表观遗传学和遗传学的关系范文

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【关键词】 急性髓细胞白血病； 表观遗传学； 靶向治疗

急性髓细胞白血病（acute myeloid leukemia，AML）是一组异质性疾病，以造血干细胞克隆紊乱为特征，是成年人急性白血病中最常见的类型。近20年来，人们对AML的发病机制和预后的研究有了长足的进展，患者的完全缓解率也有了明显的提高，但仍有2/3成年AML患者未能达到治愈，复发、难治及老年AML仍是目前临床治疗的难题。为此，临床工作者和科研人员不断探索新途径，积极寻求AML治疗新方法。

近年来，表观遗传学的研究逐渐成为人们关注的热点。随着研究的深入，人们对AML的发病机制有了新的认识，随之而来的靶向治疗也给患者重新带来希望。该研究主要包括三个方面的内容：DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码microRNA。研究表明，表观遗传学的调控机制参与调节许多重要的生理过程。在血液肿瘤的发生和转化中，表观遗传学异常与遗传学异常具有同样重要的作用。表观遗传基因的修饰对于基因的差e表达有着至关重要的作用，它决定着细胞的类型及细胞从良性到恶性的转变。尤为重要的一点，这种修饰是可遗传的、动态的、可逆的，并且不影响下游的DNA序列。表观遗传的修饰基因，如DNMT3A，TET2，IDH1和IDH2，ASXL1和MLL1上的频发突变，影响了造血细胞的自我更新和/或分化能力，促进髓系细胞的转化，促进白血病的形成[1]。表观基因组在AML的发生中有重要的靶标性作用，它具有内在可塑性，通过特异性的酶、转录因子、与表观遗传机制相关的其他蛋白重新编码对表观遗传基因的修饰，为治疗提供了新的可能。

本文将描述表观遗传基因的失调是如何在AML中发挥作用的，同时强调目前和未来的治疗手段在发现新靶标上的多种尝试。此外，还将涉及AML中个体化的靶向治疗，包括术语的定义，适应证的相关描述以及临床实施的具体措施。

1 表观遗传学的针对性治疗

1.1 DNMT3A突变及DNMT抑制剂 DNA甲基化是表观遗传调控的重要组成部分，通常与转录沉默有关。在急性白血病中，已被确定多种肿瘤抑制基因的过甲基化与转录抑制通过增殖、分化和生存过程的失调导致白血病的发生[2]。来自MDS的DNA甲基化谱研究数据显示，抑癌基因的异常甲基化可能是驱动MDS进展为AML的主要机制[3]。胞嘧啶甲基化是指C5位的胞嘧啶残基被DNA甲基转移酶（DNMTs）催化，并生成C5甲基胞嘧啶（5-MC）的过程。基因组DNA甲基化是由DNMT3通过半甲基化的模板（从头甲基化）建立的，并由DNMT1全甲基化模式（维持甲基化）予以保持。这些过程使得不同的可遗传的DNA甲基化模式可以用来区分AML亚型、预测预后，并有潜力作为生物标志物来预测患者对治疗的反应[4]。AML要么普遍低甲基化，要么过甲基化，这提示表观遗传途径的过度和不足可能对白血病的发生都很重要[5]。数据表明，在白血病干细胞中，DNMT1可维持其DNA甲基化模式，并参与其自我更新的过程[6]。研究表明，DNMT3A在造血干细胞自我更新和分化过程中起着关键的作用。重要的是，DNMT3A的功能缺失性突变发生在30%的细胞遗传学正常的AML中，可能与临床预后较差有关，但AML的这些突变对于DNA胞嘧啶甲基化和转录的影响尚不清楚，且DNMT3A的单独缺失并不足以导致白血病形成[7]。大多数的突变涉及882位的精氨酸，在体外导致甲基转移酶活性的降低[8]。到目前为止，尚无特异性针对DNMT3A的靶向治疗。本节讨论的“表观遗传修饰的靶向治疗”指的是针对DNMT抑制剂的去甲基化治疗。

美国食品药品监督管理局（FDA）批准的2种DNMT抑制剂为：阿扎胞苷及其脱氧衍生物地西他滨。这两种药物均用于MDS的治疗，现在依据一些临床试验的结果，也普遍应用于AML的治疗。

在一项多中心Ⅱ期研究中，有227位初治AML患者接受了地西他滨治疗。每个疗程中静脉滴注地西他滨持续72 h，用量为135 mg/m2，间隔6周重复用药，共4个疗程[9]。该研究表明，总体有效率为26%，中位生存期为5.5个月，1年存活率为28%。在另一项多中心Ⅱ期临床试验中，给予55位60岁以上的AML患者静滴地西他滨治疗，每日用量为20 mg/m2，连续5 d给药，每4周为一疗程。结果，该试验中AML的完全缓解率为24%，中位生存时期为7.7个月。

在一项针对高危MDS（包括骨髓中原始细胞比例为20%～30%、根据WHO标准应列为AML）的临床试验中，给予患者阿扎胞苷治疗：每日用量为75 mg/m2，连续7 d皮下注射用药，28 d为一个疗程。与对照组（接受传统治疗方案）相比，阿扎胞苷组有明显的生存获益。而对于一些次要的评价指标而言，比如输血需求、静脉抗生素的使用和住院天数等，阿扎胞苷组有明显优势。与之类似的是，在法国的一项临床研究中，149名初治老年AML患者接受了相同剂量和疗程的氮杂胞苷治疗，总体有效率为33%，完全缓解率为23%，总体生存期为9.4个月[10]。对于接受了大剂量诱导化疗和异基因造血干细胞移植的AML患者，使用阿扎胞苷维持治疗可能会减少或延迟白血病的复发。

1.2 IDH1/2突变及IDH1/2抑制剂 DNA甲基化与同型二聚体酶IDH1/2催化的柠檬酸代谢有关，二聚体酶可催化异柠檬酸氧化脱羧成α-酮戊二酸（α-KG）。研究发现，有10%～30%正常核型的AML患者发生了IDH1/2功能突变，引起酶功能异常，导致2-羟基戊二酸（2-HG）的产生和积累。由于TET2和包含jumonji-c结构域家族的组蛋白赖氨酸去甲基化酶均依赖于α-KG，当机体发生IDH1/2突变，并积累2-HG，可导致DNA和组蛋白甲基化的增加[11]。IDH1/2突变对预后的影响研究得到了自相矛盾的结果，可能是因为突变位置的差异和（或）伴随其他基因的突变。例如，一项关于AML的随机临床试验表明，IDH2的第140位的精氨酸残基发生突变与良好的预后相关。不但如此，同时伴有NPM1和IDH1或IDH2突变的细胞遗传学正常的AML患者也有良好的受益，3年总生存率（OS）可高达89%。然而，IDH1/2和TET2突变是相互排斥的，但具有这两种不同的突变的AML患者具有相似的甲基化过程。

目前，一项早期临床试验正在进行，旨在研究IDH1/2抑制剂对发生了IDH1/2突变的AML患者的影响。这是一种针对IDH1/2突变酶的小分子靶向抑制剂，可减少2-HG的生成，诱导H3K9me3的脱甲基作用，并能增强相关分化基因的表达[12]。

1.3 MLL基因突变及DOT1L蛋白甲基转移酶抑制剂 MLL基因位于染色体11q23，编码H3K4甲基转移酶（HMT），该酶参与组蛋白的重构，影响HOX基因和Wnt信号通路[13]。有5%～7%的初发AML病例发生MLL重排，与不良预后相关[14]。MLL区域是染色体易位和重排的高发区，能产生多种融合蛋白，其中一些有致癌性。研究显示，MLL融合蛋白和DOT1L之g的作用导致了白血病的发生[15]。

已有研究表明，DOT1L HMT的酶活性诱导了存在MLL基因重排的AML的形成。DOT1L抑制剂可减少H3K79的甲基化和MLL融合基因的表达。目前，具有高度选择性的DOT1L抑制剂的研究已进入临床试验阶段，而选择性抑制HMT EZH2的强效抑制剂也正在研究中。

1.4 组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂 单独使用HDAC抑制剂治疗AML，其临床作用并不令人满意。因而，能否与DNMT抑制剂联合使用增强疗效，则备受期待。目前，诸多相关的临床试验正在开展当中，而且对多种HDAC抑制剂，包括丙戊酸、mocetinostat、帕比司他、伏立诺他等，与阿扎胞苷或地西他滨联合使用的疗效进行了评价，但结果并不如人意。在一项二期临床试验中，恩替诺特联合阿扎胞苷治疗AML并未提高疗效[16]。需要注意的是，与早期的体外试验采用序贯用药不同，此项试验中这两种药物是同时应用的。恩替诺特是一种强效的细胞周期抑制剂，可能会抑制阿扎胞苷的整合，导致脱甲基作用减弱。

1.5 赖氨酸乙酰化抑制剂 具有布罗莫结构域的蛋白质可识别组蛋白末端的赖氨酸残基，这种相互作用可被小分子抑制剂所抑制。当前，已开始对数种BET抑制剂进行临床试验。研究表明，BET抑制剂可抑制白血病干细胞和祖细胞增殖，并且可阻断MLL介导的白血病转化[17]。

1.6 赖氨酸去甲基化酶抑制剂 研究结果显示，KDM1A/LSD1在体外可有效抑制AML细胞系和原代白血病细胞。在联合使用HDAC抑制剂和全反式维甲酸时，这种抑制作用更显著。研究表明，MLL白血病受其影响最大，AML的其他亚型和其他髓系肿瘤也对之敏感[18]。

2 表观遗传学发展在AML靶向治疗方面的挑战

2.1 靶向治疗的治疗靶点 AML在发生、发展过程中有一系列的异常表现，就疾病本身而言，有许多方面的异常可以进行针对性的治疗，包括表观遗传途径的调节、基因突变、细胞表型、信号转导通路、白血病干细胞和骨髓微环境等。最近有关AML克隆构型的研究表明，AML克隆异质性始终伴随着疾病的进展及复发[19]。因而，AML的治疗靶点是不断变化着的，在疾病的不同时期需用不同的药物进行治疗。有关初发AML克隆构型的研究显示，在基因层面界定的白血病亚克隆和白血病干细胞之间具有明显的功能异质性[20]。目前的挑战是明确和清除所有的克隆，而非以往那样狭隘地认为，靶向治疗的关键就是应用某种方法，通过单向靶点来消除优势克隆。

2.2 靶向治疗的对象 如何选择靶向治疗的对象是一个比较重要的问题。根据不同的分类方法，AML患者可划分为不同的亚群，但这样的分类方法均有各自的优点和不足之处。

AML患者也可以根据预后进行分类。在过去，对新药的早期试验通常在复发和难治病例中进行，显而易见，这是一种很令人困惑的试验模式。由于复发或难治AML病例与初发病例在生物学上和临床上是不同的，因而对初发病例作新药研究十分重要。可以根据细胞遗传学、分子遗传学和表观遗传学数据，对初诊患者进行风险评估并预先判断其治疗效果的优劣。例如，一项研究表明，在不同的甲基化区域，有高水平甲基化的7个基因其低表达具有更好的临床结果[21]。目前认为，在临床研究中，靶向治疗的对象应该是那些预后可能不良的初发AML病例。

2.3 靶向治疗的时机 临床上通常将AML治疗分为诱导、巩固和缓解后治疗。临床研究表明，把针对表观遗传学调控的靶向药物与其他药物联合使用，结果比单一用药效果更好。因此，已考虑将试验新药添加到主流的诱导方案当中来。多年来有关AML治疗的临床实践表明，尚无哪一种化疗方案更优于阿糖胞苷联合蒽环类药物的“7+3”经典方案的，所以应把该方案作为主要的诱导方案，新药可以添加于此或者作为单药评估其疗效。这样，纳入临床试验的初治患者将会接受其一进行治疗。

各种证据表明，诱导后残留的白血病细胞与治疗前的肿瘤细胞在生物学上是有区别的。因此，临床上重复应用同一治疗方案并不合理。研究表明，表观遗传学靶向治疗在AML完全缓解后或移植后，或可控制白血病克隆的演变。目前，多数靶向治疗药物是非细胞毒性的，对低负荷白血病而言，治疗成功的可能性更大。当然，还需要更多的AML患者参与到临床试验中来，进行新型药物的有效性验证。

2.4 靶向治疗的有效性评价 表观遗传学靶向治疗一般需要长达几周甚至几月的时间方显成效。此外，基于形态学和免疫表型的分析方法并不能有效评价靶向治疗的疗效。因而，可以凭借DNA甲基化特征、基因表达谱、高光谱测定法以及其他技术手段来做生物学标志的鉴定，通过生物学标志能充分预测疗效，并提高疾病监控能力。然而，在当前临床实践中，尚未能常规使用此类表观遗传学的生物学标志。

3 展望

随着对AML表观遗传修饰基因突变的认识的深入，人们发现表观遗传学在AML生物学发生中起着复杂而重要的作用。AML的表观遗传学靶向治疗策略已经改变了临床应用，AML患者的个体化靶向治疗将成为现实。然而，现实中还面临着诸多挑战，其中最大的挑战就是AML生物学和患者本身的高度异质性。只有通过创新性的临床试验、可靠的科学研究和医患的共同参与等努力，才可能真正实现AML患者的个体化治疗。

⒖嘉南

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关键词：表观遗传学；肿瘤

中图分类号：Q3 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-03-0069-1

表观遗传是1942 年由Waddington 提出的[1]。表观遗传学在基因调控、表达和遗传中发挥着重要作用，还在肿瘤与免疫等疾病的诊治中具有独特的意义。

1 DNA甲基化异常与肿瘤发生

（1）DNA甲基化修饰肿瘤细胞整个基因组中普遍存在低甲基化[2]。染色质结构因为低甲基化的大范围出现而引起改变，通过降低染色的质凝聚程度，可以使基因组的不稳定性增加，从而导致肿瘤的发生。DNA的甲基化是由S2腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，使胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶(mC) 的反应。在一般的状态下，基因启动子区的CpG岛是没有发生甲基化的，如果发生甲基化，就会使基因不发生转录。在这种情况下，一些抑制癌症的基因、DNA修复的基因等等就会失去功用，使正常细胞的培养与调控发生改变以及DNA损害不能被及时复原[3]，从而产生肿瘤。

（2）组蛋白乙酰化修饰组蛋白是一类小分子碱性基础结构蛋白质，具有五种类型：H1、H2a、H2b、H3、H4，它们能够与DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。组蛋白乙酰化酶（HAT）是组蛋白乙酰化的关键酶，组蛋白的乙酰化程度就是由其决定着，与肿瘤异常基因表达有关。在HAT基因剔除试验中，p300-/-小鼠在妊娠的早期就死亡了，其神经形成、细胞增殖和心脏发育等方面存在很多缺点；p300-/+小鼠的胚胎期的死亡数量非常多，在胚胎分开的细胞中包含特异性的转录缺点与增殖障碍[4]。

（3）染色质重组染色质重组是指染色质的位置、结构等包括紧缩的染色质丝在核小体连接处松开，从而使染色质发生释放，显出了转录基因启动子区中的顺式作用元件，使其可能与反式作用因子结合[5]。染色质重组能够调节基因的转录，同时还参与一些最基础的细胞生理过程，与肿瘤发生密切相关。染色质重组的不同能够导致的肿瘤也不不同，由此我们知道这些生理过程通过相互联系而起到作用的。研究表明不同的染色质重组途径之间存在着相互作用[6]，但是在肿瘤发生过程中染色质重组途径之间的确切关系，仍然有待于研究人员去进一步地探索。

