兩種脫磷酸化酶又可被其它分子級聯包括多巴胺和c AMP調節的磷酸蛋白32( DARPP32) 所抑制。最具特色的磷酸化標志存在于H3第10位( H3K10) 絲氨酸上,這一修飾招募了含有HAT活性的GCN5,因而能增加鄰近組蛋白賴氨酸殘基K9和K14的乙?；?這解釋了為什么組蛋白乙?；土姿峄３Ｍ瑫r存在。另外,H3S10磷酸化通過改變DNA和組蛋白尾部間的交互作用增加轉錄因子的結合。
許多研究工作已揭示組蛋白的磷酸化具有調節記憶形成的作用,編碼RSK2的基因突變能產生低咖啡攝入綜合癥( coffin-lowry) ,有精神遲緩、精神異常等表現。在動物模型上的研究,背景性恐懼條件反射形成后,H3S10磷酸化和H3S10 / K14磷酸乙?；杆僭黾?但ERK抑制后可阻斷其增加。同樣的,缺失MSKI的小鼠出現恐懼記憶和空間記憶障礙,這一缺陷卻不因給予HDAC抑制劑所逆轉,提示組蛋白磷酸化途徑與組蛋白乙?；⑿卸皇俏挥谝阴；南掠?與此相協調的是,組蛋白磷酸化酶PPI受抑制,能改善長時程物體識別記憶和空間記憶而不影響短記憶,從這些發現推測: 通過抑制PPI來增加組蛋白磷酸化對治療學習記憶障礙可能是一個有明顯特色甚至是互補的治療策略。
除學習記憶外,H3S10磷酸化也與藥物成癮行為學反應有關聯?？煽ㄒ蚩梢鸺y狀體H3S10磷酸化的增加,敲除MSKI的小鼠出現對服用可卡因行為反應的障礙。核內積累的DARPP-32能影響對可卡因和蔗糖獎勵的行為反應。組蛋白磷酸化也已被證實是抗精神病和抗巴金森氏癥下游的一個重要靶標,針對表觀遺傳學這一組蛋白磷酸化修飾設計和開發有治療潛能的化合物是很有意義的。一項有意義的研究指出,MSKI主要存在于神經元和紋狀體、杏仁核、海馬等腦區,MSKI這一選擇性分布是治療干擾藥物成癮的一個很好的候選者。
哺乳動物細胞Aurora激酶家族成員的結構和功能在進化上保守,根據該家族成員在細胞內的定位可分為3種: Aurora-A,Aurora-B和Aurora-C。Aurora-B是有絲分裂中組蛋白H3的第四位絲氨酸磷酸化所必需的激酶。組蛋白H3磷酸化主要由Aurora-B激酶控制,除MSK和Aurora外,IB激酶( nuclear,IKK) 復合物中的異構體( IKK) 也可以調控海馬區域組蛋白的磷酸化修飾,IKK是核因子B的一種去抑制調控子,抑制IKK可以阻止背景性環境下長期記憶的再鞏固( reconsolidation)[24]。
組蛋白磷酸化促進長記憶形成和鞏固的機制主要是磷酸基因攜帶的負電荷中和了組蛋白上的正電荷,造成組蛋白與DNA親和力的下降,使DNA容易接近轉錄機構,激活基因轉錄,這是長記憶形成所必需的,也解釋了為什么組蛋白磷酸化不影響短記憶。
在正常生理和表觀遺傳學的生化反應中,磷酸化使蛋白質和基因活化,隨后的生化和生物學反應才能繼續進行,所以在細胞繁殖、分化、細胞存活、DNA復制、轉導和重組、細胞凋亡以及信號轉導中發揮重要作用。
3. 2 其它組蛋白修飾與認知功能[27,28,29]
組蛋白泛素修飾涉及三類催化酶: 泛素激活酶( ubiquitin activating enzyme,E1 ) ,泛素接合酶 ( ubiquitin conjugatingenzyme,E2) 和泛素連接酶 ( ubiquitin protein ligase,E3 ) 。依賴這三種酶分三步進行泛素化修飾,第一步E1利用ATP形式存在的能量與泛素結合成高能硫酯鍵,構成泛素 - E1偶聯物將泛素激活; 第二步,通過轉酯作用將活化的泛素轉移到泛素結合酶E2的活性半胱氨酸殘基上; 隨后,E2將活化的泛素轉移至泛素連接酶E3上,形成高能量E3 - 泛素偶聯物,最后E3可直接或間接地促使泛素轉移到特異靶蛋白上,使泛素的羧基末端與靶蛋白的賴氨酸的-氨基形成肽鏈或轉移到已與靶蛋白相連的泛素形成多聚泛素鏈,有一個去泛素酶大家族,從賴氨酸殘基上移去泛素。
組蛋白泛素化有廣泛的細胞功能,最著名的是控制轉錄的啟動和延長,泛素酶/去泛素酶與其它組蛋白修飾,特別是與組蛋白甲基化有牽連,組蛋白泛素化與神經退性病變之間的關聯來自亨廷氏病,Huntington與泛素連接酶h PRC12存在交互作用。在多個亨廷氏病動物模型上觀察到泛素化的H2A的增加和泛素化的H2B減少,導致組蛋白甲基化模式的改變和基因轉錄下調,故以泛素連接酶為靶標設計藥物對亨廷氏病可能有潛在的治療價值。
多聚( ADP-核糖) 聚合酶[poly( ADP ribose) polymerases,PARPS]在與記憶行為有關的組蛋白修飾中起一定作用,PARPs可催化ADP核糖單位從NAD+轉移到組蛋白靶位點上,不僅可影響染色質的局部結構,還可影響轉錄因子及染色質重塑復合體的結合,在操作性條件反射和位置回避實驗中均證明PARP1可增加長記憶的形成。
3. 3衰老和神經退行性疾病的表觀遺傳學[27,28,29,30]衰老和年齡相關性神經退行性疾病是一個非常復雜的過程,過去有大量報道衰老與神經退行性疾病沒有太多差異,如老年癡呆出現各種病理改變也在衰老過程中出現,但從未從表觀遺傳學方面去尋找原因,現有的研究揭示,表觀遺傳學的異常修飾是衰老和神經退行性疾病的主要機制,其主要病理特征表現在兩個方面:
