表观遗传学研究范文

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篇1

关键词：表观遗传学；中医药；DNA甲基化；组蛋白修饰；miRNA调控；综述

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2016.01.035

中图分类号：R2-05 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2016）01-0134-03

Application of Epigenetics in TCM Research CHENG Xi-hua， RAO Chun-mei， YU Rong， REN Ting （Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， China）

Abstract： Epigenetics change has been considered to be the most promising new strategy for disease control and prevention. TCM regulates gene expression through epigenetics， participating in pathological and physiological process including cell apoptosis， proliferation， differentiation， cell cycle regulation， immunity， inflammation， and metabolism. This article reviewed the application of DNA methylation， histone modification and the miRNA regulation in TCM research.

Key words： epigenetics； TCM； DNA methylation； histone modification； miRNA regulation； review

表观遗传学由Waddington CH[1]于1942年作为后生论和遗传学的合词而提出。1975年，Holliday R对表观遗传学进行了较为准确地描述，认为表观遗传学不仅在发育过程中，还在成体阶段研究可遗传的基因表达改变，这些信息可经有丝分裂、减数分裂在细胞和个体间世代传递[2]。2008年的冷泉港会议达成了关于表观遗传学的共识，即“染色体的改变所引起的稳定的可遗传的表现型，而非DNA序列改变”[2]。表观遗传学研究内容主要包括两类：一类为基因选择性转录表达的调控，有DNA甲基化、基因印记、组蛋

白共价修饰和染色质重塑；另一类为基因转录后的调控，包括基因组中非编码RNA、miRNA、反义RNA、内含子及核糖开关等。表观遗传学应用于中医药研究，则集中于DNA甲基化、组蛋白共价修饰和miRNA领域。兹将近年来的相关研究总结如下。

1 表观遗传学与中医证候

表观遗传学是中医证候多样性的部分物质基础。牟氏等[3]对糖尿病肾病人群不同体质类型、不同证候及其与转化生长因子（TGF）-β1基因T869C多态性的内在关联及其交互作用进行分析，发现糖尿病肾病的部分体质和TGF-β1基因T869C多态性有相关性。对糖尿病肾病患者的证候与TGF-β1基因T869C多态性进行二分类logistic回归分析发现，无相关证候进入回归模型。说明与证候的动态性和受后天环境因素影

响较大有关，因此认为表观遗传学在探究中医证候实质中应具有重要地位[4]。刘氏等[5]研究了急性髓系白血病各证型患者ID4基因启动子区甲基化阳性率，由低到高依次为气阴两虚证、瘀血痰结证和毒热炽盛证，表明证型与表观遗传学变化存在一定联系。曾氏等[6]发现，肾阳虚组血浆中免疫相关基因FHIT、MAP2K6基因CpG岛甲基化水平高于健康组，WNT5B、FRAT2、CSNK1D基因CpG岛甲基化水平低于健康组，说明以上基因启动子区甲基化状态与肾阳虚证相关。颜氏等[7]报道，hsa-miR-18a上调和hsa-miR-99b下调可能与阴虚火旺型口腔扁平苔藓发生相关。