2 表观遗传修饰与抗肿瘤作用

（1）DNA 甲基转移酶抑制物DNA甲基化是一种可逆的过程，因此，抑制DNA甲基转移酶的性能已成为研究抗肿瘤作用的新方法。5-氮杂胞嘧啶核苷（azacytidine）与5-氮杂脱氧胞嘧啶核苷（5-aza-2’-deoxycytidine）是DNA甲基转移酶的有效抑制剂。有资料表明，在使用5-aza-2’-deoxycytidine 后使用zebularine，能够非常好的地诱导并稳定p16基因的表达。

（2）组蛋白乙酰化抑制剂染色体结构和基因表达受到组蛋白的乙酰化修饰的影响，但是该修饰过程是可逆的，这就为肿瘤的治疗提供了新的思路。目前，研究最多的是HDAC抑制剂，到现在为止已开发出很多结构不同的HDAC抑制剂。主要有环状四肽类、羟肟酸衍生物、苯甲酰胺类衍生物、氨基甲酸酯类衍生物及酮类。研究发现用HDAC抑制剂诊治几种类型的白血病和实体瘤，结果非常好，副作用小，传统的化疗药物好很多。

3 应用前景

研究表观遗传中各种突变致病因子的作用机理，可以帮助我们阐明表观遗传的机制，为新方案的设计、新药的研制提供科学的依据。人们可根据表观遗传学信息能被一些化学物品所逆转的原理, 对疾病治疗进行探讨。如可通过DNA甲基化抑制剂防止肿瘤的发生, 也可用去甲基化物质使抑癌基因及DNA修善基因的功用得以恢复, 以达到治疗肿瘤的目的。

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在高校遗传学教学中存在许多经典案例，如：果蝇的翅型、体色、眼色等性状的遗传；豌豆的性状遗传以及玉米籽粒的形状和颜色性状的遗传等。其中，还有一个非常重要的经典案例，即血型遗传。自20世纪初至今,ABO血型遗传一直是复等位基因的一个不可缺少的经典案例。随着科学技术的高速发展，血型的经典内涵得到不断提升，新的研究结果使血型遗传所涵盖的遗传学知识点越来越多，内容越来越丰富。因此，以我们身边最常见的表型--血型为案例开展遗传学教学不仅可以将复杂的知识点简单化、形象化，便于理解，还可以将繁多的基础知识串联起来，便于记忆。另外，以血型遗传作为经典案例在遗传学的教学中还可以不断加人新的研究和新的应用，使经典的内涵不断得到新的提升，让学生的视野接触到前沿的科学知识，为日后的科研接力打好基础。

1血型与遗传学之间的重要关系

开展案例教学，案例的选择是关键。血型是人类血液由遗传控制的个体性状之一，与人类的生活关系密切，用途广泛。自1900年到2005年，已检测出约29个血型系统[21。临床上最常用的有“ABO血型系统”、“Rh血型系统”、“MN血型系统”和“HLA血型系统”。这些血型系统涵盖了复等位基因、基因互作之上位效应等遗传学的孟德尔定律拓展原理，基因的表达调控及群体遗传等遗传学的精髓内容。透过这个知识窗口，可以看到遗传学在血型中的奥秘。

孟德尔遗传定律从建立、发展到不断拓展完善，一直都是贯穿高校遗传学教学的核心知识点。由于现在大学生从高中开始就接触孟德尔定律，如果大学教学还是重复高中阶段所涉及的内容，学生的学习兴趣难以提高。在高中知识的基础上，开展案例教学，引入现代遗传学在人类血型上的最新认识，则不但可以给学生一种似曾相识的感觉，还能自然地激起他们深入探索的兴趣。血型的遗传特征及生化基础可以清晰明了地向学生阐述清楚孟德尔定律的一些重要的延伸知识内容。从红细胞血型到白细胞血型，从常见的ABO血型到罕见的孟买、Rh血型，对于假基因、等位基因、复等位基因和拟等位基因等不容易理解的基因概念以及基因之间的相互作用都可以通过血型案例，把学生带入情境之中，在教师的指引下由学生自己依靠其拥有的基础知识结构和背景，在血型案例情境中发现、分析和解决问题，比较轻松地掌握这些容易混淆不清的概念和一些难以理解的遗传学现象，如非等位基因之间的相互作用之上位效应等。

此外，人的血红蛋白基因在不同发育时期的表达调控还涉及遗传学中的表型和基因型之间的关系，真核生物中的基因表达调控模式等知识点。对血型相关的一些遗传疾病进行分析，还可以引申出基因突变和染色体缺失突变及一些重要的遗传标记。血型的遗传学检测方法及临床上的输血原则和溶血、血型互配等现象也与受基因表达调控的红细胞的细胞膜糖基的特征和生化机制密切 相关，引导遗传学从理论到实验，再到实践中的应用。血型与疾病的关联分析，把科研思维引入高校遗传学教学中，让学生紧跟时展的步伐，理论联系实际，为日后的科研工作打好基础。

遗传学中两大重要的主题是遗传和变异，主要包括孟德尔遗传和连锁遗传、基因突变和染色体畸变。通过以复旦大学遗传学教学大纲为参考，与刘祖洞主编的《遗传学》和乔守怡主编的《现代遗传学》教材内容相比较发现，血型遗传案例除了与上述遗传学四大内容关联外，还涉及到基因的表达调控、群体遗传、表观遗传等知识点，其中大部分知识点都是要求学生重点掌握的内容。目前，血型案例所涵盖的主要遗传学知识内容及在遗传学学科中的重要意义的归纳见表1。因此，把血型作为经典案例，开展遗传学的案例教学既贴近生活，引发学生深刻的思考，又能代表性地进一步阐述探讨遗传学的生物知识。

2血型案例在遗传学教学中的开展

在以血型为案例的教学过程中，我们首先根据高校遗传学的教学目标和培养目标的要求，在学生掌握了一些遗传学的基础知识和理论知识的基础上，结合遗传学的教学进度逐步有序地进行介绍：1.血型基本知识介绍；2.红细胞血型的细胞膜糖基特征和生化机制；3.红细胞血型与输血；4.血型的遗传学规律特征，包括(I)ABO血型复等位基因遗传及其应用，（II)ABO血型基因的克隆，（III)ABO血型的遗传学鉴定；5.ABO血型的拓展，包括(I)孟买血型与拟孟买血型，（II)红细胞血型与白细胞血型。下面主表1血型与高校遗传学教学的重要关系

要选取两个方面阐述在遗传学教学中的开展过程。

    2.1血型基本知识在教学中的开展

ABO血型系统是第一个被描述的红细胞血型系统，也是最具有临床意义的一个系统。因此，在进行血型基本知识介绍时往往以ABO血型为例。随着以分子生物学为基础的血型研究的发展，ABO血型的基因遗传背景目前已比较清楚。在介绍血型基因的基本知识同时也涵盖着遗传学知识的传播，而且随着血型基因知识的不断丰富完善，涵盖的遗传学知识也越来越广泛。

ABO血型由3个复等位基因控制，即iA、产和i°o在开展遗传学相关教学活动时，一般都用此作为分析生物界中复等位现象的经典例证。这些基础知识对于高校学生来说可能在高中的时候就已经获得。因此，在大学开展相关教学时，除了简单介绍这3个主要的复等位基因外，还可以深入讲述新的研究结果，到目前为止通过分子生物学方法已经确定了160多个^50等位基因，只是目前国际上以4川7基因作为等位基因的参比序列，其他基因均与其紧密相关，非常保守。在此基础上ABO血型又可分为许多亚群，其中A血型表现出最多的亚型。在红细胞血型系统中还有一种Rh血型，分为Rh阳性和Rh阴性。Rh血型主要由3个紧密连锁的基因D/d、C/c、E/e决定，这3个基因以单倍型方式传递，属于拟等位基因。这样在讲解原有知识基础上，又不局限于原有知识范围，由ABO血型到Rh血型，由复等位基因引出拟等位基因，在教学方法上可以通过相互比较，举例分析，扩大学生的知识面，提

高他们的学习兴趣。

人类的血型是不是一生恒定不变的？面对这个问题，很多学生都会认为血型是由遗传决定，不会改变。其实人类的血型也会发生变异，如急性白血病以及再生障碍性贫血可以使血型抗原减弱，骨髓增生异常综合征可以导致血型抗原丢失等。而且，健康人也存在血型变异的现象，但是这个是与细胞表面血型物质受到掩盖以及人体存在一些稀有ABO等位基因有关。这些新的知识可以向学生很好地展示“遗传和变异”，利用身边的血型案例调动学生的学习积极性，使他们积极主动地掌握遗传学的精髓。

此外，最近几年疾病引发基因甲基化和突变的研究'又可以结合表观遗传学的内容开展教学。

2.2红细胞血型的细胞膜糖基特征和生化机制在教学中的开展

人类ABO基因位于9号染色体长臂(9q34)，其基因产物是一些专一性的糖基转移酶，可以催化血型抗原前体特定部位的糖基转移，从而控制ABO血型抗原的生物合成。其中4基因编码产物为N-乙酰-D-半乳糖胺转移酶(简称A酶)，可以产生常见的A抗原；S基因编码产物ci-l，3-D-半乳糖转移酶(简称B酶)，可以产生常见的B表面抗原；和S基因同时存在产生的等位基因，其编码产物具有A酶和B酶的特异性，在红细胞表面上产生不同强度的A和B抗原；而O基因则是第258位和第349位碱基缺失导致的密码子移位，使终止密码提前出现，合成了无酶活性的短肽，因而体内没有A酶和B酶，也不能催化糖基转移，只有前体物质H的产生为H抗原(图1)。因此ABO血型有时也称为八811型[71。这样，不同的、B、0基因编码不同的多肽，产生具有不同功能的糖基转移酶，非常简单地引出了遗传学中经典的基因与酶的关系的“一个基因一条多肽(一个基因一个酶)假说”,使学生很容易获得一个基因决定一条相应的多肽链(酶)的结构，并相应地

影响这个多肽(以及由单条或多条多肽链组成的酶）的功能这种遗传学思想，达到良好的教学效果。

此外，最新研究发现ABH抗原除表达在血细胞表面以外，还可以出现在除脑脊液外的分泌液中；有大约80%的个体具有产生这些可溶性抗原的遗传基因；这种分泌抗原的表达由双结构基因控制，即第19号染色体2个紧密连锁的Ft/n(用和基因座。ABO血型抗原都由前体H物质合成，SeAe基因和丑冷基因都可以控制合成H物质；简单来说，基因的表达决定体液中是否出现ABH抗原，H/h基因的表达决定红细胞上是否出现ABH抗原。但是，并不是所有带m基因的个体唾液中都分泌ABH物质，还要受到Wh基因的制约，其中hh型(即孟买型)均为非分泌型[7]。这样又引出了遗传学中一个很重要的概念--上位基因，很重要的遗传学现象--上位效应。这些属于遗传学中基因互作的重点内容，而且发生基因相互作用的非等位基因仍然遵循孟德尔分离和自由组合定律，后代的基因型及其比例是可预计的，所以在遗传学教学中还可用于亲子鉴定、重大遗传疾病的关联分析、人种演化、群体遗传分析等相关内容。

2.2相关技术的拓展应用

ABO血型的分子检测是分子遗传学教学中PCR技术拓展应用的案例。血型基因的表达影响血型的表现型，表型相同的个体其基因型不一定相同。如何区分iAiA、Pi0在表现型都是A型和iBiB、iBi0在表现型都是B型的个体，可以根据A、B、0血型基因碱基的差异，应用聚合酶链式反应-限制性片段多态性(PCR-RFLP)技术分型人类ABO血型的方法。这种方法可以对个体血型(血型基因型)进行判定：是属于AA型、AO型，还是BB型或BO型。在这个基础上，我们进行了改进，并结合教学进程，作为自选实验在学生中开设，获得了学生的好评。在135个学生中开展自选实验，其中有80%的学生选择ABO血型鉴定这个实验，并表示对这个实验很感兴趣。

此外，还可通过分析核苷酸来确定分泌型ABH血型的Se基因型。主要基因分型技术有：（l)PCR-序列特异性引物(PCR-SSP)，这是一种新的基因多态性分析技术，根据基因座某一碱基的差异设计一系列引物，特异性引物仅扩增与其对应的等位基因， 而不扩增其他的等位基因；（2)PCR-DNA测序法，先通过PCR扩增基因的主要片段，然后测定序列;(3)PCR-限制性内切酶法，用对位点特异的限制性内切酶消化基因，再通过Southernblot分析来确定。目前，PCR-SSP常用于胎儿血型鉴定及白血病引起的血型抗原异常等血型鉴定。随着450基因结构和研究方法的迅速发展，AB0血型定型也将进入基因定型的时代，揭示更多的关于AB0基因和AB0血型表观遗传学等方面的奥秘。

在教学过程中还可以设计一系列与血型相关的论题，引导学生査阅相关方面的最新进展，总结出血型与人类疾病和性格之间的关系以及蕴涵的遗传学原理。学生可以分组制作PPT讨论，还可针对某一论题，学生组队分为正反两方，开展辩论式讨论。一学期可以安排一次课时(45分钟)开展辩论式讨论,前30分钟让学生正反方陈述观点，列举证据开展辩论，后15分钟用于总结和点评。在这个模式下，几乎所有的学生都积极主动地参与进来，将引导、鼓励与考评相结合，充分调动了学生学习的积极性[11]。开展“血型是否可以决定性格”类似专题的辩论式讨论，既增加了遗传学教学的兴趣性及可接受性，还可以使学生的思维在辨析中得到操练。正反两方队员通过收集资料和案例，与同学辩论解释的过程中，不仅掌握了深奥的科学知识，而且还与现实生活相联系，并且将遗传学应用于实际，填补了传统教学在知识灵活认知与实践中的不足。

3以血型为案例开展遗传学教学的优点

作为日常生活中被人们广泛熟知的遗传学常识，血型遗传学的研究历程符合遗传学的发展规律与教学规划，其作为遗传学教学案例有着不可替代的优势：

篇4

表观遗传修饰(epigenetic modification)，如DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化、RNA相关性沉默与细胞生长、分化、凋亡、转化及肿瘤进展相关基因的转录密切相关。白血病的发生和发展与表观遗传修饰异常直接相关。本文综述细胞周期调节基因甲基化，组蛋白翻译后修饰异常及siRNA对白血病细胞的作用，为白血病治疗提供新策略。

【关键词】 表观遗传修饰； 白血病； 表观遗传学

Epigenetic Modification in Human Leukemia ——Editorial

Abstract Epigenetic modification，which involve DNA methylation，RNA-associated silencing and histone modification，is implicated in cell proliferation，differentiation，survival，apoptosis and malignant transformation. Some leukemogenesis has been shown to be aberrance of epigenetic modification. This paper discussed the potential causes of some of leukemias correlating with the methylation of cell cycle regulation genes，small interference RNA and modification abnormality of histone after translation. The study on epigenetic modification abnormality of leukemia cells provides a new strategy for treatment of leukemia.