其一,組蛋白和基因組DNA甲基化的減少,在衰老和神經退化性疾病中表現突出,如神經細胞和基因組DNA亞甲基化( hypomethylation) 和甲基轉移酶( HAT) 活性缺失,在AD患者的病理性神經元和基因組DNA的亞甲基化水平更低。Mastroeni等用免疫組化方法檢測了死后AD和非AD( ND) 病人眶內皮層Ⅱ神經元的DNA甲基化和8種甲基化維持因子的免疫反應性,發現ND和AD神經細胞核具有甲基化胞嘧啶免疫反應陽性的神經細胞數分別為91. 7% 1. 3% 和39. 9% 3. 4% ,甲基化胞苷呈陽性的細胞數分別為91. 1% 1. 3% 和51. 8% 6. 1% ,即AD病人的兩種甲基化模式比ND病人明顯降低,DNMT,MOD2和P662均系甲基化維持因子,在ND病人神經元呈免疫反應陽性,而AD病人神經元免疫呈陰性,此外,RPL26和5. 8 SrRNA也有量的減少。
其二,HDAC2表達增加,研究證明神經退行性改變、衰老和長期應激都能引起HDAC2表達增加,如在神經退行性疾病和衰老時,神經毒性因子如A,氧化應激( H2O2) 和細胞內D25和CDK5激活,糖皮質激素受體( GR) 與臨近組蛋白HDAC2啟動子區的GR反應元件( CRE) 結合,增加腦內HDAC2水平,HDAC2優先與學習、記憶、神經可塑性有關的基因如BDNF結合,同時降低組蛋白乙?；突虻谋磉_,破壞BDNF介導的正性反饋系統,從而降低神經可塑性和記憶的形成與鞏固。
表觀遺傳學意義范文2
1 miRNAs與食管癌
miRNAs已經在食管癌組織樣本中得到了廣泛的研究（見表1）。
miR-21是較早發現的miRs，其基因位于染色體17q23上。Feber等[10]分析了一個小樣本，分別來源于新鮮凍存正常上皮（n=9）、ESCCs（n=10）、BACs（n=10）和前期病變（n=6），方法為miRNA芯片和生物信息學聚類分析，他們檢測到腫瘤中miR-21的表達量比正常上皮細胞增加了五倍。Akagi等[11]應用定量逆轉錄PCR發現miR-21在ESCCs中升高，特別是在那些伴有淋巴結轉移的患者中。由于ESCCs和BACs不僅由腫瘤細胞組成，還有不同比例的浸潤白細胞，在以上所有研究中測到的miR-21的特異性，需要根據所選腫瘤細胞和miR定位以及下游分析物的精確度來重新考慮。
2 DNA甲基化與食管癌治療
只有少數研究關注或檢測了ESCCs中DNA的低甲基化，Lima等[12]通過10個ESCCs病例，選取新鮮凍存腫瘤組織和正常鱗狀上皮，分析其DNA甲基化模式，數據顯示腫瘤高度甲基化基因有BCL3，屬于κB家族抑制劑，調節NFκB活性，以及TFF1，一個三葉草因子家族成員。BCL3或TTF1DNA甲基化以及蛋白質表達改變產生的功能上的結果仍然需要闡明。在另一項BACs全基因組甲基化研究中，Alvarez等[13]把一小組經組織學證實為BACs的新鮮冰凍組織樣本和與之相關的前期病變進行平行分析，分析內容包括：①全基因組胞嘧啶甲基化；②RNA文庫；③基于測序的比較基因組雜交。DNA甲基化檢測法是基于Hpall小片段富集連接介導的PCR，候選軌跡通過基于質譜的高通量定量甲基化PCR分析來驗證。值得重視的是，該研究揭示了與DNA高甲基化相比，DNA低甲基化在早期BAC致癌作用中的優勢。此外，文章作者檢測了一系列基因的DNA低甲基化，它們與免疫系統例如趨化因子（如CXCL1，CXCL3）有關。在BAC致癌作用過程中，DNA甲基化也發生在CpG島之外的基因區域。再有，通過結合DNA甲基化、RNA文庫、aCGH分析和體外功能試驗，Alvarez等人很好地支持了一個事實，即單個候選位點和/或DNA甲基化分析不足以揭示表觀遺傳、基因和功能性結果之間的復雜聯系。
總的來說，盡管受DNA甲基化調節的許多基因已經確定，但ESSCs和BACs中DNA甲基化和與之相關生物學效應和功能仍需進一步研究，期望能夠從分子病理學角度認識它們的致癌作用，進而在未來的工作中將靶向于DNA甲基化的藥物變成現實。
3 食管癌致癌作用和組蛋白修飾
食管癌組織樣本的組蛋白修飾研究局限于一系列排除ESSCs并且涉及到免疫組化染色得到的特異性組蛋白標志。另外兩個結合了ESCCs中幾種組蛋白標記的全方位研究也已經進行。Tzao等[14]檢測了組蛋白3賴氨酸18（H3K18ac）、乙?；M蛋白4賴氨酸12（H4K12ac）、二甲基化的組蛋白3賴氨酸4（H3K4me2），以及三甲基化組蛋白3賴氨酸27（H3K27me3）。在他們的研究中，組蛋白標記物與腫瘤分化（H3K18ac， H4K3me2， H3K27me3）、腫瘤階段和淋巴結狀態（H3K27me3），以及改善的預后（低H3K18ac， 低H3K27me3）有關。