2 DNA甲基化

DNA的甲基化是基因组DNA的一种主要表观遗传修饰形式。在脊椎动物中，DNA启动子区CpG岛成簇状存在，是DNA发生甲基化的主要位点，所以，研究DNA甲基化常与CpG岛相关联，目前对DNA启动子区CpG岛异常甲基化的研究是表观遗传学的一个热点。血府逐瘀胶囊、四季三黄胶囊及其联合应用均具有降低血清三酰甘油水平、稳定动脉粥样硬化斑块的作用，其机制可能与提高血清中DNA甲基化水平和DNA甲基化转移酶（DNMTs）水平有关[8]。纳米脂质体槲皮素下调DNMTs1和组蛋白脱乙酰化酶1表达，降低p16INK4α甲基化水平，通过表观遗传核因子κB（NF-κB）信号途径而下调角质形成细胞增殖的NF-κB和白细胞介素（IL）-6炎症因子的表达[9]。黄氏等[10]用不同浓度白藜芦醇孵育体外培养的人胃癌SGC-7901细胞，结果白藜芦醇能以剂量依赖性方式抑制SGC-7901细胞增殖，随着浓度的增加，RASSF1A甲基化的水平逐渐减弱，非甲基化水平逐渐增多；同时，RASSF1A的mRNA和蛋白表达水平明显上调。提示白藜芦醇对甲基化水平的调节可能是其抗癌的重要因素。郭氏[11]研究表明，消痰散结方能有效抑制胃癌细胞系及裸鼠原位移植瘤生长，其机制与逆转抑癌基因p16甲基化水平、增加p16 mRNA表达水平有关。林氏等[12]采用8.4%的益肾方剂和15.2%的健脾方剂处理生理性肾虚小鼠，显示益肾健脾方剂能明显提高生理性肾虚小鼠肝细胞DNA甲基化酶的活力，具有延缓衰老的作用，为从分子生物的角度探讨中医益肾健脾延缓衰老的机理提供了客观依据。多数研究表明，中药调节DNA甲基化，治法多属于补肾填精、益气健脾活血、化痰散结等方面[12]。

3 组蛋白修饰

组蛋白的去乙酰化与基因的失活相关，乙酰化转移酶主要是在组蛋白H3、H4的N端尾上的赖氨酸加上乙酰基，去乙酰化酶则相反，不同位置的修饰均需要特定的酶来完成。乙酰化酶家族可作为辅激活因子调控转录，调节细胞周期，参与DNA损伤修复，还可作为DNA结合蛋白。去乙酰化酶家族则和染色体易位、转录调控、基因沉默、细胞周期、细胞分化和增殖及细胞凋亡相关[13]。白藜芦醇及其衍生物能直接激活去乙酰化酶SIRT1，促使转录因子FOXO3a与过氧化物酶体增殖活化受体γ共激活因子-1α（PGC-1α）活化[14]。在小鼠动物模型中，白藜芦醇诱导SIRT1活化，激活PGC-1α与蛋白激酶AMPK，减少类胰岛素1增长因子表达与提高机体对胰岛素的敏感性，通过增强线粒体氧化磷酸化和有氧代谢能力，增加机体的能量消耗，延长小鼠寿命。提示白藜芦醇起着类似减少热量饮食或节食的功效[15]。姜黄素处理新牛鼠心肌细胞后，姜黄素抑制GATA4、肌细胞增强因子2C和Nkx2.5表达，可能机制是这些基因启动子区域组蛋白乙酰化修饰状态降低导致染色质构型紧密，不利于转录因子及其他相关元件与启动子的结合，从而抑制了基因的表达[16]。有研究者用文献信息学方法，发现在众多方药中，补药主要针对组蛋白修饰发挥功效[17]。

4 miRNA调控

miRNAs（MicroRNAs）是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，其大小长约20～25个核苷酸[18]。Ma YN等[19]对益髓生血颗粒一些纯化的组分进行分析，发现大黄素能促进K562细胞内CD235a和CD71及α-、ε-和γ-珠蛋白的表达，并能通过下调miR-221和miR-222的表达水平调控红细胞分化。说明地中海贫血相关miRNA的研究能从一个侧面揭示中医药治疗相关疾病的分子机制。白藜芦醇具有抗癌活性，基因芯片分析非小细胞肺癌A549细胞，发现白藜芦醇处理后71个miRNAs表达异常，其潜在靶基因分别参与细胞凋亡、细胞周期、细胞增殖和分化的调控[20]。白藜芦醇也能上调免疫细胞如THP-1单核细胞miR-663的表达，通过miRNA起着抗炎的作用[21]。迄今为止，中医药调控miRNA及其相关基因多局限于姜黄素、白藜芦醇、大豆异黄酮、丹参酮ⅡA、人参皂苷、延胡索总生物碱等中药活性成分，而复方研究尚少。鉴于miRNA在中医药研究中的重要地位，其为中医药理论的发展提供了新的切入点[22]。