Key words epigenetic modification; leukemia; epigenetics

表观遗传学（epigenetics）是指非基因序列改变所致基因表达水平的变化。表观遗传学研究基因表达变化，这种变化可通过减数分裂或/和有丝分裂遗传，不涉及编码的DNA序列改变，却能引起基因表达水平的异常［1］。表观遗传修饰（epigenetics modification）包括三种调节性机制：DNA甲基化，RNA相关性沉寂和组蛋白翻译后修饰，这些机制常与启动和维持表观遗传沉寂有关［2］，三者不是孤立而是相互作用的。研究表明，表观遗传修饰，如DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化等影响细胞生长调节、分化、凋亡、转化以及肿瘤发展相关基因的转录等。白血病的发生和发展与表观遗传修饰异常密切相关。

目前认为白血病的发生是复杂的多步骤的，涉及与细胞增殖、分化、存活、基因组整合有关的原癌基因、肿瘤抑制基因和其他细胞内的重要基因。在器官和细胞水平，机体对细胞的转化有内在的抵抗或保护作用，所以肿瘤的发生是多因素积累的结果。白血病是一组异质性疾病，除了细胞遗传学变化外，还发现它们都存在一种或多种基因的失活，肿瘤抑制基因不能表达。因此，白血病的发生是细胞遗传和表观遗传改变的结果。

DNA甲基化与白血病

DNA甲基化是表观遗传学上研究最深入的一种机制，是一种酶介导的化学修饰过程。在人类和大多数哺乳动物，DNA甲基化转移酶（DNMT）以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体，将甲基转移到DNA上胞嘧啶5碳位置，形成CpG位点，富含CpG区域称为CpG岛。在大约40%的哺乳动物这些CpG岛延伸到DNA的启动子区域，导致稳定的可遗传的转录沉寂，对基因表达有明显抑制作用［3］。启动子区域的CpG岛甲基化能沉寂基因转录，在正常细胞中是一种调节基因表达的手段。然而抑制肿瘤生长的基因发生异常甲基化是在肿瘤早期就发生而且一直进行的，导致恶性肿瘤表型的表达。抑癌基因能被这种表观遗传机制沉寂。98种不同原发性人类肿瘤的基因组筛查揭示，在每种肿瘤平均存在600个异常CpG岛甲基化位点［4］，很多甲基化CpG岛存在于尚未确定的基因组区域，也许在肿瘤发生中扮演重要角色。

肿瘤抑制基因启动子区域过甲基化常常是白血病/淋巴瘤发生的一种重要机制。白血病细胞周期异常、增殖失控与细胞周期蛋白异常表达或缺失相关。有学者研究发现，在78%的急性髓系白血病（AML）、67%的浆细胞疾病、46%的骨髓增生异常综合征（MDS）、40%的急性淋巴细胞白血病（ALL）、13%的非霍奇金氏淋巴瘤（NHL）存在p15INK4B（p15）基因高甲基化，在B细胞NHL存在p16INK4A（p16）的高甲基化。追踪MDS进展发现，7例p15基因正常的早期患者随疾病进展有5例发生了甲基化［5］。另一项研究显示，7例p15基因正常的MDS转化为白血病后5例发生了甲基化［6］。还有学者报道，153例NHL中低恶性的41例p16表达正常，71例高恶性者中41例全部或部分丧失p16的表达，而发生由低恶性向高恶性转化的41例在转化前p16表达正常，转化后35例全部或部分丧失p16的表达［7］。Reddy等［8］研究蛋白酪氨酸磷酸酶基因SHP1、蛋白激酶基因SYK、细胞因子信号抑制因子基因SOCS1发现，在93%（119/130）的白血病/淋巴瘤和多发性骨髓瘤至少存在一种基因的甲基化，在100%的NHL和94%的白血病细胞株存在SHP1甲基化，SOCS1甲基化率达30%。应用去甲基化处理后可见到SHP1重新表达，STAT3磷酸化水平降低，结果提示细胞因子信号紊乱与这些基因甲基化沉默有关。细胞周期蛋白基因甲基化与细胞因子信号抑制因子基因甲基化导致其表达异常，白血病/淋巴瘤细胞增殖失控，MDS细胞恶性转化，导致血液恶性肿瘤的发生。

不仅细胞周期蛋白和细胞因子信号抑制因子基因发生甲基化，白血病/淋巴瘤细胞促凋亡基因同样也存在过甲基化，而在抗凋亡基因有低甲基化现象。Murai等［7］发现，在15%的急性淋巴细胞白血病、17%的急性髓细胞白血病、21%的多发性骨髓瘤病人存在促凋亡基因BNIP3基因位点的高甲基化，并且使该区域组蛋白乙酰化时也能直接促使该基因表达，因此作者认为，BNIP3基因的沉寂是该基因组DNA异常甲基化和组蛋白去乙酰化作用的结果。van Doorn等［9］在T细胞淋巴瘤中发现肿瘤抑制基因P73和凋亡相关基因BCL7a启动子区域过甲基化，与DNA修复有关的肿瘤抑制基因失活，凋亡信号传导异常而使细胞增殖失控。Nakatsuka等［10］在对白血病/淋巴瘤的研究中发现，促凋亡蛋白激酶DAP（death-associated protein）启动子基因在B细胞白血病/淋巴瘤甲基化率为79.4%（27/34例），在T细胞和NK细胞白血病/淋巴瘤甲基化率为47.4%（9/19例）和62.5%（15/24例），并发现DNA甲基化程度高的白血病/淋巴瘤细胞均耐受凋亡诱导作用，联合应用去甲基化处理则恢复对凋亡诱导的敏感性。Chen等［11］应用DMBA诱导小鼠口腔鳞状细胞癌的实验中发现，DMBA处理组抗凋亡蛋白survivin明显表达，mRNA合成增加，在药物未处理组则未测到。同时发现在DMBA未处理组，survivin基因高甲基化，而DMBA处理组未发现survuvin基因甲基化，表明survivin的表达是通过表观遗传机制控制的。这些研究说明表观遗传修饰异常是白血病发生发展的一种重要机制。

组蛋白乙酰化转移酶和去乙酰化酶与

白血病

一些证据表明组蛋白乙酰化转移酶（HAT）具有肿瘤抑制功能。如果HAT活性缺失或失调可能导致癌症的发生。在许多类型的癌症中，编码HAT的基因发生易位、扩增、过表达和突变。在已知的HAT中，P300和CBP认为是肿瘤抑制因子。P300和CBP基因分别位于16p13和22q13，在白血病或治疗相关性MDS中表现染色体移位、重排。在80%的恶性角质瘤和急性白血病中发现P300的杂合性缺失。在急性髓细胞白血病（AML），因t（8；16）（p11；p13）染色体异常使CBP移位，并和乙酰化酶基因MOZ或同源盒基因MLL融合，在此两种融合蛋白中，CBP的HAT结构域保持完整。在另一种AML中，t（11；22）（q23；q13）异常导致P300基因重排。MLL基因位于11q23，分别和P300、CBP形成t（11；22）（q23；q13）、t（11；16）（q23；p13）移位融合基因，产生MLL-P300和MLL-CBP融合蛋白。这些染色体异常证明，HAT错误靶向的乙酰化在白血病发生的原因方面起重要作用。在小鼠中发现MLL-CBP融合蛋白能形成MDS综合征，并进展为髓性白血病［12］。CBP的嗅结构和乙酰化酶活性区域是致白血病必须的，认为MLL的N端部分直接被CBP乙酰化导致白血病的发生。MLL-CBP的潜在靶点是HOX基因家族，可能导致这些基因异常表达，引起白血病［13］。

组蛋白去乙酰化酶（HDAC）参与癌症发展的证据来源于急性早幼粒细胞性白血病中的融合蛋白PML-RARα和PLZF-RARα，利用融合蛋白中的RARα部分，PML和PLZF募集组蛋白去乙酰化酶复合物至维甲酸（RA）受体α的靶基因阻抑转录和细胞分化。在t（8；21）M2b白血病中，AML1-ETO失去了AML1作为调控造血和细胞周期转录因子的功能，它们招募组蛋白去乙酰化酶复合体作用于AML1靶基因，抑制AML1介导的转录活性。AML1-ETO融合蛋白中ETO的CRD功能域介导的转录抑制活性占到50%左右，主要通过与mSin3A结合而起作用 ［14］。因此，AML1-ETO致髓系细胞分化受阻和白血病转化作用可能是通过如下模式实现的：AML1-ETO仍与DNA上的AML1特异序列结合，但与野生型AML1不同，融合蛋白AML1-ETO不能启动P300/CBP引导的组蛋白乙酰化和转录激活。相反，通过融合蛋白中ETO的锌指结构域，AML1-ETO募集N-CoR和HDAC，使该复合物持久地固定于AML1反应基因的启动子区，维持该区的组蛋白去乙酰化构象，DNA和转录复合体不能接近，主动阻抑分化基因转录［15］。

组蛋白修饰与白血病

组蛋白修饰是表观遗传学修饰的另一机制，包括组蛋白乙酰化修饰和甲基化修饰。组蛋白赖氨酸的N端乙酰化或去乙酰化修饰改变着核小体的结构，组蛋白中去乙酰化的赖氨酰带正电荷，被吸引到带负电荷的DNA中，产生一种紧密的染色质结构，抑制转录。另一方面，组蛋白乙酰化酶使赖氨酰乙酸化移走它们的正电荷，从而导致开放的染色质结构，加速基因转录。HDAC从赖氨酸移走乙酰基，可以逆转这一过程从而抑制转录。核小体中组蛋白的异常去乙酰化可能与HDAC专一性的错误调节有关，也与肿瘤转化相关。组蛋白中赖氨酸被特异性组蛋白甲基化转移酶甲基化，一方面核小体中组蛋白 H3的赖氨酸 4甲基化与染色质开放构象和基因表达相关；另一方面，组蛋白 H3中赖氨酸 9的甲基化与染色质的浓缩和转录抑制相关。这种组蛋白甲基化修饰和组蛋白乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响称作组蛋白密码［16］，与基因转录表达相关，异常时与肿瘤发生有关。

人类hDoT1L基因和AF10（一种与MLL和AML有关的融合蛋白）结合，通过AF10的OM-LZ区域介导MLL白血病的发生，MLL-hDoT1L和MLL-AF10介导的白血病细胞转化，导致一系列白血病相关基因的上调，并伴有组蛋白H3 K79的高甲基化［17］。MLL蛋白具有组蛋白H3甲基化转移酶活性，可以通过直接结合或使Hox基因甲基化而调节Hox表达，在白血病细胞转化和发生中有重要作用［18］。Lukasova等［19］研究CML的表观遗传学发现，CML患者的粒细胞存在不同程度的组蛋白H3甲基化现象，在CML加速期和白血病期，组蛋白H3甲基化作用明显增强。在CML慢性期，组蛋白甲基化水平、疾病进展和用药方式没有明显相关性，甚至在“治愈”的患者仍可见到组蛋白H3甲基化现象，提示在这些患者粒细胞的染色质变构调节是不完全的。白血病细胞组蛋白H3甲基化现象提示其染色质浓缩的不完整性，可能与白血病细胞增殖、疾病预后和复发有重要相关性。

人类端粒酶逆转录酶（hTERT）基因在正常分化细胞是失活的，而在肿瘤细胞被再激活。研究在细胞分化过程中hTERT启动子活性减低的机制，发现是由于hTERT启动子基因进行性的组蛋白低乙酰化和甲基化积累的结果［20］，说明细胞进化过程中表观遗产修饰的复杂性，低乙酰化和高甲基化对维持细胞正常功能也是必须的。在急性早幼粒细胞白血病细胞，PML-RARα移位基因产生的融合蛋白募集DNA甲基化转移酶到分化基因启动子靶点诱导该基因高甲基化和沉默。这种高甲基化作用与白血病发生直接相关，维甲酸处理后显示启动子基因去甲基化，分化基因在表达，白血病表型逆转［21］。这个研究结果提示在白血病细胞转化过程中，遗传学异常和表观遗传学异常是互相联系的，而表观遗传学的积累对白血病发生的早期阶段是至关重要的。

RNA相关性沉默与白血病

RNA沉默（RNA silencing）是一种在真核生物体内普遍存在的、发生在RNA水平的、基于核酸序列特异性的相互作用来抑制基因表达的调控机制，在动物中称为RNA干扰（RNA interference，RNAi）。双链（ds）RNA是RNA沉默起始的关键分子，dsRNA首先被降解为不同长度的小RNA，其中具有21-26个碱基的双链小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）在介导对病毒、转基因和转座子等外来入侵核酸序列特异性的RNA降解，在防御病毒感染和监视外来核酸中起重要作用［22］。RNAi是转录后水平的基因沉默机制，高效抑制基因表达，能封闭病毒生存和繁殖所必需的基因，产生抗病毒效应。RNAi与白血病发病关系的研究未见报道，推测在与病毒密切相关的白血病/淋巴瘤的发病中应存在RNAi机制缺陷，未能对入侵的核酸分子（如HTLV，EBV，C型病毒等）起到应有的作用，而使这些外来核酸分子复制整合导致恶性血液病的发生。

RNAi对白血病实验性治疗已有报道。Wohlbold等［23］应用bcr/abl断裂融合点基因设计的siRNA能明显减少bcr/abl蛋白表达，对抗bcr/abl蛋白的生化特性，能选择性抑制依赖bcr/abl的细胞的生长，而且bcr/abl同源的siRNA能增加伊马替尼对bcr/abl阳性细胞的敏感性。Cioca等［24］应用C-raf 和bcl-2基因设计的dsRNA转染入HL-60，U937，THP-1和K562细胞，结果均可以降低C-raf 和Bcl-2蛋白表达，诱导这些细胞的凋亡和增加其对伊托泊甙及柔红霉素化疗的敏感性。Heidenreich等［25］应用靶向AML1-MTG8位点的siRNA，能明显减低AML1-MTG8蛋白水平而不影响野生型AML1的活性。McCarthy等［26］设计IL-10的siRNA作用于CLL 的B-1细胞株LNC，显示降低IL-10的表达，使LNC细胞阻滞在G2/M期，有效地诱导LNC细胞凋亡。siRNA作为一种使异常基因沉默的理想靶点，其有效性得到公认，但还需进一步深入研究。

尽管多数肿瘤是克隆性起源，但同种或同类肿瘤间巨大的异质性提示肿瘤的发生是遗传因素、表观遗传因素和微环境的选择性压力联合作用的结果。表观遗传修饰在肿瘤相关基因表达中的重要性逐渐被重视，对白血病细胞表观遗传学异常的研究将为白血病的治疗提供新的策略。

【参考文献】

Epigenetic Modification in Human Leukemia ——Editorial

CHEN Yan，LI Xin-Gang

Institute of Hematology，Union Hospital，Tongji Medical College，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430022，China

Abstract Epigenetic modification，which involve DNA methylation，RNA-associated silencing and histone modification，is implicated in cell proliferation，differentiation，survival，apoptosis and malignant transformation. Some leukemogenesis has been shown to be aberrance of epigenetic modification. This paper discussed the potential causes of some of leukemias correlating with the methylation of cell cycle regulation genes，small interference RNA and modification abnormality of histone after translation. The study on epigenetic modification abnormality of leukemia cells provides a new strategy for treatment of leukemia.