考慮到HDACs對食管癌治療的潛在作用，它的幾種抑制劑起著越來越受重視，但目前這方面研究很少。Toh等[15]描述了ESCC中HDAC1下調和正常鱗狀上皮的比較。在一個更為全面的研究中，Langer等[16]收集了180例BACs，其中2/3患者的主要治療是切除腫瘤，另外1/3先接受化療。大體上，分別有50%和30%患者觀察到HDAC1和HDAC2表達減少。只有HDAC2與病理指標（腫瘤分化、淋巴結分期）有關，HDAC1和HDAC2都沒有顯示出對預后有影響。
我們相信，隨著研究的不斷深入，表觀遺傳治療將有望為食管癌的治療帶來新思路及方法，對預防及改善預后、減少復發等起到關鍵作用。
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表觀遺傳學意義范文3
1 dna甲基化和組蛋白乙?；?/p>
1.1 dna甲基化 dna甲基化是指在dna復制以后，在dna甲基化酶的作用下，將s-腺苷甲硫氨酸分子上的甲基轉移到dna分子中胞嘧啶殘基的第5位碳原子上，隨著甲基向dna分子的引入，改變了dna分子的構象，直接或通過序列特異性甲基化蛋白、甲基化結合蛋白間接影響轉錄因子與基因調控區的結合。目前發現的dna甲基化酶有兩種：一種是維持甲基轉移酶；另一種是重新甲基轉移酶。
1.2 組蛋白乙?；?nbsp; 染色質的基本單位為核小體，核小體是由組蛋白八聚體和dna纏繞而成。組蛋白乙?；潜碛^遺傳學修飾的另一主要方式，它屬于一種可逆的動態過程。
1.3 dna甲基化與組蛋白乙?；年P系 由于組蛋白去乙酰化和dna甲基化一樣，可以導致基因沉默，學者們認為兩者之間存在串擾現象。
2 表觀遺傳學修飾與惡性腫瘤耐藥
2.1 基因下調導致耐藥 在惡性腫瘤中有一些抑癌基因和凋亡信號通路的基因通過表觀遺傳學修飾的機制下調，并與化療耐藥有關。其中研究比較確切的一個基因是hmlh1，它編碼dna錯配修復酶。此外，由于表觀遺傳學修飾造成下調的基因，均可導致惡性腫瘤耐藥。
2.2 基因上調導致耐藥 在惡性腫瘤中，表觀遺傳學修飾的改變也可導致一些基因的上調，包括與細胞增殖和存活相關的基因。上調基因fancf編碼一種相對分子質量為42000的蛋白質，與腫瘤的易感性相關。2003年，taniguchi等證實在卵巢惡性腫瘤獲得耐藥的過程中，fancf基因發生dna去甲基化和重新表達。另一個上調基因synuclein-γ與腫瘤轉移密切相關。同樣，由表觀遺傳學修飾導致的mdr-1基因的上調也參與卵巢惡性腫瘤耐藥的形成。
3 表觀遺傳學修飾機制在腫瘤治療中的應用
3.1 dna甲基化抑制劑 目前了解最深入的甲基化抑制劑是5-氮雜脫氧胞苷（5-aza-dc）。較5-氮雜胞苷（5-aza-c）相比，5-aza-dc首先插入dna，細胞毒性比較低，并且能夠逆轉組蛋白八聚體中h3的第9位賴氨酸的甲基化。有關5-aza-dc治療卵巢惡性腫瘤的體外實驗研究結果表明，它能夠恢復一些沉默基因的表達，并且可以恢復對順柏的敏感性，其中最引人注目的是hmlh1基因。有關地西他濱（dac）治療的臨床試驗，研究結果顯示，結果顯示：dac是一種有效的治療耐藥性復發性惡性腫瘤的藥物。
3.2 hdac抑制劑 由于組蛋白去乙?；腔虺聊牧硪粰C制，使用hdac抑制劑（hdaci）是使表觀遺傳學修飾的基因重新表達的又一策略。根據化學結構，可將hdaci分為短鏈脂肪酸類、氯肟酸類、環形肽類、苯酸胺類等4類。丁酸苯酯（pb）和丙戊酸（vpa）屬短鏈脂肪酸類。pb是臨床前研究最深入的一種hdaci，在包括卵巢惡性腫瘤在內的實體腫瘤（21例）ⅰ期臨床試驗中有3例患者分別有4~7個月的腫瘤無進展期，其不良反應是短期記憶缺失、意識障礙、眩暈、嘔吐。因此，其臨床有效性仍有待于進一步在ⅰ、ⅱ期臨床試驗中確定。在vpa的臨床試驗中，kuendgen等在對不同類型血液系統腫瘤中使用vpa進行了ⅱ期臨床試驗，結果顯示，不同的患者有效率差異甚遠。辛二酰苯胺異羥肟酸（saha）是氯肟酸類中研究較深入的一種hdaci。其研究表明，體內使用安全劑量saha時，可有效抑制生物靶點，發揮抗腫瘤活性。大量體外研究結果顯示，聯合使用dna甲基化抑制劑和hdaci會起到更明顯的協同作用。
3.3 逆轉耐藥的治療 balch等使用甲基化抑制劑—5-aza-dc或zebularine處理卵巢惡性腫瘤順柏耐藥細胞后給予順柏治療，發現此細胞對順柏的敏感性分別增加5、16倍。在臨床試驗中，oki等將dac和伊馬替尼（imatinib）聯合使用治療白血病耐藥患者，結果說明，應用表觀遺傳學機制治療惡性腫瘤確實可以對化療藥物起到增敏作用，并且在一定范圍內其療效與體內表觀遺傳學的改變呈正比。kuendgen和pilatrino等對hdaci和化療藥物的給藥順序進行研究，結果顯示，在使用vpa達到一定血清濃度時加用全反式維甲酸可增加復發性髓性白血病和骨髓增生異常綜合征患者的臨床緩解率，這可能與vpa引起的表觀遺傳學改變增加患者對藥物的敏感性有關。
4 展望
總的來說，應用表觀遺傳學修飾機制治療腫瘤具有良好的應用前景，與傳統化療藥物聯合來逆轉耐藥，將給攻克惡性腫瘤等疾病帶來新的希望。
參 考 文 獻
表觀遺傳學意義范文4