5 其他

卢氏等[23]认为，开展DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传学调控及其相应调控蛋白酶研究，对于深入阐述针灸“理、法、方、穴、术”的物质基础具有积极意义。miRNA与靶基因之间的动态平衡关系与中医的阴阳平衡思想不谋而合。以miRNA及其调控网络为切入点，结合病证结合、方证对应的临床研究模式，获取相关证候及方剂起效前后的miRNA表达谱，进而寻找相关靶基因及其细胞分子网络，将为阐明中医治病求本的机制提供新的视角，对中医理论的发展具有重要意义[24]。

6 展望

表观遗传学的改变已被认为是最有前途的疾病防治新战略。中医药通过表观遗传学调控基因表达，参与细胞凋亡、增殖、分化、细胞周期调控、免疫、炎症及代谢等病理生理过程。但中医药调控表观遗传学的研究尚处于初期和不完善阶段。目前研究主要集中在肿瘤领域，且多为甲基/去甲基化酶、乙酰/去乙酰化酶表达差异，基因的启动子甲基化、乙酰化调控，miRNA表达差异等方面，研究深度和系统性待提高。

表观遗传学DNA序列不变而功能可变与中医“同病异治”“异病同治”有很强的结合点。同一疾病的发生可能与不同甲基化或乙酰化调控相关，而不同疾病的发生可能受同一甲基化或乙酰化调控。另外，中医整体观念强调自然环境对机体的不可分割性与表观遗传受环境影响、阴阳相互转化与表观遗传抗逆性均有高度一致性。

表观遗传学具有可遗传、可逆性的特点，可通过相互作用，多途径、多层次影响和调控遗传基因的功能和特性。该特点与中医药治疗疾病的整体性、综合性、多靶点性等具有很大相似性。表观遗传学方法的出现，将为中药有效性的研究提供新方法，进一步丰富中医药理论，促进中西医结合理论的发展。

参考文献：

[1] WADDINGTON C H. The epigenotype[J]. Endeavour，1942，1：18-20.

[2] LEDFORD H. Language：Disputed definitions[J]. Nature，2008， 455（7216）：1023-1028.

[3] 牟新，赵进喜，刘文洪，等.试论糖尿病肾病中医体质易感性和证候多样性[J].中华中医药杂志，2010，25（11）：1771-1773.

[4] MOU XIN， LIU WEN-HONG， ZHOU DAN-YANG， et al. Association of Chinese medicine constitution susceptibility to diabetic nephropathy and TGF-β1（T869C） gene polymorphism[J]. Chinese Journal of Integrative Medicine，2011，17（9）：680-684.

[5] 刘菲，徐瑞荣.急性髓系白血病中医证型与ID4基因启动子区甲基化相关性研究[J].中国中西医结合杂志，2012，32（4）：471-473.

[6] 曾跃琴，李炜弘，张天娥，等.肾阳虚证免疫相关基因CPG岛调控机制研究[J].时珍国医国药，2013，24（6）：1515-1517.

[7] 颜家渝，曾洁萍，黄映红.阴虚火旺型口腔扁平苔藓差异表达miRNAs靶基因分析[J].成都中医药大学学报，2011，34（2）：77-79.

[8] 赵伟峰，周明学，王绿娅，等.活血解毒中药对动脉粥样硬化小鼠斑块稳定性、血脂及DNA甲基化水平的影响[J].北京中医药，2014，33（3）：215-218.

[9] 郭晓瑞，李红文，郑乃刚，等.槲皮素下调人角质形成细胞内NF-κB和IL-6表达的表观遗传学修饰效应[J].中国皮肤性病学杂志，2013， 27（10）：977-981.

[10] 黄明明，蔡卫东，刘永辉.白藜芦醇对胃癌细胞Ras相关结构域家族1A基因甲基化及表达的影响[J].当代医学，2011，17（18）：21-22.

[11] 郭维.消痰散结方对胃癌P16基因甲基化的影响[D].上海：第二军医大学医院，2010.