Key words epigenetic modification; leukemia; epigenetics

表观遗传学（epigenetics）是指非基因序列改变所致基因表达水平的变化。表观遗传学研究基因表达变化，这种变化可通过减数分裂或/和有丝分裂遗传，不涉及编码的DNA序列改变，却能引起基因表达水平的异常［1］。表观遗传修饰（epigenetics modification）包括三种调节性机制：DNA甲基化，RNA相关性沉寂和组蛋白翻译后修饰，这些机制常与启动和维持表观遗传沉寂有关［2］，三者不是孤立而是相互作用的。研究表明，表观遗传修饰，如DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化等影响细胞生长调节、分化、凋亡、转化以及肿瘤发展相关基因的转录等。白血病的发生和发展与表观遗传修饰异常密切相关。

目前认为白血病的发生是复杂的多步骤的，涉及与细胞增殖、分化、存活、基因组整合有关的原癌基因、肿瘤抑制基因和其他细胞内的重要基因。在器官和细胞水平，机体对细胞的转化有内在的抵抗或保护作用，所以肿瘤的发生是多因素积累的结果。白血病是一组异质性疾病，除了细胞遗传学变化外，还发现它们都存在一种或多种基因的失活，肿瘤抑制基因不能表达。因此，白血病的发生是细胞遗传和表观遗传改变的结果。

DNA甲基化与白血病

DNA甲基化是表观遗传学上研究最深入的一种机制，是一种酶介导的化学修饰过程。在人类和大多数哺乳动物，DNA甲基化转移酶（DNMT）以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体，将甲基转移到DNA上胞嘧啶5碳位置，形成CpG位点，富含CpG区域称为CpG岛。在大约40%的哺乳动物这些CpG岛延伸到DNA的启动子区域，导致稳定的可遗传的转录沉寂，对基因表达有明显抑制作用［3］。启动子区域的CpG岛甲基化能沉寂基因转录，在正常细胞中是一种调节基因表达的手段。然而抑制肿瘤生长的基因发生异常甲基化是在肿瘤早期就发生而且一直进行的，导致恶性肿瘤表型的表达。抑癌基因能被这种表观遗传机制沉寂。98种不同原发性人类肿瘤的基因组筛查揭示，在每种肿瘤平均存在600个异常CpG岛甲基化位点［4］，很多甲基化CpG岛存在于尚未确定的基因组区域，也许在肿瘤发生中扮演重要角色。

肿瘤抑制基因启动子区域过甲基化常常是白血病/淋巴瘤发生的一种重要机制。白血病细胞周期异常、增殖失控与细胞周期蛋白异常表达或缺失相关。有学者研究发现，在78%的急性髓系白血病（AML）、67%的浆细胞疾病、46%的骨髓增生异常综合征（MDS）、40%的急性淋巴细胞白血病（ALL）、13%的非霍奇金氏淋巴瘤（NHL）存在p15INK4B（p15）基因高甲基化，在B细胞NHL存在p16INK4A（p16）的高甲基化。追踪MDS进展发现，7例p15基因正常的早期患者随疾病进展有5例发生了甲基化［5］。另一项研究显示，7例p15基因正常的MDS转化为白血病后5例发生了甲基化［6］。还有学者报道，153例NHL中低恶性的41例p16表达正常，71例高恶性者中41例全部或部分丧失p16的表达，而发生由低恶性向高恶性转化的41例在转化前p16表达正常，转化后35例全部或部分丧失p16的表达［7］。Reddy等［8］研究蛋白酪氨酸磷酸酶基因SHP1、蛋白激酶基因SYK、细胞因子信号抑制因子基因SOCS1发现，在93%（119/130）的白血病/淋巴瘤和多发性骨髓瘤至少存在一种基因的甲基化，在100%的NHL和94%的白血病细胞株存在SHP1甲基化，SOCS1甲基化率达30%。应用去甲基化处理后可见到SHP1重新表达，STAT3磷酸化水平降低，结果提示细胞因子信号紊乱与这些基因甲基化沉默有关。细胞周期蛋白基因甲基化与细胞因子信号抑制因子基因甲基化导致其表达异常，白血病/淋巴瘤细胞增殖失控，MDS细胞恶性转化，导致血液恶性肿瘤的发生。

不仅细胞周期蛋白和细胞因子信号抑制因子基因发生甲基化，白血病/淋巴瘤细胞促凋亡基因同样也存在过甲基化，而在抗凋亡基因有低甲基化现象。Murai等［7］发现，在15%的急性淋巴细胞白血病、17%的急性髓细胞白血病、21%的多发性骨髓瘤病人存在促凋亡基因BNIP3基因位点的高甲基化，并且使该区域组蛋白乙酰化时也能直接促使该基因表达，因此作者认为，BNIP3基因的沉寂是该基因组DNA异常甲基化和组蛋白去乙酰化作用的结果。van Doorn等［9］在T细胞淋巴瘤中发现肿瘤抑制基因P73和凋亡相关基因BCL7a启动子区域过甲基化，与DNA修复有关的肿瘤抑制基因失活，凋亡信号传导异常而使细胞增殖失控。Nakatsuka等［10］在对白血病/淋巴瘤的研究中发现，促凋亡蛋白激酶DAP（death-associated protein）启动子基因在B细胞白血病/淋巴瘤甲基化率为79.4%（27/34例），在T细胞和NK细胞白血病/淋巴瘤甲基化率为47.4%（9/19例）和62.5%（15/24例），并发现DNA甲基化程度高的白血病/淋巴瘤细胞均耐受凋亡诱导作用，联合应用去甲基化处理则恢复对凋亡诱导的敏感性。Chen等［11］应用DMBA诱导小鼠口腔鳞状细胞癌的实验中发现，DMBA处理组抗凋亡蛋白survivin明显表达，mRNA合成增加，在药物未处理组则未测到。同时发现在DMBA未处理组，survivin基因高甲基化，而DMBA处理组未发现survuvin基因甲基化，表明survivin的表达是通过表观遗传机制控制的。这些研究说明表观遗传修饰异常是白血病发生发展的一种重要机制。

组蛋白乙酰化转移酶和去乙酰化酶与

白血病

一些证据表明组蛋白乙酰化转移酶（HAT）具有肿瘤抑制功能。如果HAT活性缺失或失调可能导致癌症的发生。在许多类型的癌症中，编码HAT的基因发生易位、扩增、过表达和突变。在已知的HAT中，P300和CBP认为是肿瘤抑制因子。P300和CBP基因分别位于16p13和22q13，在白血病或治疗相关性MDS中表现染色体移位、重排。在80%的恶性角质瘤和急性白血病中发现P300的杂合性缺失。在急性髓细胞白血病（AML），因t（8；16）（p11；p13）染色体异常使CBP移位，并和乙酰化酶基因MOZ或同源盒基因MLL融合，在此两种融合蛋白中，CBP的HAT结构域保持完整。在另一种AML中，t（11；22）（q23；q13）异常导致P300基因重排。MLL基因位于11q23，分别和P300、CBP形成t（11；22）（q23；q13）、t（11；16）（q23；p13）移位融合基因，产生MLL-P300和MLL-CBP融合蛋白。这些染色体异常证明，HAT错误靶向的乙酰化在白血病发生的原因方面起重要作用。在小鼠中发现MLL-CBP融合蛋白能形成MDS综合征，并进展为髓性白血病［12］。CBP的嗅结构和乙酰化酶活性区域是致白血病必须的，认为MLL的N端部分直接被CBP乙酰化导致白血病的发生。MLL-CBP的潜在靶点是HOX基因家族，可能导致这些基因异常表达，引起白血病［13］。

组蛋白去乙酰化酶（HDAC）参与癌症发展的证据来源于急性早幼粒细胞性白血病中的融合蛋白PML-RARα和PLZF-RARα，利用融合蛋白中的RARα部分，PML和PLZF募集组蛋白去乙酰化酶复合物至维甲酸（RA）受体α的靶基因阻抑转录和细胞分化。在t（8；21）M2b白血病中，AML1-ETO失去了AML1作为调控造血和细胞周期转录因子的功能，它们招募组蛋白去乙酰化酶复合体作用于AML1靶基因，抑制AML1介导的转录活性。AML1-ETO融合蛋白中ETO的CRD功能域介导的转录抑制活性占到50%左右，主要通过与mSin3A结合而起作用 ［14］。因此，AML1-ETO致髓系细胞分化受阻和白血病转化作用可能是通过如下模式实现的：AML1-ETO仍与DNA上的AML1特异序列结合，但与野生型AML1不同，融合蛋白AML1-ETO不能启动P300/CBP引导的组蛋白乙酰化和转录激活。相反，通过融合蛋白中ETO的锌指结构域，AML1-ETO募集N-CoR和HDAC，使该复合物持久地固定于AML1反应基因的启动子区，维持该区的组蛋白去乙酰化构象，DNA和转录复合体不能接近，主动阻抑分化基因转录［15］。

组蛋白修饰与白血病

组蛋白修饰是表观遗传学修饰的另一机制，包括组蛋白乙酰化修饰和甲基化修饰。组蛋白赖氨酸的N端乙酰化或去乙酰化修饰改变着核小体的结构，组蛋白中去乙酰化的赖氨酰带正电荷，被吸引到带负电荷的DNA中，产生一种紧密的染色质结构，抑制转录。另一方面，组蛋白乙酰化酶使赖氨酰乙酸化移走它们的正电荷，从而导致开放的染色质结构，加速基因转录。HDAC从赖氨酸移走乙酰基，可以逆转这一过程从而抑制转录。核小体中组蛋白的异常去乙酰化可能与HDAC专一性的错误调节有关，也与肿瘤转化相关。组蛋白中赖氨酸被特异性组蛋白甲基化转移酶甲基化，一方面核小体中组蛋白 H3的赖氨酸 4甲基化与染色质开放构象和基因表达相关；另一方面，组蛋白 H3中赖氨酸 9的甲基化与染色质的浓缩和转录抑制相关。这种组蛋白甲基化修饰和组蛋白乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响称作组蛋白密码［16］，与基因转录表达相关，异常时与肿瘤发生有关。

人类hDoT1L基因和AF10（一种与MLL和AML有关的融合蛋白）结合，通过AF10的OM-LZ区域介导MLL白血病的发生，MLL-hDoT1L和MLL-AF10介导的白血病细胞转化，导致一系列白血病相关基因的上调，并伴有组蛋白H3 K79的高甲基化［17］。MLL蛋白具有组蛋白H3甲基化转移酶活性，可以通过直接结合或使Hox基因甲基化而调节Hox表达，在白血病细胞转化和发生中有重要作用［18］。Lukasova等［19］研究CML的表观遗传学发现，CML患者的粒细胞存在不同程度的组蛋白H3甲基化现象，在CML加速期和白血病期，组蛋白H3甲基化作用明显增强。在CML慢性期，组蛋白甲基化水平、疾病进展和用药方式没有明显相关性，甚至在“治愈”的患者仍可见到组蛋白H3甲基化现象，提示在这些患者粒细胞的染色质变构调节是不完全的。白血病细胞组蛋白H3甲基化现象提示其染色质浓缩的不完整性，可能与白血病细胞增殖、疾病预后和复发有重要相关性。

人类端粒酶逆转录酶（hTERT）基因在正常分化细胞是失活的，而在肿瘤细胞被再激活。研究在细胞分化过程中hTERT启动子活性减低的机制，发现是由于hTERT启动子基因进行性的组蛋白低乙酰化和甲基化积累的结果［20］，说明细胞进化过程中表观遗产修饰的复杂性，低乙酰化和高甲基化对维持细胞正常功能也是必须的。在急性早幼粒细胞白血病细胞，PML-RARα移位基因产生的融合蛋白募集DNA甲基化转移酶到分化基因启动子靶点诱导该基因高甲基化和沉默。这种高甲基化作用与白血病发生直接相关，维甲酸处理后显示启动子基因去甲基化，分化基因在表达，白血病表型逆转［21］。这个研究结果提示在白血病细胞转化过程中，遗传学异常和表观遗传学异常是互相联系的，而表观遗传学的积累对白血病发生的早期阶段是至关重要的。

RNA相关性沉默与白血病

RNA沉默（RNA silencing）是一种在真核生物体内普遍存在的、发生在RNA水平的、基于核酸序列特异性的相互作用来抑制基因表达的调控机制，在动物中称为RNA干扰（RNA interference，RNAi）。双链（ds）RNA是RNA沉默起始的关键分子，dsRNA首先被降解为不同长度的小RNA，其中具有21-26个碱基的双链小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）在介导对病毒、转基因和转座子等外来入侵核酸序列特异性的RNA降解，在防御病毒感染和监视外来核酸中起重要作用［22］。RNAi是转录后水平的基因沉默机制，高效抑制基因表达，能封闭病毒生存和繁殖所必需的基因，产生抗病毒效应。RNAi与白血病发病关系的研究未见报道，推测在与病毒密切相关的白血病/淋巴瘤的发病中应存在RNAi机制缺陷，未能对入侵的核酸分子（如HTLV，EBV，C型病毒等）起到应有的作用，而使这些外来核酸分子复制整合导致恶性血液病的发生。

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HIC-1在肿瘤发生中的作用机制肿瘤的发生通常伴随着表观遗传学的改变，包括基因甲基化、组蛋白修饰和非编码小RNA干扰等，这些改变可使基因功能发生变化，从而导致细胞恶变。事实上，异常的表观遗传学修饰是肿瘤形成的必然要素，其已成共识。越来越多的研究证明，HIC-1基因表观遗传学的改变，参与了多种肿瘤的发生。

启动子的甲基化与肿瘤的发生

一般认为，HIC-1是一种肿瘤抑制基因，在多数实体瘤和白血病中表现为表观遗传学沉默，如前列腺癌、非小细胞肺癌、乳腺癌、胃癌和肝癌、食管癌、非精原生殖细胞癌、儿童髓母细胞瘤、神经胶质瘤和室管膜瘤。应用甲基化特异性PCR（MSP）和重亚硫酸盐测序发现，人类许多实体瘤和白血病中HIC-1均表现出高甲基化。例如，Yamanaka等在研究前列腺癌的发生与7种基因甲基化的相关性时发现，HIC-1的甲基化率为99%；Eguchi等在非小细胞肺癌标本检测出33%的肿瘤组织和31%非肿瘤组织中有HIC-1启动子的甲基化，且基因的甲基化程度与肿瘤分化程度呈负相关；Fujii等对39例原发性乳腺癌组织研究发现，有26例肿瘤组织（67%）出现HIC-1基因的完全甲基化。一般认为HIC-1启动子区域的高甲基化可抑制HIC-1表达，且整个HIC-1基因的表达水平随肿瘤的发展不断降低。

HIC-1的表观遗传学失活可能促使细胞在肿瘤形成早期调整生存模式和信号通路，或调整一系列特异性转录因子的表达。将HIC-1基因人为导入该基因失活的肿瘤细胞株可明显降低肿瘤细胞的成活率。然而，HIC-1启动子甲基化也被发现存在于儿童正常脑组织、成人脑和前列腺上皮组织中。此外，在已确诊的急性白血病和慢性粒细胞性白血病慢性期的病人中，仅有少数病人出现HIC-1甲基化。但在复发的急性淋巴细胞白血病和急转的慢性粒细胞性白血病病人中，HIC-1均表现出高甲基化。故HIC-1甲基化已被认为是造血系统肿瘤的晚期事件，提示降低HIC-1的表达可能存在其他机制。通过以上例证说明，HIC-1启动子区域的甲基化程度与肿瘤的发生、发展有密切关系。干预肿瘤细胞HIC-1启动子甲基化，有可能对抑制肿瘤的发生、发展具有积极作用。

HIC-1与p53抑癌基因的协同作用

HIC-1识别的一个重要靶点是SIRT1（thesilentmatingtypeinformationregulationhomolog1），该基因编码一种去乙酰酶。SIRT1可使p53去乙酰化，降低p53基因对细胞凋亡和（或）增殖的调节能力。据报道，在正常生理情况下，HIC-1能抑制SIRT1转录，进而抑制p53去乙酰化；但在肿瘤细胞中HIC-1表观遗传学的失活，导致SIRT1水平升高。p53因去乙酰化作用而失活，促使细胞抵抗凋亡而成活。另外，HIC-1的启动子区域存在PRE，意味着HIC-1是p53的直接靶基因，p53能激活HIC-1的转录而不依赖于其甲基化状态。因此，这个p53/HIC-1/SIRT1调节通路是HIC-1作为肿瘤抑制基因发挥作用及其与p53协同作用的重要途径。