【關鍵詞】 支氣管哮喘； 腫瘤壞死因子-α； 超敏C反應蛋白； 肺功能
doi：10.14033/ki.cfmr.2017.3.021 文獻標識碼 B 文章編號 1674-6805（2017）03-0040-02
支氣管哮喘（bronchial asthma）作為一種高發、常見的慢性氣道炎癥疾病[1]，嚴重威脅著人們的身心健康和生活質量。支氣管哮喘發病和加重的原因較復雜，是多種危險因素相互聯系并相互作用的結果，但炎癥反應是哮喘發作的本質。近年來隨著對支氣管哮喘研究的不斷深入，具有廣泛生物活性的腫瘤壞死因子TNF-α和急性時相反應蛋白hs-CRP參與哮喘發病的機制受到了國內外學者的廣泛關注，但目前國內相關研究多從單一指標與支氣管哮喘的關系展開，關于TNF-α和hs-CRP動態聯檢對于哮喘評估價值的研究仍較缺乏，本研究旨在探討TNF-α、hs-CRP在支氣管哮喘病情反應中的表達及意義并結合其與肺功能的相關性研究，以期進一步明確上述指標對支氣管哮喘發生發展的臨床意義。
1 資料與方法
1.1 一般資料
依據全球哮喘防治創議（GINA）有關診斷、治療標準確定本組46例研究病例（哮喘組）[2]，全部來源于筆者所在醫院，其中男28例，女18例，全部為成人病例，平均年齡（38.7±3.1）歲。納入標準：（1）均為支氣管哮喘急性發作期患者；（2）剔除伴有嚴重肝腎功能損害、內分泌、心腦血管系統疾病及惡性腫瘤患者；（3）排除結締組織、活動性肺結核病史者。同時篩選筆者所在醫院健康志愿者40例納入正常對照組，入組標準為：（1）入選前2周無急慢性細菌性感染史及無糖皮質激素治療史；（2）既往無心肺疾病史、吸煙史。兩組年齡、性別構成比及其他社會學資料方面比較，差異無統計學意義（P>0.05）。
1.2 方法
1.2.1 試驗方案設計 兩組所有入選者均于入組當日清晨取空腹靜脈血檢測TNF-α及hs-CRP濃度值，支氣管哮喘患者根據病情狀況選擇合理化綜合治療方案直至病情緩解，于出院當日晨再行抽取靜脈血檢測TNF-α及hs-CRP濃度值，比較哮喘急性發作期、緩解期患者及正常對照組血清TNF-α、hs-CRP表達水平的差異性，支氣管哮喘患者同時進行相關基礎肺功能指標測定，評價治療前后TNF-α、hs-CRP水平與肺功能的相關性。
1.2.2 檢測方法
1.2.2.1 基礎肺功能測定 采用德國耶格公司HI-017肺功能儀進行，所有受試者測試前休息10～15 min，未吸入支氣管擴張劑，均測試第1秒用力呼氣容積（FEV1）及用力呼吸肺活量（FVC），重復測定取最佳值，計算第1秒用力呼氣容積所占用力肺活量的比值（FEV1/FVC%）。
1.2.2.2 血清學試驗 所有受試者標本采集均在清晨空腹下進行（抽取肘靜脈血5 ml作為標本），EDTA抗凝后以3000 r/min的D速離心15 min，分離血清置于EP管中凍存（-80 ℃）待檢。血清TNF-α含量測定采用放射免疫分析法，試劑盒由科賽斯公司提供，雙管平行試驗標準曲線計算TNF-α值；血清hs-CRP含量檢測采用免疫比濁法，試劑盒由德國羅氏生物技術有限公司提供，hs-CRP水平正常參考值為0～3.00 mg/L；以上操作步驟均按說明書，注意質量控制。
1.3 統計學處理
應用SPSS 17.0統計軟件包進行數據分析，計量資料以（x±s）表示，多組間滿足正態性分布和方差齊性的均數比較行t檢驗，各因素間相關性分析行Pearson分析，P
2 結果
2.1 哮喘組患者治療前后血清TNF-α、hs-CRP水平及肺功能與正常對照組比較
治療前（急性發作期），哮喘組血清TNF-α和hs-CRP水平均顯著高于正常對照組（P
2.2 哮喘組患者血清TNF-α、hs-CRP表達的相關性分析及其與基礎肺功能的關系
支氣管哮喘急性發作期患者血清TNF-α水平與hs-CRP水平呈正相關（r=0.617，P0.05）。支氣管哮喘急性發作期患者血清TNF-α值與肺功能指標（FEV1%和FEV1/FVC%）呈負相關（r=-0.679、-0.634，P
3 討論
支氣管哮喘是一種特異性的氣道炎癥疾病，主要病理特征體現在廣泛多變的可逆性氣流受限、氣道的高反應性以及氣道的慢性炎癥，如何更好地控制支氣管哮喘并提高療效，已成為臨床迫切需要解決的問題。目前，關于支氣管哮喘發病機制的研究取得了一些進展，大量研究顯示，多種炎癥介質及細胞因子共同參與了本病的發病過程，其中嗜酸性粒細胞、肥大細胞、T細胞、中性粒細胞、氣道上皮細胞等多種細胞和細胞組分，對機體炎癥、感染或組織損傷及其不同病理階段產生著不同的作用[1-4]。近年來關于哮喘患病的相關炎癥因素，如前炎性細胞因子TNF-α及超敏C反應蛋白（hs-CRP）與哮喘發病及其反應機制的相關性受到學者重視，對未來支氣管哮喘的預測與防治產生了重要意義。