[12] 林一萍，陈比特，陈玉春.DNA甲基化酶与中医抗衰老机理的关系[J].中国中医药信息杂志，1999，6（6）：18-19.

[13] PHAM T X， LEE J. Dietary regulation of histone acetylases and deacetylases for the prevention of metabolic diseases[J]. Nutrients，2012，4（12）：1868-1886.

[14] HUBBARD B P， GOMES A P， DAI H， et al. Evidence for a common mechanism of SIRT1 regulation by allosteric activators[J]. Science，2013，339（6124）：1216-1219.

[15] BAUR J A， PEARSON K J， PRICE N L， et al. Resveratrol improves health and survival of mice on a high-calorie diet[J]. Nature，2006，444（7117）：337-342.

[16] 孙慧超，朱静，吕铁伟，等.姜黄素对小鼠心脏发育相关基因表达的影响及其表观遗传调控机制[J].基础医学与临床，2011，31（9）：959-964.

[17] HSIEH H Y， CHIU P H， WANG S C. Epigenetics in traditional Chinese pharmacy：a bioinformatic study at pharmacopoeia scale[J]. Evid Based Complement Alternat Med，2011，2011：816714.

[18] KALA R， PEEK G W， HARDY T M， et al. MicroRNAs：an emerging science in cancer epigenetics[J]. J Clin Bioinforma，2013，3（1）：6-11.

[19] MA Y N， CHEN M T， WU Z K， et al. Emodin can induce K562 cells to erythroid differentiation and improve the expression of globin genes[J]. Mol Cell Biochem，2013，382（1/2）：127-136.

[20] BAE S， LEE E M， CHA H J， et al. Resveratrol alters microRNA expression profiles in A549 human non-small cell lung cancer cells[J]. Mol Cells，2011，32（3）：243-249.

[21] TILI E， MICHAILLE J J， ADAIR B， et al. Resveratrol decreases the levels of miR-155 by upregulating miR-663， a microRNA targeting JunB and JunD[J]. Carcinogenesis，2010，31（9）：1561-1566.

[22] 郑思道，吴红金，刘宇娜.microRNA在现代中医药研究中的作用和意义[J].中西医结合心脑血管病杂志，2012，10（7）：857-860.

[23] 卢圣烽，徐斌，于美玲，等.表观遗传学在中医针灸研究中的应用探讨[J].南京中医药大学学报，2013，29（2）：105-108.

[24] 虞桂，王阶.miRNA及其调控网络与中医治病求本机制研究[J].中华中医药杂志，2012，27（11）：2789-2791.

篇2

表观遗传学（epigenetics)是与遗传学（genetic)相对应的概念，是对经典遗传学的有益补充；其认为在不改变基因序列的条件下，生物体从基因到基因表型之间存在一种调控，这种机制即“表观遗传学”的含义。尽管已被提出70余年,但直到近10余年，随着科学家们对这种“获得性遗传”的进一步认识，才成为生命科学界最热门的研究之一。因此,研究者们转换思维，从表观遗传学角度对AD发病及治疗进行了研究，发现了一系列表观修饰的关键酶类，以及对这些酶类发挥影响的药物，从而为AD药物研发提供了新的思路和研究方向。本文拟就AD的表观遗传学治疗研究综述如下。

1阿尔茨海默病（AD)概况

阿尔茨海默病（AD)是一种以进行性认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病。它是最常见的痴呆类型，西方国家[中50%?70%的痴呆属于AD。其病因及发病机制复杂，涵盖了遗传和环境的危险因素，涉及成千上万个基因表达的改变，以及多种信号途径的上调，如P淀粉样肽W-amyloidpeptide,Ap)的沉积、Tau蛋白过度磷酸化、炎症、氧化应激、能量代谢、血管因素及细胞凋亡周期异常等。ad的典型病理改变包括突触丧失、某些神经递质水平下降、神经元内异常物质沉积以及选择性脑神经细胞死亡，使大脑受累区域广泛萎缩，导致记忆力丧失伴行为改变和人格异常，严重者可影响工作及社会生活。受累区域常会出现A沉积、老年斑（senileplaques,SP)、神经原纤维缠结(neurofibrillarytangles,NFT)及Tau蛋白过度磷酸化等。疾病逐渐进展恶化，甚至累及生命。遗憾的是目前尚缺乏延缓或阻碍疾病进展的治疗手段。