HIC-1与p53的双杂合性缺失模型进一步证实了HIC-1以及HIC-1与p53协同作用在肿瘤发生、发展中的意义。Chen等研究发现，HIC-1+/-小鼠在老年时期发生一系列具有性别依赖性的恶性肿瘤，HIC-1+/-p53+/-小鼠骨肉瘤的发生率（35%）较p53+/-小鼠（20%）高，且具有年龄依赖性。在64只HIC-1+/-p53+/-小鼠中发现5例乳腺肿瘤（4例腺鳞癌，1例肌上皮瘤）及7例卵巢肿瘤，在p53+/-小鼠中仅发现1例卵巢血管肉瘤，而在HIC-1+/-小鼠中未发现上述肿瘤。

HIC-1在肿瘤发生中的其他作用机制

最近研究表明，肿瘤细胞中HIC-1的失活能使成纤维细胞生长因子结合蛋白1表达增加，从而导致血管形成或增生。Zhang等发现，HIC-1能调节ephrin-A1(EFNA1)基因的直接转录，从而抑制上皮肿瘤的形成。另外，实验结果表明，HIC-1是一种新的细胞生长调控机制中的核心分子，这种HIC-1介导的信号通路的中断将导致异常细胞增殖和肿瘤形成。Boulay等发现，肿瘤发生过程中HIC-1的缺失通过上调乳腺上皮细胞中β2肾上腺素能受体的表达促使肿瘤转移。此外，HIC-1还是调节细胞生长及凋亡关键基因的中心转录调节因子，在髓母细胞瘤中HIC-1对Hedgehog信号通路具有抑制作用，在干细胞功能中HIC-1能调节Wnt信号通路。

HIC-1在肿瘤治疗中的意义由于HIC-1基因受p53基因调控，而p53基因又是迄今报道人类肿瘤中突变频率最高的基因之一，且目前报道的p53基因突变肿瘤中有75%以上为错义突变，致使p53基因功能丢失，因此，通过活化其下游HIC-1作为靶点，是p53基因突变肿瘤治疗的有效选择；而对于野生型p53肿瘤，若联合HIC-1靶点干预可能效果更佳。在许多实体瘤及白血病中，由于HIC-1启动子甲基化导致HIC-1沉默或低表达，DNA甲基化状态可用DNA甲基化酶抑制剂消除。因此，HIC-1成为DNA甲基化酶抑制剂5-氮杂-2-脱氧胞苷（5-Aza-2`-deoxycytidine,Decitabin,5-CdR）的治疗新靶点。Nicoll等研究发现，通过5-CdR恢复HIC-1功能有可能改善乳腺癌病人的预后。另有研究表明，5-CdR的联合应用可增强头颈部鳞状细胞癌的放射治疗效果。另外，Eggers等通过临床研究发现，HIC-1可作为预测肾癌病人无复发生存率的独立因子。因此，深入研究HIC-1基因的功能与作用机制，将有助于应用靶向药物治疗肿瘤。

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    心肌缺血时,有氧代谢发生障碍,葡萄糖利用减少,脂肪酸利用增多,使氧利用率下降,心脏供能不足;同时,无氧代谢导致的酸性代谢产物增加,引起细胞内酸中毒。此外,心肌缺血还能引起氧自由基及钙离子超载,诱导心肌细胞凋亡,导致严重的临床症状。因此,改善能量代谢,清除自由基,减轻钙超载,抵抗细胞凋亡,实现心肌保护作用成为改善心肌缺血的重要途径[10]。研究表明,针灸在实现心肌保护方面具有自身的优势。一方面,针灸可通过改善能量代谢,实现心肌保护。心肌缺血时,能量代谢相关酶发生改变,电针能提高心肌组织糖原、琥珀酸脱氢酶和三磷酸腺苷酶的活性,纠正心肌相关酶的异常,增强能量代谢,改善心肌缺血。另一方面,针灸可减少自由基,缓解心肌缺血症状。热休克蛋白(HSP)属应激蛋白,能减少氧自由基释放,减轻心肌缺血损伤,从而保护机体[11]。研究证明电针“内关”穴可以增强缺血心肌细胞HSP90和HSP70mRNA表达,以减少氧自由基的释放,从而缓解家兔心肌缺血症状[12-13];而且,针刺“内关”穴能抑制细胞内Ca2+超载,实现心肌细胞保护,电针“内关”通过上调心肌钙泵和钠泵基因表达,增强钙泵和钠泵活性,降低心肌细胞内Ca2+含量,从而达到抑制钙超载,实现对心肌组织的保护作用,表现为促进心电活动、改善心肌组织形态和超微结构[14]。大量研究表明,针刺可以调控凋亡基因的表达水平,延长细胞周期,减少细胞凋亡,保护缺血心肌细胞。有研究指出电针可以调节诱导细胞凋亡因子Bax和抗凋亡因子Bcl-2在家兔缺血心肌中的表达,即抑制凋亡基因Bax和促进抗凋亡基因Bcl-2的表达,抑制心肌细胞凋亡,从而达到保护心肌细胞的作用[15]。c-fos基因是一种原癌基因,参与调节体内许多过程,如细胞周期、细胞分化、肿瘤转化及细胞凋亡等,正常情况下细胞内c-fos表达呈低水平状态,心肌缺血可激活c-fos基因的表达从而启动心肌细胞凋亡。研究表明,电针可降低c-fos基因表达,改善急性心肌缺血的过程[16-17]。所以不难看出,针灸能通过多种途径实现心肌细胞保护。总之,针灸干预心肌缺血的疗效和机制已初步得到证实和揭示,但尚未完全阐明,在一定程度影响了针灸治疗心肌缺血在临床的应用和推广。因此,需要引进新的理念、新的方法技术进行深入探索。

    2表观遗传调控在针灸治疗心肌缺血的机制研究中的应用

    目前主要涉及的表观遗传调控包括CG辅酶甲基化、组蛋白转录后修饰、RNA干扰等,具体可分为DNA甲基化、蛋白质共价修饰、染色质重塑、微小RNA调控4个方面[18-19]。越来越多的研究表明,表观遗传调控在心肌缺血过程中扮演重要角色,参与了疾病的发生、发展及预后的全部过程,因此,我们探讨从该角度开展针灸治疗心肌缺血机制研究的新方向。2.1表观遗传调控与心肌缺血的相关性以动物和人为载体的研究都表明,心肌缺血与表观遗传调控密切相关。表观遗传标记物在心肌缺血发生发展过程中的变化,反映出DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑及微小RNA是调控心肌缺血的关键因素。大鼠神经甲基化系统在心肌缺血中受到抑制,可导致缺血部位的儿茶酚胺浓度升高,作用于心脏,使心率加快,收缩力增强,心输出量增加;怀孕期间的营养不良会改变DNA甲基化,增加成年后患心血管病的风险,且DNA甲基化在6个特殊位点对产前环境很敏感,可能提高妇女患心肌缺血的风险[20-22]。同时,有研究认为,组蛋白H3赖氨酸4甲基化(H3K4me)转移酶和它们的辅助因子是调控胚胎发育及细胞特异性的重要因素[23];而Smyd2作为一种组蛋白甲基转移酶,介导H3K4甲基化,改变心肌细胞组蛋白甲基化修饰和心肌细胞靶基因的转录调控,促进心肌细胞分化和发育[24-25]。最新研究报道组蛋白H3赖氨酸27去甲基化酶赖氨酸K特异性脱甲基6A(UTX)可以促进心肌细胞生长发育,UTX基因敲除小鼠因心脏发育障碍死于胚胎发育早期[26]。除甲基化之外,组蛋白的乙酰化在心肌缺血中的作用受到广泛关注。发生心肌缺血后,心肌细胞蛋白发生了去乙酰化,抑制去乙酰化则能减少其损伤,组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂通过组蛋白去乙酰化酶Sirt1介导,后者含量增加,能有效促进心肌缺血耐受,诱导心肌保护[27-29]。HDAC-7抑制剂可与缺氧诱导因子(HIF)结合影响基因转录,增强HIF活性,从而促进心脏血管新生[30-31]。同时,HDAC抑制剂曲古柳菌素A可降低缺血心肌凋亡基因Caspase3表达,抑制心肌细胞凋亡,也可促进干细胞向心肌细胞分化,介导心肌细胞再生[32-33]。进一步研究发现,组蛋白H3赖氨酸9乙酰化(H3K9ace)与缺血心肌保护密切相关,通过调节血管再生因子、细胞凋亡因子和HSP基因表达达到抗缺血性损伤效果。其中VEGF、Sirt1与组蛋白赖氨酸乙酰化关系最为密切[34-39]。除组蛋白修饰之外,microRNA上调或下调通过作用于靶基因激活相应的分子信号通路参与心肌保护,调控心肌缺血损伤。染色体重塑也被证明与心肌细胞生长发育相关[40-41]。

    总之,DNA甲基化、组蛋白修饰、微小RNA等表观遗传调控在心肌缺血过程中具有重要意义。2.2表观遗传调控与针灸防治心肌缺血机制研究从上述表观遗传调控与心肌缺血的相关研究成果可知,表观遗传调控介导细胞凋亡、心肌细胞保护和心脏血管再生,在心肌缺血发生发展过程中具有特殊地位,是目前医学研究的热点。从该角度切入进行针灸防治心肌缺血研究,必然是今后研究的一个新方向。同时,结合表观遗传调控自身特性,即强调除了DNA和RNA序列以外,还有许多调控基因信息,虽然本身不改变基因的序列,但其通过基因修饰、蛋白质与蛋白质、DNA和其它分子的相互作用,多层次、多途径影响和调节遗传基因的功能和特性,这些调节同时存在可逆性。这与针灸作用整体性、综合性、双向性、多靶点的特点具有一定的相似性。因此,将表观遗传学的理念和技术引入针灸抗心肌缺血机制研究,乃至整个针灸研究领域,都具有较强的可行性。结合针灸自身优势特点,以及其抗心肌缺血研究现状,融合上述表观遗传调控在心肌缺血发生发展过程的作用特点,我们认为,今后的研究可从两个方面进行,一是针灸对心肌缺血疾病的预防。治未病思想历来是中医理论的核心,早在《黄帝内经》中就强调“不治已病治未病”。现代研究证实,针刺具有提高机体机能的作用,如实施心肌缺血再灌注手术前针灸“内关”穴,能提高心肌细胞耐缺血能力,延长动物生存期,这无疑为心肌缺血患者赢得了宝贵的抢救时间[42]。而表观遗传调控与之密切相关,HDAC直接参与耐缺血,如果以此进行深入研究,一旦得以证实,将为临床进行再通手术前实施针灸干预的应用提供科学依据[43]。另一方面,则是在现有的研究基础上,继续深入探讨针灸抗心脏缺血机制研究。根据心肌缺血的不同阶段,有重点地开展相应研究。如急性期、亚急性期,主要围绕针灸促心肌细胞存活、抑制细胞凋亡,以及改善能量代谢,从而实现心肌细胞保护进行研究。针灸能有效调控心肌组织中Sirt1、HSP70、Caspase3、c-fos、Bcl-2等物质的表达,实现保护心肌目的,但其背后的调控机制如何,尚未得到证明。研究表明,HDAC能有效调控Caspase3表达,H3K9ace能影响HSP70水平等,从这些角度深入揭示针灸促心肌保护机制,将为针灸的更广泛应用提供基础。在慢性期,则主要围绕促进血管新生开展。已有的研究证实针灸能促缺血区域的血管新生,且与VEGF密切相关,但调控VEGF表达发生改变的机制并未得到证明。肿瘤存在大量的新生血管,研究中发现,H3K9ace在此过程中扮演重要角色,我们可以推测,在针灸促VEGF表达,介导血管新生过程中,H3K9ace可能具有重要意义。同时,也可以充分结合针灸抗心肌缺血机制研究成果,着重筛选出相应优势靶点,进行新药开发,或许可能成为新药开发的新靶点。除此之外,还可进行相应的拓展。研究表明,心脏中存在心肌干细胞,在某些影响因素干预下,能不断增殖、分化形成新的心肌干细胞。这个过程中表观遗传调控发挥重要作用[44]。针灸有促体内干细胞增殖、分化的能力,比如促脑内神经发生,实现脑保护[44-45]。那么针灸是否也能促进心脏干细胞增殖、分化,实现心肌保护?从表观遗传学的角度研究,也将成为我们关注的方向。

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【关键词】组合数学 教学方法 生物医学 生物信息学

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）09-0132-02

伴随着信息时代的来临，特别是生物医学科学研究的迅猛发展，尤其是生物信息学这门科学的出现使得原来的生物医学研究向低通量的临床数据转向高通量分子生物学数据。组合数学作为一门应用性较强的数学分支，在生物医学中的应用广泛，面对多因素高通量的生物医学问题，增加高等学校，特别是生物信息学专业学生的组合数学知识，培养他们运用组合数学方法分析和解决生物医药科学问题的能力已经成为必要。如何在教学过程中提高学生学习组合数学的兴趣，建立组合数学的逻辑思维用于解决医学问题是我们教育工作者需要思考的问题。

一、高等学校组合数学的特点及教学现状

组合数学是一门研究离散对象的科学，在计算机科学、信息科学中具有重要的地位，是理科及工科院校的一门必修课，随着现代生物医学的日益发展，组合数学的重要性也日渐凸显。组合数学对于生物医学专业基础课有着直接的衍射作用。目前，部分开设组合数学课程的生物高等学校的主要面向生物信息学、统计学等等专业开设，讲授学时30到60学时。在大部分生物高等学校并没有该类课程的设置，也是导致高等学校组合数学教师队伍的匮乏的主要原因。而且目前组合数学授课考核形式也比较单一。组合数学主要是以理论授课形式为主的教学方式，考试成绩是考核学生的唯一标准，忽视了学生在学习过程中的考核。信息时代学科的交叉发展体现在组合数学在各个学科中不可替代的作用，因此提高生物高等学校学生的组合数学学习兴趣，培养他们运用组合数学的能力是目前迫切需要解决的问题。

二、改进组合数学教学措施，提高学生兴趣

（一）更新教学内容，改进教学方法

目前的组合数学内容主要有： 鸽巢原理、排列与组合、容斥原理、递推关系、生成函数等基本的组合数学知识及其在数学中的应用。为了让学生在有限的学时内学完必要的知识，更新和精选教学内容显得尤为必要，将以组合数学内容为主导的教学模式改进成以生物医学问题为导向的教学模式。由于面向医学专业的特殊性，从内容上应着重选择与医学知识联系紧密的内容，采取精讲和略讲相结合的方式。根据不同专业背景更新组合数学的教学内容往往能够起到事半功倍的效果。以下是我们在讲解排列与组合一章时的一个教学实例：“生物遗传信息是由DNA分子中4个碱基核苷酸就像电报密码似的以不同的排列顺序记录下来，它载着人类的全部基因或全部遗传信息，人的DNA约有30亿（3×109） 碱基对，按照排列的思想可知人类基因组可能的排列方式有N=4■=（4■）■≈（1.52）■种，然而人类仅从这无穷多的方式中选了一种作为全人类共同的遗传密码，可见我们的基因组是祖先们留给人类的最宝贵的财富！”。这样的实例教学不仅可以让学生熟悉课堂知识，还能让学生对所学的知识进行综合的运用，更重要的与生物医学问题的结合提高了学生的学习兴趣。通过兴趣小组讨论学习提高学生自主学习的主动性，变被动学习为主动学习，充分调动学生学习组合数学的兴趣，从而充分发挥学生学习的主观能动性。