腫瘤壞死因子-α（TNF-α）常常被用作機體炎癥反應的一種特征性標志物，除此以外，在各種腫瘤疾病的診斷與監測等方面具有臨床意義。研究證實，TNF-α是一種以巨噬細胞和其他組織細胞共同激活的具有廣泛生物活性的細胞因子，主要由病變本身的固有成分刺激組織細胞產生，對多種細胞、介質的生長、分化形成抑制或誘導效應，正常情況下可刺激血小板活化因子及白介素-1、白介素-8等的釋放，誘導血管內皮合成纖維細胞合成激活NF-κB，在呼吸道組織內參與炎性細胞的黏附、游走和浸潤，從而加重氣道炎癥[4]。有文獻報道，血清TNF-α的水平可用來預測局部炎性病變的進展和轉歸。超敏C-反應蛋白（hs-CRP）是一種非特異性急性期反應指標，通過超敏感方法所測得，以極微的含量存在于血清或血漿中，文獻[5-6]報道，hs-CRP含量變化與機體炎癥、感染等病理損害有關，其往往在炎癥、感染、組織損傷或免疫反應等刺激下表達增殖，表現為相關機體組織中含量的增加，從而在局部或全身炎性病變控制評估中的敏感性高、特異性強。
本組研究采用開放對照的前瞻性研究方案，從分析TNF-α、hs-CRP在支氣管哮喘病情反應中的表達及其與基礎肺功能的關系角度作進一步研究。結果顯示支氣管哮喘患者血清TNF-α及hs-CRP水平較健康人群是明顯增高的（P
綜上所述，TNF-α與hs-CRP的表達在支氣管哮喘發病機制中起著很重要的作用，是病變進展和轉歸的重要因素之一，上述指標可作為評估支氣管哮喘病情發展及控制的關聯指標，臨床對TNF-α與hs-CRP的動態聯檢可以體現病情異質性、評價療效并指導評估預后。
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表觀遺傳學意義范文5
[關鍵詞] 表觀遺傳學；抑癌基因；DNA甲基化；胃癌
[中圖分類號] R735.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2012）36-0012-02
腫瘤的發生發展是一個多因素參與的復雜過程。眾所周知，腫瘤發生發展的主要原因為原癌基因的激活和抑癌基因的失活，目前越來越多的證據表明，其發生機制除遺傳學改變外，表觀遺傳學改變也占有非常重要的地位。目前在表觀遺傳學機制中研究最多的是DNA甲基化。胃癌是最常見的惡性腫瘤之一，其發病機制與DNA甲基化狀態的改變密切相關。
1 表觀遺傳學與胃癌
表觀遺傳學（Epigenetics）是指基于非基因序列改變所致的基因表達水平變化，主要包括DNA甲基化、染色質構象改變和組蛋白修飾等[1]。DNA甲基化是指在DNA甲基轉移酶（DNMT）的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體，將甲基轉移到胞嘧啶5位碳原子上[2]。
腫瘤中的表觀遺傳學改變是由Feinberg和Vogelstein兩位科學家于1983年首次描述的，他們發現在腫瘤中同時存在兩個互相矛盾的表觀遺傳現象，即全基因組低甲基化和局部高甲基化[3]。研究表明，全基因組的低甲基化可以導致ras、c-myc等原癌基因激活，而DNA啟動子區CpG島的高甲基化可以導致p16、APC等抑癌基因失活，兩者協同作用，從而促使腫瘤的發生。
胃癌（gastric cancer，GC）由于其患病率高、預后差、有限的治療選擇等，仍然是全球范圍內一個重要的臨床挑戰。雖然胃癌的發病率逐年下降，但它仍然是癌癥死亡的第二大原因和四個最常見的惡性腫瘤之一[4]。研究表明，相比其他類型的癌癥（如大腸癌），胃癌中基因突變的頻率相對較低，而以DNA甲基化為主的表觀遺傳改變卻發揮了關鍵作用。
2 抑癌基因甲基化與胃癌
目前，DNA甲基化研究最深入的方向是抑癌基因（tumor suppressor genes，TSGs）的異常甲基化。Bird等研究發現DNA啟動子區CpG島甲基化可導致腫瘤細胞抑癌基因失活。從此，表觀遺傳改變在腫瘤發生和發展中的作用受到了人們的高度重視，并成為了研究的熱點[4]。人類基因組中，約有50%基因的啟動子區5'端富含CpG，這種區域稱為CpG島（CpG island），其長度不小于500 bp、GC含量不少于55%。CpG島在正常情況下一般處于非甲基化狀態，當其發生甲基化時，基因的空間結構也隨之改變，表達受到抑制。
越來越多的研究證實，胃癌的發生與抑癌基因啟動子區CpG島的異常高甲基化密切相關[5，6]。目前已知胃癌中，包括p16、APC、CDH1、RASSF1A、CHFR、DAPK、PTEN和RUNX3等數十個抑癌基因，均是由于高甲基化而失活的[7]。這些基因參與DNA修復、調節細胞周期、信號轉導等多個細胞生理過程，與胃癌的發生發展具有密切關系。以下是幾個近年來研究較熱門且具有代表性的抑癌基因。
2.1 PTEN基因
PTEN基因定位于人染色體10q23.3，由9個外顯子組成，編碼由403個氨基酸組成的蛋白質，具有磷酸酯酶的活性。PTEN蛋白可通過拮抗酪氨酸激酶等磷酸化酶的活性而抑制腫瘤的發生發展。研究顯示，PTEN基因在多系統惡性腫瘤中均表達下降，均與DNA異常高甲基化有關。Liu S等[8]對56例胃癌標本中PTEN基因mRNA表達及啟動子區CpG島甲基化狀態進行檢測，結果顯示胃癌組織PTEN基因表達較癌旁正常組織明顯下降（P?。肌?.01），甲基化率48.2%明顯高于癌旁正常組織3.6%（P?。肌?.01），說明PTEN基因甲基化可能是其低表達的原因。