在AD中，涉及神经元退行性改变的基因达200余个,越来越多的研究数据发现在没有基因序列改变的情况下，某些机制也可以决定致病基因何时或怎样表达，最终导致AD发病。因此，AD基因组并不能完全解释发病机制[14]。已知编码APP、PSEN1和PSEN2的基因仅可导致家族性早发型AD(early-onsetAD,EOAD);而大多数（约95%)AD均为晚发型AD(late-onsetAD,LOAD)或散发型。因此可以推断，表观遗传现象或环境因素参与了LOAD的致病。这就部分解释了为什么同一家族中有的家庭成员发病而另一些不发病；而且，在年轻的同卵双胞胎中基因组无实质上的差异，而在同一老年双胞胎中其基因表观遗传学上存在显著差异。

大量研究数据证实，基因-环境相互作用在AD的病理生理过程中发挥了关键作用营养物质、毒素、环境暴露及人的生活行为,都可以在不改变基因组序列的条件下使基因激活或沉默。目前已知的可调控基因转录和表达的表观遗传学机制主要分两大类：①基因选择性转录的调控：包括基因组DNA甲基化，多种组蛋白甲基化及乙酰化等修饰；②基因转录后的调控：包括微小RNA(microRNA,miRNA)和小干扰RNA(smallinterferingRNA,siRNA)等非编码RNA的调节，以及沉默的核糖体RNA(ribosomalRNA,rRNA)基因。除此之外，染色体重塑、基因印记、X染色体失活也属于表观遗传学范畴。

2表观遗传学

表观遗传学的涵义即在DNA序列不发生改变的情况下，基因的表达与功能发生改变，并产生可遗传的表型。基本机制即：通过多种基因修饰，影响基因转录和（或）表达，从而参与调控机体的生长、发育、衰老及病理过程。至此，表观遗传学的发现极大丰富了传统遗传学的内容，使人们认识到遗传信息可以有两种形式：即DNA序列编码的“遗传密码”和表观遗传学信息。它和DNA序列改变不同的是,许多表观遗传的基因转录和表达是可逆的，这就为许多疾病的治疗开创了乐观的前景。

2.1组蛋白修饰

组蛋白在DNA组装中发挥了关键作用，利用核心组蛋白的共价修饰传递表观遗传学信息。这些修饰主要包括组蛋白甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、ADP-核糖基化及特定氨基酸残基N-末端的SUMO化;其中组蛋白氨基末端上的赖氨酸、精氨酸残基是修饰的主要靶点,这些组蛋白翻译后修饰(post-translationalmodifications,PTMs)对基因特异性表达的调控，是其表观遗传学的重要标志。正常机体内，组蛋白修饰保持着可逆的动态平衡。一般而言,组蛋白乙酰化是在组蛋白乙酰转移酶（histoneacetyl-transferase,HATs)的催化下，从乙酰辅酶A上转移乙酰基到组蛋白N-末端的赖氨酸残基上；由于乙酰化中和了组蛋白的正电荷，使组蛋白末端和相关DNA带负电荷磷酸基团之间的作用减弱，降低了组蛋白和DNA之间的亲和力，这种染色质构象的放宽有助于转录因子向靶基因片段聚集并利于转录的进行。而去乙酰化则是组蛋白去乙酰化酶（histonedeacetylases,HDACs)将乙酰基从乙酰化组蛋白转移到乙酰辅酶A上，形成了致密的染色质状态，从而使基因转录下降或沉默。