（二）加强多媒体辅助教学，提高学生学习兴趣

组合数学传统的授课方式是在黑板上将定义、定理的内容进行逐步严密的推导证明，这在一定程度上让学生紧跟授课教师的思维和建立学生的逻辑思考能力。然而随着多媒体技术的不断进步，利用多媒体和板书相结合的策略成为下一阶段组合数学教学模式的主要教学手段。对于繁琐的定理公式例如容斥原理避免推导证明，结合多媒体的几何图形使学生更加直观的理解和应用。以我们在教授容斥原理时的一个实例，容斥原理的根本思想是将难的问题分解成若干简单问题，通过间接计数来解决直接计数不容易解决的问题，我们用多媒体幻灯片分别展示两集合和三集合的容斥原理（图1A和B），并按照容斥原理的逻辑顺序利用多媒体动画技术控制每一部分的出现顺序，不仅避免了大量繁重枯燥的板书推导，最重要的是图形式教学可以帮助学生对容斥原理建立更直观的理解。可见在组合数学的教学过程多媒体的充分利用可以起到事半功倍的效果。

图1 多媒体在组合数学教学中的应用――容斥原理实例

（三）增设组合数学实验课，培养学生创新性思维

组合数学除了基本理论课之外还应该开设适当的实验课，在实验课上让学生自己动手解决一些与生物医学有关的实际问题。通过让学生自己编程实现排列组合的算法，不仅可以增进学生对排列与组合的深入认识，也能够培养学生利用排列组合思想解决实际问题的能力。以下是我们的一个实验教学实例：“任选一种排列生成算法，编程实现自动生成n个（如n=6）不同元素中取r个元素的排列，并输出指定任意n和r的所有排列。”，不仅让学生掌握了课堂上讲解的排列原理，还锻炼了编程能力，初步体验了科研的乐趣，由消极的被动学习升级为积极的主动学习。可见通过组合数学实验课更能培养学生自己动手自己学习的能力，进一步激发学生的创新性思维。

（四）精挑细选课后练习，培养学生独立解决问题的能力

组合数学作为一门应用性较强的数学课，需要学生掌握其在生物医学领域的应用，这就必须加强组合数学课堂后练习。因此习题是组合数学课程重要的教学环节，也是理论教学必不可少的补充。然而习题课并不意味着单纯地大量做题，教师应根据课堂内容，精挑细选出质量比较高的少量题目，供学生课余时间认真研究，要在习题中体现组合数学的知识点，激发学生独立给出解决问题的新观点和新方法。设置习题时，应以问题为导向，即给定一个实际的有兴趣的问题，让学生利用所学的组合数学理论进行解决，进一步加强学生对知识细节的理解和掌握，并让学生举一反三熟练掌握所学内容，使学生的理解更加深刻。如我们在教学过程中的一个课后习题实例：“一位国际象棋大师有11周的时间备战一场锦标赛，他决定每天至少下一盘棋，但是为了使自己不过分疲劳他还决定在每周不能下棋超过12盘。证明存在连续若干天，期间这位大师恰好下了21盘棋。”，该实例引起了学生在课余时间学习组合数学的一个热潮。

总之，面对高等学校生物信息学学生的专业特点，传统的单一的纯理论的组合数学教学方法已经不再适用。应该考虑改进教学内容和方法，发挥学生学习的主观能动性，使学生在快乐进取的氛围里学习组合数学，具体的教学内容和教学方法的改进仍有待教学工作者进一步探讨和研究。

参考文献：

[1]卢开澄，卢华明.组合数学[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]苏建忠，张岩，刘洪波，王芳，崔颖.组合数学在生物信息学教学中的应用[J]. 科技创新导报，2012，6，142-143.

作者简介：

刘洪波（1983-），男，汉族，山东德州人，博士，讲师，主要研究方向：生物信息学，计算表观遗传学。

王芳（1982-），女，汉族，吉林松原人，博士，副教授，主要研究方向：生物信息学，计算表观遗传学。

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[关键词] 精准医学；基因组学；医学研究生；培养

[中图分类号] R394；G642 [文献标识码] A [文章号] 1673-7210（2017）01（a）-0113-04

[Abstract] Precision medicine is the development trend of medical science. The ability to practice precision medicine is dependent on genomics. The genomics research of common diseases and rare diseases， as well as the pharmacogenomics have been widely used in the era of precision medicine. To help the postgraduate students master the basic knowledge of genomics and understanding the latest genomics development and application， it is necessary to keep pace with the development of discipline. By learning genomics， the medical postgraduates can improve the ability and level of scientific research， and lay a good found a tion for their clinical work in future. To adapt to the requirements of the rapid development of genomics， some elements of teaching mode should bead just to meet the requirements of rapid development of genomics in the era of precision medicine， which can expand the basic knowledge of medical postgraduates and train medical talents with interdisciplinary background.

[Key words] Precision medicine； Genomics； Medical postgraduates； Cultivation

精准医学是以个体化医疗为基础、随着基因组测序技术快速进步以及生物信息与大数据科学的交叉应用而发展起来的新型医学概念与医疗模式。2015年1月20日，美国总统奥巴马发表讲话，呼吁美国要增加医学研究经费，推动个体化基因组学研究，依据个人基因信息为癌症及其他疾病患者制订个体医疗方案，拉开了精准医学的大幕。精准医学体现了医学科学发展趋势，也代表了临床实践发展的方向，必将在不远的将来惠及国民健康及疾病防治。基因组学研究是实现精准医学的重要手段。本文就精准医学时代培养医学研究生利用基因组学进行科研工作和疾病诊疗的重要性以及基因组学教学模式的调整进行初步探讨。

1 精准医学的本质

精准医学是通过基因组、蛋白质组等组学技术和其他前沿科技，依据患者内在生物学信息及临床特点，在分子学水平为疾病提供更加精细的分类及诊断，从而对患者进行个性化精准治疗，以期达到治疗效果最大化和副作用最小化的一门订制医疗模式[1]。精确、准时、共享、个体化是精准医学的四要素。

精准医学研究的主要目的是通过标准化的各种大型的队列研究和多种组学研究，寻找疾病的新的生物标志物以完善疾病分类；完善后的新疾病分型通过药物基因组学等手段进行临床转化，达到个体化的精准医疗[2]。如何将精准医学基础研究成果转化，服务于临床实践，将是精准医学模式下需要着重思考的问题。

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大量研究表明，通过与Wnt信号通路上相应的受体结合，DKK1对细胞的分化、增殖、迁移或癌变等特性进行调控，在肿瘤发生方面发挥重要作用。Wnt/β-catenin信号通路参与胚胎发育及肿瘤形成，同时与造血系统发育、造血干细胞自我更新及某些恶性血液病密切相关。当细胞分泌的Wnt蛋白与细胞跨膜受体卷曲蛋白(Frizzled)结合后，在辅助受体LRP-5/LRP-6的协同作用下，激活细胞内的信号转导，使胞质内散乱蛋白(dishevelled)发生磷酸化而活化。磷酸化的散乱蛋白抑制了GSK-3β的活性，使β-catenin不能与Axin-APC-GSK-3β等形成降解复合物，从而使胞浆内游离的β-catenin蛋白积聚，进入细胞核，与淋巴增强因子(lymphoid-en-hancingfactor，LEF)/T细胞因子(T-cellfactor，TCF)结合，形成β-catenin/TCF/LEF转录复合体，使下游靶基因如C-MYC、cyclinD1等转录和表达增高(附图)，最终促进肿瘤的发生。Mao等发现，DKK1作用通路是通过竞争Wnt蛋白结合LRP5/6受体而直接抑制Wnt蛋白活性，或通过含kringle结构域的Kremen受体间接与LRP5/6受体结合，从而形成三聚体复合物，降低Wnt蛋白向细胞内传导信号，阻断经典Wnt/β-catenin/TCF传导通路，抑制肿瘤细胞增殖和侵袭，诱导其凋亡。

一、DKK1甲基化与急性白血病

急性白血病(acuteleukemia，AL)是一种与表观遗传学相关的疾病，具有多基因、遗传学表型异质性特点。大量研究表明，AL的发生与DKK1基因表达异常有密切关系。DKK1基因甲基化，引起基因表达下调或沉默，其抑制Wnt信号通路作用失活，导致Wnt信号通路激活，进而引起肿瘤的发生。Griffiths等［9］研究表明，在169名原发性AML患者中，89%的患者骨髓冰冻样本或外周血组织样本有1个以上的抑制基因发生甲基化，其中DKK1甲基化率为16%，且其甲基化与AML患者的不良预后存在相关性;在检测的白血病细胞系(HL-60，K562，KG1，HNT34，KG1a，U937和HCT116)中至少50%的细胞都会发生DKK1甲基化。Valencia等［10］研究表明，在AML细胞系(kasumi-1，KGla，HL-60，THP-1)中DKK1基因都发生高甲基化，184例AML患者DKK1基因启动子区域高甲基化状态，甲基化发生率为32%。Suzuki等［11］研究发现，5例正常骨髓单核细胞样本DKK1不发生甲基化，而47例AML患者骨髓样本中DKK1甲基化率为29．8%，其中M2型病人更容易检测到DKK1的甲基化，甲基化发生率为42．3%，10个伴t(8;21)染色体易位的AML患者中有5人发生DKK1甲基化。Raji、Molt-3和SK-NO-1细胞系均可观察到DKK1甲基化，且多变量分析显示DKK1甲基化是不良预后的一个危险因素，与白血病的疾病进展有关，但病人的5年总生存率与是否发生DKK1甲基化没有明显的相关性;研究还发现，RUNX1/RUNX1T1，CBFB-MYH11或者PML-RARA融合基因常与DKK1甲基化伴随发生，均促进白血病形成，而存在FLT3/ITD突变的11个AML患者没有发现DKK1基因甲基化。这些结果显示，FLT3/ITD突变可能不与DKK1甲基化同时发生。Hou等［12］发现，在269例AML患者中，166人有1个以上的Wnt抑制基因发生甲基化，其中DKK1甲基化率为30．1%。这些研究表明所有的Wnt抑制基因的异常甲基化导致的甲基化上调可能是Wnt抑制基因失活的主要机制。国内朱珣珣等［13］研究发现，与正常对照组比较，AL患者DKK1基因mRNA表达显著降低，正常对照组单个核细胞标本不存在DKK1的甲基化，但AL患者中DKK1甲基化率为37．7%，其中急性淋巴细胞白血病(ALL)患者甲基化率为41．2%，AML患者中甲基化率为28．6%。一系列的研究发现，当DKK1基因启动子区域高甲基化，mRNA转录水平降低，DKK1蛋白表达降低，导致Wnt通路激活，从而引起AL的发生，且DKK1甲基化程度与病情的严重程度及预后有关。

二、DKK1甲基化与慢性白血病

慢性粒细胞白血病(CML)是具有Ph染色体和/或BCR-ABL融合基因阳性的造血干细胞恶性增殖性疾病。朱雅姝等［14］研究表明，脂肪间充质干细胞分泌的DKK1可以抑制慢性髓细胞白血病细胞K562的增殖。将DKK1基因用RNA干扰后与K562细胞共培养，可重新增加K562细胞Wnt信号通路中β-catenin表达，减弱对K562增殖的抑制作用。Zhu等［15］人研究发现，间充质干细胞分泌的DKK1蛋白是Wnt信号通路强有力的抑制剂，可以抑制K562细胞增殖;当DKK1基因被敲除或者使用抗体中和DKK1蛋白，DKK1对共培养的K562细胞的抑制作用则降低。Han等［16］研究表明，DKK1蛋白可以通过抑制Wnt信号通路，降低β-catenin含量，导致K562细胞凋亡增加，逆转最终急变期CML的骨髓间充质干细胞对K562细胞的保护作用，使β-cate-nin水平降低。Filipovich等［17］研究发现，尽管Wnt信号通路在CLL中激活，而健康的B淋巴细胞和CLL细胞表达的DKK1基因mRNA及LRP6水平是等量的，在CLL中DKK1可能不发挥作用。然而Moskalev等［18］人研究表明，在CLL中DKK1甲基化水平明显高于对照组，在EHEB和MEC-1细胞系中，DKK1甲基化发生率分别为68%和75%，12个CLL病人样本中DKK1甲基化发生率为34%。研究结果的差异可能由于选择的样本影响或者样本数量有限或者别的实验因素的影响，这需要进一步研究证明。这些研究表明，不同类型的慢性白血病中DKK1所起的作用可能不同，这为以后更深入的研究DKK1基因在慢性白血病中的功能提供参考。

三、白血病去甲基化治疗的新进展

去甲基化药物主要是指DNMT抑制剂。此类药物在小细胞肺癌、乳腺癌、白血病及骨髓增生异常综合征等疾病中的应用，获得了显著的疗效。去甲基化药物地西他滨(5-氮杂-2'-脱氧胞嘧啶，DAC)是一种天然的脱氧胞苷酸的腺苷类似物，特异性的DNA甲基化转移酶抑制剂，可逆转DNA的甲基化过程，激活沉默失活的抑癌基因，从而诱导肿瘤细胞向正常细胞分化或诱导肿瘤细胞凋亡。Moskalev等［18］研究表明，5-氮杂-2'-脱氧胞嘧啶在CLL细胞系中可以降低DKK1基因甲基化水平，然而并没有导致明显的DKK1基因的mRNA水平表达增加。Suzuki等［11］研究发现，当AML细胞株(SKNO-1)使用5-氮杂-胞嘧啶治疗4d后，观察到DKK1基因表达恢复，这提示DKK1甲基化抑制了DKK1基因表达。Va-lencia等［10］研究表明，地西他滨治疗AML后，DKK1基因的表达水平呈剂量依赖性增加。孟真等［19］研究发现，使用去甲基化药物三氧化二砷后在原本不表达抑癌基因SHP-1mRNA的HL-60细胞中，SHP-1得到表达，而高表达的原癌基因C-kit表达水平下降。当使用不同浓度的三氧化二砷作用后，SHP-1mRNA的表达水平呈剂量依赖性地上升，而C-kitmRNA的表达水平随剂量增加而下降。虽然地西他滨在白血病的治疗中取得了明显疗效，但由于使所有基因去甲基化，因此也有可能诱导肿瘤的发生。目前的研究主要是靶向诱导DKK1去甲基化，这在白血病中还没有新进展，但在多发性骨髓瘤已取得一定的成果。如针对DKK1蛋白抑制成骨细胞激活破骨细胞而导致的溶骨性病变，可使用DKK1的中和抗体、蛋白酶体抑制剂、多肽疫苗免疫治疗及调节因子等，这些方法均显示出较好的疗效［20］。另有研究表明，在结肠直肠癌中使用生物活性物质维生素D3可以通过增加DKK1基因表达来调控Wnt/β-catenin信号通路［21］。使用维生素D3(100nmol/L)治疗结肠直肠癌细胞株SW480-ADH，2d后肿瘤抑制基因DKK1表达增加，而致癌基因DKK4表达降低，其具体的机制还有待进一步研究证实，但这也为我们治疗提供了一个方向，或许在白血病治疗中也有一定的参考意义。

四、问题与展望

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[关键词]本草基因组学； 基因组学； 组学； 中药

[Abstract]Traditional Chinese medicine （TCM） has contributad greatly to improving human health However， the biological characteristics and molecular mechanisms of TCM in the treatment of human diseases remain largely unknown Genomics plays an important role in modern medicine and biology Here， we introduce genomics and other related omics to the study of herbs to propose a new discipline， Herbgenomics， that aims to uncover the genetic information and regulatory networks of herbs and to clarify their molecular mechanisms in the prevention and treatment of human diseases Herbgenomics includes herbal structural genomics， functional genomics， transcriptomics， proteomics， metabonomics， epigenomics and metagenomics Genomic information， together with transcriptomic， proteomic， and metabolomic data， can therefore be used to predict secondary metabolite biosynthetic pathways and their regulation， triggering a revolution in discoverybased research aimed at understanding the genetics and biology of herbs Herbgenomics provides an effective platform to support chemical and biological analyses of complex herbal products that may contain more than one active component Herbgenomics is now being applied to many areas of herb related biological research to help understand the quality of traditional medicines and for molecular herb identification through the establishment of an herbal gene bank Moreover， functional genomics can contribute to model herb research platforms， geoherbal research， genomicsassisted herb breeding， and herbal synthetic biology， all of which are important for securing the future of medicinal plants and their active compounds In addition， Herbgenomics will facilitate the elucidation of the targets and mechanism of herbs in disease treatment and provide support for personalized precise medicineHerbgenomics will accelerate the application of cuttingedge technologies in herbal research and provide an unprecedented opportunity to revolutionize the use and acceptance of traditional herbal medicines