2.2 RASSF1A基因
RASSF1A基因位于人染色體3p21.3區域位點，內含編碼340個氨基酸的開放閱讀框，編碼相對分子質量38 800 Da的蛋白多肽，通過參與抑制Ras/RASSF1/ERK通路的信號轉導調控細胞的凋亡、維持微血管穩定性[9]。其表達失活，可以使胃黏膜細胞凋亡受抑，并向惡性細胞轉化。研究證實，RASSF1A基因在肺癌、胃癌、乳腺癌等多種實體瘤中均存在甲基化導致的表達失活。林海等[10]檢測出RASSF1A基因在62例胃癌標本較56例正常組織中的mRNA表達明顯下降（P?。肌?.01），甲基化率分別為66.1%和23.2%，癌組織甲基化率是正常組織的2.80倍，差異有統計學意義（P?。肌?.01），表明RASSF1A基因高甲基化可能是導致其表達降低的原因。
2.3 RUNX3基因
RUNX3基因定位于人染色體1p36區域位點，屬于RUNX基因家族，在哺乳動物發育和腫瘤中發揮重要作用，并已被證實與胃上皮細胞穩態和胃癌的發生相關[11]。研究發現，有相當比例的胃癌組織中由于RUNX3基因啟動子區CpG島異常甲基化而不表達RUNX3。何小兵等[12]分別對9種胃癌細胞系和35例胃癌患者手術切除腫瘤組織及其癌旁組織RUNX3基因啟動子區域甲基化進行檢測，結果顯示在7種胃癌細胞系中RUNX3基因啟動子區域過度甲基化，RUNX3基因在35例胃癌及其癌旁組織中甲基化率分別為40.0%和8.6%。因此，RUNX3基因啟動子區CpG島甲基化可能是導致基因轉錄失活及其表達下調的主要原因。
3 CpG島甲基化表型與胃癌
腫瘤細胞中多個基因或DNA位點甲基化的狀態稱為CpG島甲基化表型（CpG island methylation phenotype，CIMP）。如果有3個以上基因CpG島處于甲基化狀態稱為甲基化表型陽性（CIMP+），反之則稱為甲基化表型陰性（CIMP-）。多項研究表明，胃癌中存在甲基化表型陽性。例如Tahara T等[13]檢測了146例胃癌標本中p14、p16、DAPK、E-cadherin 4個抑癌基因的甲基化狀態，結果顯示43.2%的病例表型為CIMP+。Kim等[14]檢測了40例早期胃癌中hMLH1、TIMP3、THBS1、DAP2K、GSTP1、APC和MINT2的甲基化狀態，結果顯示40%病例表型為CIMP+。這表明，甲基化表型陽性在胃癌的早期就已經發生，可以作為早期胃癌的診斷指標之一。
此外，有研究表明，CIMP+與胃癌的分期和侵襲轉移無關，而與胃癌Borrmamm分型和預后相關。Park等[15]對196例胃癌標本中16個腫瘤相關的CpG島或位點進行了分析，結果顯示CIMP+的胃癌患者預后較差。這表明甲基化表型陽性也可以作為胃癌預后判斷的一項指標。
4 抑癌基因甲基化臨床應用前景
檢測腫瘤抑癌基因的甲基化狀態可以用于癌癥的篩選、風險的預測和治療的選擇。研究發現，抑癌基因的異常高甲基化在胃癌癌前病變階段（如慢性胃炎和腸上皮化生）也經常檢測到，說明DNA甲基化的發生往往早于各類癌癥的腫瘤形成，這使得它尤其適用于癌癥風險預測[16]。此外，若干報道指出，癌特異的、甲基化的DNA可以在微量的生物體液中被檢出[17]，這表明它可能是一個靈敏的非侵入性診斷的標記物。
目前研究者認為，DNA甲基化在一定程度上是一個可逆的過程。DNA甲基化需要DNMT的催化，因此應用甲基轉移酶抑制劑抑制DNMT的活性后，可使DNA甲基化逆轉，稱為去甲基化。目前研究較深入的甲基轉移酶抑制劑為5-氮雜-2-脫氧胞苷，大量體外研究證實，應用5-氮雜-2-脫氧胞苷處理后，抑癌基因表達缺失的胃癌細胞株均重新表達該基因[18]。故通過去甲基化恢復抑癌基因表達可恢復基因正常功能，有可能達到治療癌癥的目的。
綜上所述，抑癌基因甲基化是胃癌發生發展的重要機制之一，多基因甲基化狀態的檢測及去甲基化藥物的研究對胃癌的預防、診斷和治療均具有長遠意義。而如何根據不同患者的實際情況選擇進行檢測的抑癌基因從而提高早期胃癌檢出率，以及去甲基化藥物的選擇和臨床應用還有待進一步的研究。期待更加深入的科學實驗為臨床診療提供日趨完善的理論基礎，使得日漸成熟的甲基化檢測技術及去甲基化藥物早日廣泛應用于惡性腫瘤的診治。
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表觀遺傳學意義范文6
關鍵詞 去甲基化藥物 表觀遺傳學 血液系統腫瘤
中圖分類號：R979.1； R733 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1533（2014）11-0003-04
Application of demethylating agents in the treatment of hematologic malignancies
Zhao Min*， Wang Chun**