[Key words]Herbgenomics； genomics； omics； traditional Chinese medicine （TCM）

doi：10.4268/cjcmm20162101

本草基因组学（herbgenomics）是利用组学技术研究中药基原物种的遗传信息及其调控网络，阐明中药防治人类疾病分子机制的学科，从基因组水平研究中药及其对人体作用的前沿科学。涉及中草药结构基因组、中草药转录组、中草药功能基因组、中草药蛋白质组、中药代谢组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、药用模式生物、基因组辅助分子育种、DNA鉴定、中药合成生物学、中药基因组学、中草药生物信息学及数据库等理论与实验技术。

传统药物应用历史悠久，应用方式多样，相关研究主要集中在形态识别、化学物质基础揭示、药效作用分析、资源调查、人工栽培等方面，但长期以来对传统药物基因资源的认识和了解十分薄弱，人才极其匮乏。由于中药原植物基因组信息缺乏，中医药学和现代生命科学之间缺乏沟通的桥梁，新兴的前沿生命科学技术很难应用于传统中医药研究，如对于中药道地性形成和维持的遗传机制及道地性和药性的相互关系缺乏深入了解，已严重影响了我国道地药材的资源保护和新品种选育，中药道地性形成和维持的遗传基础研究急需加强；中药药性的生物学本质研究亟待加强，多年来中药药性研究主要集中在化学和药理方向，但对于中药药性的生物学本质研究还非常薄弱，已从根本上制约了对中药药性的深入研究；中药基因资源是一种珍贵的国家战略资源，国际竞争严峻，韩国、美国、日本等国家已启动许多中药基原物种全基因组研究，对我国传统中药研究领域造成极大挑战。另外，由于大多数药用植物有效成分含量低，分离提取需要消耗大量原料，对天然资源造成极大破坏，也使得多数提取类药物的生产成本很高。

本草基因组学作为新兴学科，广义而言是从基因组水平研究中药及其对人体作用。一方面从基因组水平研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间的关系，研究基因及其突变体对不同个体药物作用效应差异的影响，从蛋白质组学角度研究中药作用靶点，特别是中药复方的多靶点效应，为中药配伍提供科学依据，指导药物开发及合理用药，为实现个体化精准医疗提供重要信息和技术保障；另一方面建立含有重要活性成分的中药原植物基因组研究体系，系统发掘中药活性成分合成及优良农艺性状相关基因，解析代谢物的合成途径、代谢物网络及调控机理，为中药道地品种改良和基因资源保护奠定基础，为中药药性研究提供理论基础，对传统药物学理论研究和应用具有重要意义，从基因组层面阐释中药道地性的分子基础，推动中药创新药物研发，为次生代谢产物的生物合成和代谢工程提供技术支撑，创新天然药物研发方式，为优质高产药用植物品种选育奠定坚实基础，推动中药农业的科学发展，对揭示天然药物形成的生物学本质具有重要价值，对培养多学科人才充实到传统药物研究具有引领作用。狭义而言本草基因组学集中研究中草药本身的遗传信息，不涉及对人体的作用。也就是说狭义本草基因组学主要研究中草药结构基因组、转录组、功能基因组、蛋白质组、代谢组、表观基因组、宏基因组，以揭示中药道地性和中药药性的遗传本质。本草基因组学正促进前沿生命科学技术应用到中药领域，推动中药研究迅速走到生命科学的最前沿。

1 本草基因组学的产生和发展

1.1 本草基因组学的产生 从“神农尝百草，一日而遇七十毒”的传说到现存最早的中药学著作《神农本草经》（又称《本草经》），从世界上现存最早的国家药典《新修本草》（即《唐本草》）到本草学巨著《本草纲目》，两千多年来，中药学的发展反映了我国劳动人民在寻找天然药物、利用天然药物方面积累了丰富经验。中药学是中国医药学的伟大宝库，对世界医药学发展作出了巨大贡献。随着现代科学技术的发展，特别是人类基因组计划（Human Genome Project）的提出和完成，对人类疾病的认识和治疗开启了全新的篇章，在此背景下，中药学研究逐渐深入到基因组水平从而导致本草基因组学产生和兴起。

1977年Sanger完成首个物种全基因组测序，噬菌体φX174基因组，大小为5.836 kb[1]；人类基因组计划由美国科学家于1985年率先提出，1990年正式启动，2000年完成，是一项规模宏大，跨国跨学科的科学探索工程，其宗旨在于测定组成人类染色体（指单倍体）中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的[2-3]。2000年，破译拟南芥Arabidopsis thaliana全基因组，大小为125 Mb，作为第一个植物全基因组测序在植物科学史上具有里程碑意义[4]。我国药用植物有11 146种，约占中药材资源总数的87%[5]，是所有经济植物中最多的一类。同时，药用植物也是S多化学药物的重要原料，目前1/3以上的临床用药来源于植物提取物或其衍生物，其中最著名的青蒿素来源植物是黄花蒿。

中国学者应用光学图谱和新一代测序技术，完成染色体水平的灵芝基因组精细图绘制，通过基因组解析提出灵芝为首个中药基原的药用模式真菌，文章发表在《自然通讯》上，期刊编辑部以特别图片（featured image）形式进行了推介（图1）[6]，认为该论文表明灵芝对于研究传统菌类中药的次生代谢途径及其调控是一个有价值的模式系统。灵芝基因组图谱的公布为开展灵芝三萜等有效成分的合成研究提供了便利，随着这些合成途径的逐步解析，使得通过合成生物学合成灵芝有效成分成为可能。同时，对灵芝生长发育和抗病抗逆关键基因的发掘和认知，将推动灵芝的基因组辅助育种研究，加速灵芝新品种的培育，并为灵芝的科学栽培和采收提供理论指导。

2009年，陈士林团队提出本草基因组计划，即针对具有重大经济价值和典型次生代谢途径的药用植物进行的全基因组测序和后基因组学研究，全基因组测序、组装和分析策略：测序物种的筛选原则，待测物种基因组预分析，测序平台的选择，遗传图谱和物理图谱的绘制，全基因组的组装及生物信息学分析；模式药用植物突变体库的建立和基因功能研究；药用植物有效成分的合成及其调控研究；药用植物抗病抗逆等优良性状的遗传机制研究及优良品种选育。在此基础上，详细介绍了本草基因组方法学研究：全面介绍物种基因组大小、染色体数目测定方法、第二代高通量测序方法、全基因组组装和基因组注释方法、基因组比较等生物信息学分析手段、简要阐述重测序在药用植物全基因组研究中的应用方法。由此，本草基因组学逐渐形成和完善，包括中草药结构基因组、转录组、功能基因组、蛋白质组学、代谢组、表观基因组、宏基因组、基因组辅助分子育种、中药合成生物学、中药基因组学、中草药生物信息学及数据库等内容。基于分子生物学和基因组学的药用植物鉴别是当前研究的活跃领域，用于鉴别的分子生物学和基因组学技术：AFLP、RFLP、RAPD、DNA微阵列技术（microarray）、DNA条形码（barcoding）等，基于基因组鉴别的分子基础是植物分子系统发育关系反映物种进化关系。在这些技术当中，药用植物DNA条形码鉴定策略及关键技术是最受关注的方向，中药材DNA条形码分子鉴定指导原则已列入《中国药典》2010年版增补本Ⅲ和《中国药典》2015年版。

1.2 本草基因组学的发展 2015年国际期刊《科学》增刊详述“本草基因组解读传统药物的生物学机制”，提出本草基因组学为药用模式生物、道地药材研究、基因组辅助育种、中药合成生物学、DNA鉴定、基因数据库构建等提供理论基础和技术支撑（图2）。目前，药用植物基因组学与生物信息学已经进入快速发展阶段，必将对传统药物学产生巨大影响。国内外已经开展青蒿[7]、丹参[8-15]、西洋参[16]、甘草[17]等多种药用植物的大规模转录组研究。基因组序列包含生物的起源、进化、发育、生理以及与遗传性状有关的一切信息，是从分子水平上全面解析各种生命现象的前提和基础。第二代高通量测序技术的飞速发展及第三代单分子测序技术的兴起使测序成本大大降低，测序时间大大缩短，为本草基因组计划的实施奠定了坚实的技术基础。目前，赤芝[6]、紫芝[18]、丹参[19]及铁皮石斛[20-21]等重要药用植物的基因组已完成测序工作并发表，人参、苦荞、穿心莲、紫苏等中草药基因组图谱也完成绘制。

例如为了解析丹参的遗传背景，陈士林团队联合国内外著名高校和研究机构，通过联合测序技术完成了丹参基因组图谱的组装，丹参基因组的完成代表着首个鼠尾草属物种基因组图谱的成功绘制。进化分析显示丹参与芝麻亲缘关系更近，估计其分化时间约6 700万年前。丹参基因组的发表推动首个药用模式植物研究体系的确立。本草基因组学将开辟中药研究和应用的全新领域，把握历史性机遇，将极大提高我国开发中药资源的能力，增强我国中药基础研究实力、提高我国中药研究的自主创新能力，对于加速中药现代化进程具有重大的战略性科学意义，促进中药研究和产业的快速发展[22]。本草基因组学将使中草药生物学研究进入一个崭新的时代――本草基因组时代。

1.3 学科内涵和外延 根据本草基因组学产生和发展过程，主要从3个方面确定学科的内涵，即理论体系、实验技术和应用方向（图3）。本草基因组学形成了高度综合的理论体系，包括从基因组水平研究本草的九大内容：中草药结构基因组、中草药功能基因组、中草药转录组和蛋白质组、中药代谢组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、中药合成生物学、中药基因组学、中草药生物信息学等。本草基因组学的实验方法主要包括九大技术：高通量测序技术、遗传图谱构建技术、光学图谱构建技术、基因文库构建技术、突变库构建技术、组织培养与遗传转化、蛋白质分离纯化与鉴定技术、四大波谱技术及联用、基因组编辑技术等。基于本草基因组学的理论体系和实验技术，形成了该学科的七大应用方向：药用模式生物研究、阐明道地药材形成机制、基因组辅助育种、基因资源保护和利用、中药质量评价和控制、中药新药研发、指导相关学科研究。

本草基因组学的学科外延与本草学、中药学、基因组学、生物信息学、分子生物学、生物化学、生药学、中药资源学、中药鉴定学、中药栽培学、中药药理学、中药化学等密切相关（图4）。本草学和中药学为本草基因组学奠定了深厚的历史基础和人文基础，为本草基因组学研究对象的确定提供丰富候选材料，基因组学和生物信息学为本草基因组学提供前沿理论和技术支撑，分子生物学、生物化学、中药化学则为本草基因组学提供基础理论和基本实验技术支持，生药学、中药资源学、中药鉴定学、中药栽培学与本草基因组学互相支撑发展，各学科的侧重点不同，中药药理学、中药化学为本草基因组学的应用提供技术支持。与以上各学科相呼应，本草基因组学促进本草学和中药学从经典走向现代、从传统走向前沿，为中医药更好服务大众健康提供强大知识和技术支撑，扩大了基因组学和生物信息学的研究对象和应用领域，为分子生物学、生物化学、中药化学走向实践应用提供了生动案例，推动生药学、中药资源学、中药鉴定学、中药栽培学从基因组和分子水平开展研究，为中药药理学的深入研究提供理论和技术支持。

2 本草基因组学研究热

本草基因组学借助基因组学研究最新成果，开展中草药结构基因组、中草药功能基因组、中草药转录组和蛋白质组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、中药合成生物学、中药代谢组、中药基因组学、中草药生物信息学及数据库等理论研究，同时对基因组研究相关实验技术在本草学中的应用与开发进行评价，推动本草生物学本质的揭示，促进遗传资源、化学质量、药物疗效相互关系的认识，以下详细阐述本草基因组学的研究内容。

2.1 中草药结构基因组研究 我国药用资源种类繁多，因此药用物种全基因组计划测序物种的选择应该综合考虑物种的经济价值和科学意义，并按照基因组从小到大、从简单到复杂的顺序进行测序研究。在测序平台的选择上应以第二代及第三代高通量测序平台为主，以第一代测序技术为辅。近年来，紫芝、赤芝、茯苓、丹参、人参、三七等10余种药用植物被筛选作为本草基因组计划的第一批测序物种，其中赤芝结构基因组发表被《今日美国》（USA Today）以“揭秘中国‘仙草’基因组”为题报道（图5），丹参基因组小（约600 Mb）、生长周期短、组织培养和遗传转化体系成熟等原因，被认为是研究中药活性成分生物合成理想的模式植物[23]。丹参全基因组测序完成已推动丹参作为第一个药用模式植物研究体系形成。

由于多数药用植物都缺乏系统的分子遗传学研究，因此在开展全基因组计划之前进行基因组预分析非常必要。基因组预分析的主要内容包括：①利用条形码等技术对满足筛选原则的待测物种进行鉴定[24-25]；②通过观察有丝分裂中期染色体确定待测物种的染色体倍性和条数；③采用流式细胞术[26]或脉冲场电泳技术估测物种的基因组大小，为测序平台的选择提供参考；④基因组Survey测序，在大规模全基因组深度测序之前，首先对所选药用植物进行低覆盖度的Survey测序，用来评价其基因组大小、复杂度、重复序列、GC含量等信息。

遗传图谱和物理图谱在植物复杂的大基因组组装中具有重要作用。借助于遗传图谱或物理图谱中的分子标记，可将测序拼接产生的scaffolds按顺序定位到染色w上。但遗传图谱的构建需要遗传关系明确的亲本和子代株系，因此其在大多数药用植物中的应用受到限制。物理图谱描绘DNA上可以识别的标记位置和相互之间的距离（碱基数目）。最初的物理图谱绘制多是基于BAC文库，通过限制性酶切指纹图谱、荧光原位杂交等技术将BAC克隆按其在染色体上的顺序排列，不间断地覆盖到染色体上的一段区域[27]。如今，光学图谱OpGen[28]和单分子光学图谱BioNano等[29]依赖于大分子DNA酶切标记的方法常用于物理图谱的绘制。

随着第二代测序技术的快速发展，用于短序列拼接的生物信息学软件大量涌现，常用软件包括Velvet[30]， Euler[31]， SOAPdenovo2[32]， CAP3[33]等。基因组草图组装完成后，可利用生物信息学方法对基因组进行分析和注释，为后续功能基因组研究提供丰富的资源。例如，可以通过GeneScan[34]， FgeneSH[35]等工具发现和预测基因，利用BLAST同源序列比对或InterProScan[36]结构域搜索等方法对基因进行注释，利用GO分析对基因进行功能分类[37]，利用KEGG对代谢途径进行分析等[38]。

2.2 中草药功能基因组研究 根据全基因组序列和结构信息，中草药功能基因组研究充分利用转录组学、蛋白组学、代谢组学等方法，对药用植物的功能基因进行发掘和鉴定，研究内容主要集中于构建模式药用植物平台、次生代谢产物合成途径和调控机制的解析、抗病抗逆等优良农艺性状遗传机制的揭示等。