（Department of Hematology， Shanghai First People’s Hospital， Shanghai 200080， China）
ABSTRACT Epigenetic dysregulation is linked to the pathogenesis of a number of malignancies. The methylation of DNA plays an important role during the maliganant transformation of hematopoietic malignancies since it can inhibit the expression of tumor suppressor genes. Demethylating agents have been successfully used in the treatment of various hematopoietic malignant disease， especially in the treatment of myelodysplastic syndromes and acute myeloid leukemia. In this review， we discuss the clinical development of demethylating agents in hematology.
KEY WORDS demethylating agents； epigenetics； hematologic malignancies
近年來，去甲基化藥物在血液系統腫瘤治療中的作用越來越受到重視。與傳統化療藥物相比，去甲基化藥物的毒、副反應相對較輕，加之作用機制不同，治療骨髓增生異常綜合征（myelodysplastic syndromes， MDS）和急性髓細胞性白血?。╝cute myelocytic leukemia， AML）等的療效更好。
1 去甲基化藥物
去甲基化藥物治療的理論基礎是表觀遺傳學。后者是指在基因的DNA序列沒有發生改變的情況下，基因功能發生了可遺傳的變化并最終導致了表型的不同。表觀遺傳學對由DNA決定遺傳特征（由DNA到RNA、再到蛋白質進行表達）的“中心法則”作了補充，指出生物的遺傳特性在不改變其基因序列的情況下也會發生變化，而這種變化在腫瘤的發病機制中已一再被檢測到?，F在認為，決定表觀遺傳學過程的主要因素包括DNA修飾、組蛋白修飾和非編碼RNA調控。DNA甲基化是一種最為重要的表觀遺傳學修飾，在DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase， DNMT）的催化下，胞嘧啶的第5位碳原子被甲基化，從而轉變為5-甲基胞嘧啶。在哺乳動物基因組中，DNA甲基化的主要位點是CpG二核苷酸，它在基因組中呈不均勻分布。在某些區域，CpG序列的密度較平均密度高10 ～ 20倍、鳥嘌呤和胞嘧啶的總含量>50%、長度>200個堿基，這些區域被稱為CpG島。大約50%的人基因中含有CpG島，常位于基因上游調控區的啟動子區。啟動子區的CpG島通常處于非甲基化狀態，基因能正常表達。當CpG島發生甲基化時，會影響基因轉錄調控，使基因表達發生沉寂。而去甲基化藥物能改變這一病理過程，進而達到治療目的[1]?，F有去甲基化藥物主要為DNMT抑制劑，可分為核苷類和非核苷類2類，其中核苷類去甲基化藥物中的阿扎胞苷和地西他濱是目前臨床應用較廣且以去甲基化為主要作用機制的藥物。
2 在血液系統腫瘤治療中的應用
2.1 治療MDS
在MDS的治療中，去甲基化藥物的作用越來越受到重視。近年來多項研究證實，MDS的分子異常包括DNA甲基化等表觀遺傳學進程，如CpG島的高甲基化和基因啟動子區的甲基化即與MDS的嚴重性和患者的生存期相關，而使用去甲基化藥物治療雖不能治愈MDS，卻可獲高反應率。與需要且可接受造血干細胞移植術的年輕患者相比，去甲基化藥物更適宜用于老年患者，這主要表現在血液學參數改善和生存時間延長上，因即使沒有達到完全緩解的患者也同樣能夠獲得這些益處[2]。地西他濱用于老年患者的安全性已得到多項臨床試驗的確認，而被認為無骨髓毒性的阿扎胞苷亦被證實對老年患者有很好的療效和安全性，對需接受造血干細胞移植術的患者也一樣。有人建議將地西他濱和阿扎胞苷用于“先期治療”，但這種“橋接治療”的必要性還待更多研究的證實[3]。在治療MDS時，去甲基化藥物的療效多需在治療2 ～ 4個療程后才逐步顯現，終止治療后則會導致疾病復發[4-5]。即使不間斷地接受去甲基化藥物治療，幾乎所有的患者也仍難以避免疾病的耐藥和復發，而一旦出現疾病耐藥或復發就會大大縮短患者的生存期[6]。
目前，MDS患者可通過國際預后評分系統（International Prognostic Scoring System， IPSS）、國際預后評分系統修正版和世界衛生組織的預后評分系統進行分層，這對恰當地使用去甲基化藥物具有實際指導意義。對IPSS評分為低危和中危-1的患者，減少的血細胞類型、促紅細胞生成素濃度以及細胞遺傳學、分子生物學異常如5q、DR-15等生物學特征是選擇恰當的一線治療藥物的依據，去甲基化藥物主要用于輸血依賴的、經促紅細胞生成素等藥物一線治療后復發或耐藥患者的后續治療。也有人提出應使用阿扎胞苷一線治療主要表現為血小板減少和中性粒細胞減少的低危MDS患者。一些臨床試驗結果顯示，地西他濱或阿扎胞苷治療低危MDS患者的總反應率為30% ～ 60%。對IPSS評分為中危-2和高危的患者，去甲基化藥物已用于一線治療，可使患者獲得較高的總反應率和較長的總生存期，且毒性明顯較低。在臨床試驗中，地西他濱或阿扎胞苷單藥治療高危MDS患者的總反應率為40% ～ 55%。但異體造血干細胞移植仍是可治愈MDS的唯一選擇[2，7]。目前尚不能完全預測去甲基化藥物治療的療效。骨髓增生異常法語工作組建立了一套預測模型以預測去甲基化藥物治療的總反應率、反應持續時間和總生存期，同時提出先期使用低劑量阿糖胞苷、骨髓原始細胞占比>15%以及異常核型與反應率相關，復雜核型與反應持續時間相關，總生存期與體能狀態等因素相關，并建立了積分系統[8]。也有報道稱，骨髓纖維化的出現對去甲基化藥物治療不利[9]。
2.2 治療AML
去甲基化藥物現已在AML治療中占有重要地位。AML患者廣泛存在基因高甲基化現象，常見的甲基化基因有8種，約95%的AML患者至少有1種基因高度甲基化，75%至少有2種基因高度甲基化。這些數據提示去甲基化藥物在AML治療中的潛力，但其同樣被認為無法治愈AML。目前，經典的蒽環類藥物和阿糖胞苷聯合誘導化療方案仍是AML的首選誘導化療方案，且造血干細胞移植術仍是AML的最主要治愈性治療手段。但對一些難以接受常規誘導化療方案和造血干細胞移植的患者如老年AML患者，去甲基化藥物因相對較低的毒性和較好的療效已經成為重要的治療藥物。地西他濱已獲準治療這類AML患者，常用治療方案為20 mg/（m2?d）×5 d。臨床試驗證實，地西他濱治療的反應率優于支持治療和低劑量阿糖胞苷；也有臨床試驗顯示，地西他濱治療可獲較之支持治療更長的生存期。但與常規誘導化療方案不同，去甲基化藥物治療AML往往需要進行多個療程后才能達到完全緩解且此療效無法持久維持[10]。近期國內報道，地西他濱聯合阿柔比星、粒細胞集落刺激因子等治療初治及難治/復發AML的療效較好；也有地西他濱聯合硼替佐米治療的報道。盡管去甲基化藥物已用于AML治療，但其不能治愈疾病，對那些治療有效患者的后續治療選擇也還處在摸索階段。有關研究證實，某些分子學和細胞遺傳學參數與患者對地西他濱治療的反應有關。例如，有人發現，對地西他濱治療有反應患者的DNMT miR-29b水平明顯高于無反應患者[11]。一項回顧性分析顯示，伴有5和7號染色體異常的患者對阿扎胞苷或地西他濱治療的反應與對大劑量伊達比星和阿糖胞苷治療相似，且患者的持續反應時間和中位生存期也更長。DNMT 3A基因突變為AML的獨立的預后不良指標，不受患者的年齡、白細胞計數、染色體組型和其他遺傳學參數的影響[12]。但利用細胞遺傳學和分子生物學參數來預測患者對去甲基化藥物治療的反應尚處在探索階段，現還只能通過患者的病程、腫瘤增殖程度和一些臨床指標來作治療前評估。
2.3 治療慢性粒單核細胞性白血病（chronic myelo-monocytic leukemia， CMML）
造血干細胞移植術也是CMML的治愈性治療手段。但由于年齡和并發癥等原因，CMML患者往往只能接受低劑量化療治療，無法有效控制疾病進展。在CMML患者中發現存在細胞周期調節基因p15（INK4b）的異常甲基化以及降鈣素基因和細胞信號轉導抑制因子-1基因的甲基化，這給對CMML進行去甲基化治療提供了一定的理論基礎。一項對31例CMML患者進行的臨床試驗顯示，以每6周為1個療程、每療程使用地西他濱15 mg/（m2?次）×3次/d×3 d治療1 ～ 6個療程，總反應率為26%（完全緩解率10%、部分緩解率16%），骨髓改善率為19%，疾病穩定率為32%，2年生存率為25%，所有患者的中位生存期為15個月[13]。與治療MDS和AML相似，地西他濱在近年來進行的一些臨床試驗中也不再以大劑量使用。一項臨床試驗以每28 d為1個療程、每療程使用地西他濱20 mg/（m2?d）×5 d治療CMML患者共3個療程，結果發現總反應率為38.6%，2年總生存率為48%，中位無進展生存期為12個月，3/4級不良反應為血細胞減少、感染和乏力[14]。
2.4 治療其他血液系統腫瘤
對慢性粒細胞性白血病、多發性骨髓瘤等亦有使用地西他濱等去甲基化藥物治療的研究報道，但療效尚待進一步臨床試驗的證實。
3 結語
DNA甲基化異常被認為是血液系統腫瘤發生、發展的一個重要生物學機制，一些臨床試驗也已證實去甲基化藥物治療某些血液系統腫瘤的療效確切，但仍需對如聯合用藥和最適治療劑量等作進一步的研究，以期獲得更好的治療療效。
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