拟南芥、水稻等重要模式植物均具有大规模的T-DNA 插入突变体库，利用这些突变体库发掘了大量生长发育、抗逆性、代谢相关的重要基因。丹参等模式药用植物全基因组序列和大规模突变体库的建立将为药用植物研究提供丰富的资源和材料，从而推动药用植物功能基因研究， 尤其是次生代谢途径相关基因的鉴定进程，突变体库中的一些具有抗逆、抗病、高产等优良性状的突变株系以及转基因植株也是良好的新种质资源。药用植物有效成分的生物合成途径和调控方面的研究还很薄弱，主要集中在长春花、青蒿和甘草等少数物种，一些具有重大商业价值的天然药物，如紫杉醇、长春碱、喜树碱等生物合成途径至今还未被完全解析，已有报道多采用单基因研究策略。本草基因组学为次生代谢途径相关基因的“批量化”发掘奠定基础，对次生代谢产物的生物合成及代谢工程等应用领域产生重要影响。

与生长发育、抗逆抗病、重要遗传性状及种质性状控制相关的基因是药用植物重要的功能基因，利用基因组注释信息，发掘优良基因，运用基因工程的手段打破生殖隔离，培育活性成分含量高的具有优良农艺性状的新品种，为活性成分的大量提取和广泛临床应用奠定基础[39]。中草药结构基因组将为转录组分析和基因组重测序研究提供参考序列，通过对种内或品种间种群个体的转录组测序和重测序可快速、准确、大规模地发现SNP，SSR，InDel等分子标记，加速分子标记和优良性状的遗传连锁研究，快速发现药用植物的表型、生理特征与基因型的关系，提高育种工作效率[39]。

2.3 中药组学其他研究 中草药转录组学是中草药功能基因组学的重要研究内容，是在整体水平上研究中草药某一生长阶段特定组织或细胞中全部转录本的种类、结构和功能以及基因转录调控规律的科学。中草药转录组研究为鉴定中草药植物生长发育及抗病抗逆等优良性状相关的基因功能提供基础[40-41]。目前，在多数中草药植物无法进行全基因组测序的情况下，转录表达谱研究成为比较基因序列、鉴定基因表达的一种快速方法。通过对中草药不同组织部位、不同生长时期、不同生长环境下的转录组进行比较分析，可有效发掘参与中草药植物生长发育及抗病抗逆等优良性状相关基因。

中药蛋白质组学是将蛋白质组学技术应用于中药研究领域，一方面通过比较对照细胞或动物组织的蛋白质表达谱和给予中药后蛋白质表达谱的差异，可找到中药的可能靶点相关蛋白质，另一方面不同中草药及其不同组分例如根茎叶中蛋白质组的差异，以评价中草药活性成分与其生长过程中蛋白组变化的关系，寻找中药高活性的机制。不同于其他蛋白质组学，中药蛋白质组学的研究对象为中草药本身及用中药（单体化合物、中药组份或复方）处理后的生物体（细胞或组织），发现中药的有效成分及作用机制。中药蛋白质组学的研究目标包括：中药药物作用靶点的发现和确认，特别是中药复方的多靶点效应，蛋白质组学能更好发现中药复方的多种靶点，研究中药植物蛋白质组成差异，阐明中药作用机制及中药毒理作用机制，以及为中药配伍提供科学依据。

中药代谢组学结合中草药结构基因组解析代谢物的合成途径、代谢物网络及调控机理，研究内容主要包括药用植物的鉴别和质量评价，药用植物品种选育及抗逆研究，初生、次生代谢途径解析，代谢网络、代谢工程研究及合成生物学研究等几个方面，最终为药用植物品种选育、创新药物研发和质量安全性评价奠定基础。

中药基因组学从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间的关系，研究基因及其突变体对不同个体药物作用效应差异的影响，以此平台指导药物开发及合理用药，为提高药物的安全性和有效性，避免不良反应，减少药物治疗费用和风险，实现个体化精准医疗提供重要信息和技术保障。例如，Sertel等[42]经基因检测得出53/56的基因上游位置包含一个或多个c-Myc/Max结合位点，c-Myc和Max介导的转录控制基因表达可能有助于提高青蒿琥酯对癌细胞的治疗效果[43]。又如，银杏具有显著的诱导CYP2C19活性效应，研究显示不同CYP2C19基因型个体，银杏与奥美拉唑（omeprazole，广泛使用的CYP2C19底物）存在潜在的中西药互作关系。Chen等 [44]研究了健康志愿者体内六味地黄丸潜在的中-西药相互作用以及是否受基因型影响。

中草药表观基因学是针对本草基因组计划中具有重要经济价值的药用植物和代表不同次生代谢途径的模式药用植物开展表观基因组学研究。研究内容主要包含4个领域：分别是DNA甲基化、蛋白质共价修、染色质重塑、非编码RNA调控。中草药表观基因组学将通过研究重要中药材（药用生物）的基因组信息及其表观遗传信息变化，探索环境与基因、基因与基因的相互作用，解析哪些基因受到环境因素的影响而出现表观遗传变化可能提高中药材的药效品质，哪些表观遗传信息影响中药的性味等。

中草药宏基因组学是以多种微生物基因组为研究对象，对药材生长环境中微生物的多样性、种群结构、进化关系、功能活性以及微生物与药材生长相互协作关系进行研究的一门学科，对于帮助解决中草药连作障碍等现实问题具有重要指导作用。

药用模式生物研究体系的确立是本草基因组学的重大贡献，该体系具有模式生物的共同特征。从一般生物学属性上看，通常具有世代周期较短、子代多，表型稳定等特征。从遗传资源看，基因组相对较小，易于进行全基因组测序，遗传转化相对容易。从药用特点看，需适于次生代谢产物生物合成和生产研究。

3 本草基因组学的实践应用

本草基因组学作为前沿科学，具有很强的理论性，同时该学科涉及的技术方法和理论对中医药实践具有巨大的指导意义。例如，基于中草药结构基因组开发的DNA条形码分子鉴定技术被国际期刊《生物技术前沿》以题为“草药鉴定从形态到DNA的文艺复兴”发表，将给传统中药鉴定带来革命性影响；基于中草药功能基因组和表观基因组研究阐明道地药材的形成机制，将对优质中药生产和栽培技术的改进提供指导；基于本草基因组学构建的基因数据库、代谢物数据库、蛋白数据库等，以及开发的相关生物信息学方法，将为中药药理学、中药化学、新药开发等提供战略资源；基于合成生物学技术实现目标产物的异源生产，具有环境友好、低耗能、低排放等优点，将为天然药物研发提供全新方式。

3.1 道地药材的生物学本质研究 道地药材是优质药材的代表，既受遗传因素的控制，又受环境条件的影响。组学技术可提供有用工具阐明道地药材的分子机制，例如，道地药材“沙漠人参”肉苁蓉Cistanche deserticola是中国最具特色的干旱区濒危药用植物和关键物种，新疆和内蒙古是其重要主产区和传统道地产区，研究表明，内蒙古阿拉善和新疆北疆是肉苁蓉两大生态适宜生产集中区（2类生态型），黄林芳等[45]对两大产区肉苁蓉化学成分、分子地理标识及生态因子进行考察。应用UPLC-Q-TOF/MS技术对肉苁蓉苯乙醇苷及环烯醚萜苷类成分进行分析；基于psbA-trnH序列对不同产地肉苁蓉进行分子鉴别及分析；通过“中国气象科学数据共享服务网”，获得两大产区包括温度、水分、光照等生态因子数据；运用生物统计、数量分类等分析方法，对肉苁蓉进行生态型划分。UPLC-Q-TOF/MS分析表明，内蒙古与新疆产肉苁蓉明显不同，鉴定出16种成分，其中2′-乙酰毛蕊花糖苷可作为区分两大产地肉苁蓉的指标成分；psbA-trnH序列比对分析发现，肉苁蓉不同产地间序列位点存在差异，新疆产肉苁蓉在191位点为G，内蒙古产则为A，NJ tree分析表明，肉苁蓉2个产地明显分为2支，差异显著；生态因子数据亦表明，肉苁蓉的两大气候地理分布格局，为研究不同生态区域中药生态型及品质变异的生物学本质提供了一种新思路，也为深化道地药材理论研究奠定重要基础。

另外，针对同一药材在不同种植区域，开展中草药表观基因组研究，明确不同生产区域的遗传变异，特别是环境不同对药材表观遗传的修饰作用，包括DNA甲基化修饰、小RNA测序分析、染色质免疫共沉淀分析等。此外，土壤微生物也是道地药材生长环境中的重要因素。采用宏基因组分析土壤微生物群落，为揭示土壤微生物和药材生长的相互作用提供依据。

3.2 中药分子标记用于中药质量控制研究 本草基因组和功能基因组研究为开发药材分子标记提供了丰富基因资源。基于基因组的分子标记有AFLP， ISSR， SNP等，基于转录组的分子标记有SSR等。当前国际上最受关注的分子标记是DNA条形码，已经构建标准操作流程和数据库、鉴定软件，可广泛应用于中药企业、药房、研究院所和大专院校等。中药材DNA条形码分子鉴定指导原则已被纳入《中国药典》，植物药材以ITS2序列为主、psbA-trnH为辅助序列，动物药材以COI序列为主、ITS2为辅助序列，在此基础上，进一步开发了质体基因组作为超级条形码对近缘物种或栽培品种进行鉴定。该体系可广泛应用于中药材种子种苗、中药材、中药超微破壁饮片、中成药等鉴定，已出版专著《中国药典中药材DNA条形码标准序列》和《中药DNA条形码分子鉴定》。

3.3 本草基因资源的保护与利用 随着本草基因组研究的发展，本草遗传信息快速增加，灵芝基因组论文被Nature China网站选为中国最佳研究（图6），迫切需要一个通用平台整合所有组学数据。数个草药数据库已经被建立，例如草药基因组数据库（http：//）、转录组数据库（http：//medicinalplantgenomics.msu.edu）、草药DNA条形码数据库（http：///en）、代谢途径数据库（http：//）等。但是这些数据库缺乏长期维护，对使用者要求具备一定生物信息学技能。因此整合DNA和蛋白质序列、代谢组成分信息，方便使用的大数据库十分必要和迫切。进一步提升生物信息分析方法，更好地利用基因组和化学组信息解析次生代谢产物的生物合成途径，将有助于有效设计和寻找植物和真菌药物。

利用简化基因组测序技术获得数以万计的多态性标记。通过高通量测序及信息分析，快速鉴定高标准性的变异标记（SNPs），已广泛应用于分子育种、系统进化、种质资源鉴定等领域。利用该技术可以筛选抗病株的特异SNPs位点，建立筛选三七抗病品种的遗传标记，辅助系统选育，有效的缩短育种年限。通过系统选育的方法获得的抗病群体，并采用RAD-Seq技术筛选抗病株的SNPs位点，为基因组辅助育种提供遗传标记，进而有效缩短了三七的育种年限，加快育种进程。利用遗传图谱识别影响青蒿产量的基因位点取得突破，于《科学》[7]，该文基于转录组及田间表型数据，通过构建遗传图谱识别影响青蒿素产量的位点。青蒿植株表型的变异出现在Artemis的F1谱系中，符合高水平的遗传变异。Graham等[7]发现与青蒿素浓度相关的QTL分别为LG1，LG4及 LG9（位于C4）。在开发标记位点用于育种的同时，Graham等检测了23 000株植株的青蒿素含量，这些植株是青蒿的F1种子经甲基磺酸乙酯诱变后于温室培养12周的F2、F3代。结果发现经诱变后的材料大约每4.5 Mb有一个突变，其变异频率小于Artemis中的每1/104碱基对的SNP多态性。该方法能够识别携带有益变异的个体（来源于甲基磺酸乙酯诱变处理），同时亦能识别遗传背景获得提升的个体（由于自然变异而导致有益等位基因分离的个体）。Graham等也检测高产F2代植株青蒿素的含量：尽管F2的植株杂合性较低，但其青蒿素含量比UK08 F1群体植株的含量高。另外，Graham等验证了基于田间试验获得与青蒿素含量相关的QTL在温室培育的高产植株中高效表达。同时发现，大量分离畸变有利于有益的等位基因（位于C4 LG1且与青蒿素产量相关的QTL）。这些数据证实了QTL及其对青蒿素产量的影响，同时也证明了基因型对于温室及田间培育的青蒿材料具有极大影响。

3.4 中药合成生物学研究 结构复杂多样的中药药用活性成分是中药材发挥药效的物质基础，也是新药发现的重要源泉。然而许多中药材在开发和使用的过程中往往面R一系列难题，如许多药材生长受环境因素影响较大；有些珍稀药材生长缓慢，甚至难以人工种植；大多数药用活性成分在中药材中含量低微，结构复杂，化学合成困难；传统的天然提取或者人工化学合成的方法难以满足科研和新药研发的需求，中药合成生物学将是解决这一矛盾的有效途径。中药合成生物学是在本草基因组研究基础上，对中药有效成分生物合成相关元器件进行发掘和表征，借助工程学原理对其进行设计和标准化，通过在底盘细胞中装配与集成，重建生物合成途径和代谢网络，实现药用活性成分的定向、高效的异源合成，从而提升我国创新性药物的研发能力和医药产业的国际核心竞争力[40]。

随着基于高通量测序的中草药结构基因组学和转录组学研究的快速发展，利用生物信息学技术和功能基因组学方法从大量中药原物种的遗传信息中筛选和鉴定出特定次生代谢途径的酶编码基因，将极大加快次生代谢途径的解析进程，为中药合成生物学研究奠定坚实基础。通过优化密码子偏好性、提高关键酶编码基因的表达量、下调或抑制代谢支路等方法来优化和改造异源代谢途径， 按人们实际需求获取药用活性成分[40]。

3.5 中药作用靶点与个性化治疗 中药蛋白质组学将蛋白组学技术应用于中药研究领域，对寻找中药的可能靶点和阐明中药有效成分作用机制具有重要意义。譬如，蒋建东教授团队在小檗碱降血脂研究中开展的突出工作[46]，以及Pan等[47]利用蛋白组学技术分析丹参酮ⅡA对宫颈癌Caski细胞的抑制作用，发现C/EBP同源蛋白和细胞凋亡信号调节激酶1参与丹参酮ⅡA的抑癌作用。对于中药复方的相关作用靶点也有报道，Nquyen-Khuong等[48]探讨了由栝楼、大豆、中药五味子和西地格丝兰提取物组成的混合物作用于人膀胱癌细胞后蛋白质组的表达谱变化，鉴定了多种与能量代谢、细胞骨架、蛋白质降解以及肿瘤抑制相关的蛋白。

青蒿素及其衍生物青蒿琥酯表现出明显的体内外抗肿瘤活性，但其抗肿瘤的分子机制并不明确。研究者采用了基因芯片技术，在转录水平解析青蒿琥酯抗肿瘤相关的基因。再将表达谱数据导入信号通路分析和转录因子分析，结果表明c-Myc/Max可能是作为肿瘤细胞应对青蒿琥酯效应基因的转录调控因子，这一结果可能指导针对不同个体采用不同的治疗策略[42]。由于银杏具有显著的诱导CYP2C19活性效应，通过研究不同CYP2C19基因型健康中国人个体，银杏与奥美拉唑（omeprazole，广泛使用的CYP2C19底物）潜在的中西药互作关系。结果显示，银杏诱导CYP2C19基因型模式依赖的奥美拉唑羟基化反应，随后降低5-羟基奥美拉唑肾脏清除率。银杏和奥美拉唑或其他CYP2C19底物共同服用可显著减弱其药效，还需更多证据支持[49]。这一研究证实个体化治疗基于人体基因差异，可能发挥更好疗效。

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