2.2DNA甲基化

DNA甲基化较组蛋白修饰更进一步，是表观遗传学的又一重要机制。DNA甲基化主要是在DNA甲基转移酶（DNAmethyltransferase,DNMTs,包括DNMT1、2、3a/b和4)催化下，将同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)-甲硫氨酸循环中S-腺苷甲硫氨酸（SAM)中的甲基，由四氢叶酸转移到胞嘧啶的第5位上形成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine,5-mC)。其中，相邻的胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸（CpGs)是最主要的甲基化位点。在人类基因组中，CpG以两种形式存在：一种分散存在于DNA中，其CpG70%?90%的位点是甲基化的；另一种CpG呈密集分布于一定区域，称之为“CpG岛”（CpGislands),通常位于或接近基因启动子区（promoterregions),在正常人体基因组中处于非甲基化状态。CpG岛中的胞嘧啶甲基化可以阻碍转录因子的结合，从而可致基因沉默。一般而言，高度甲基化的基因可致表达抑制,而低甲基化的基因可增强基因表达或过表达。

2.3非编码RNA

表观遗传学调控机制涉及RNA的主要包括:miRNA、siRNA以及维持细胞周期的沉默rRNA基因的一部分。

miRNA是较短的双链RNA分子，约有22个核苷酸，来源于机体自身基因即细胞核及细胞质中较大的RNA前体，有自己的启动子和调控元件。人类基因组中有约700?800个miRNA。这些小分子RNA在转录后通过绑定靶mRNA,从而抑制转录或诱导mRNA分裂降解。大多数miRNA具有高度保守性和组织特异性，可以调控机体中30%?50%的蛋白质编码基因。siRNA长短与miRNA相似，作用方式也有很多相同之处，区别在于siRNA可以体外合成,多由外源性导入或感染诱导产生。

重复rRNA基因的复制为真核生物核糖体提供了初始活性位点，在基因表达中是蛋白质合成的热点区。不同细胞类型可表现不同的活性rRNA比率,提示随着细胞发育分化，rRNA基因拷贝数比例会发生改变。沉默rRNA的表观遗传学方式在这个过程中发挥了重要作用,使活性和非活性rRNAs保持了动态平衡。

2.4染色质重塑、基因印记和X染色体失活

染色质重塑（chromatinremodeling)指基因复制、转录和重组等过程中，核小置和结构及其中的组蛋白发生变化，引起染色质改变的过程；主要机制即致密的染色质发生解压缩，暴露基因转录启动子区中的特定结合位点，使转录因子（transcriptionfactor,TF)更易与之结合。基因印记(geneticimprinting)指来自亲本的等位基因在发育过程中产生特异性的加工修饰，导致子代体细胞中两个亲本来源的等位基因有不同的表达方式，即一个等位基因有表达活性，另一等位基因沉默。X染色体失活指雌性哺乳动物细胞中两条X染色体的其中之一失去活性的现象,即X染色体被包装成异染色质，进而因功能受抑制而沉默化，使雌性不会因为拥有两个X染色体而产生两倍的基因产物。

3AD的表观遗传学3.1组蛋白修饰

研究显示，在AD中存在组蛋白的PTMs。组蛋白3(histone3,H3)磷酸化作为激活有丝分裂的关键步骤，可使AD海马神经元呈过磷酸化状态。对APP/PS1突变小鼠和野生型小鼠进行条件恐惧训练,结果显示前者乙酰化H4较野生小鼠组降低50%;之后对突变组进行HDAC抑制剂（histonedeacetylasesinhibitors,HDACIs)曲古抑菌素A的治疗，显示前者乙酰化H4水平出现了上升。在一项皮层神经元培养模型研究中，APP过度表达则可导致H3和H4乙酰化降低，以及c-AMP反应元件结合蛋白（cAMP-responseelementbindingprotein,CREB)水平下降;而CREB则是脑神经元中激活记忆相关基因，形成长期记忆的关键蛋白。总之，尽管在AD患者、AD动物模型及AD培养模型中，都出现了组蛋白修饰,但这个过程是极其复杂的,特异性位点会因功能状态不同而出现组蛋白乙酰化增加或减少。

3.2DNA甲基化

3.2.1相关基因的甲基化研究显示，尽管很难判

断AD中甲基化程度是升高还是下降，但12个甲基化的AD特异性基因表现出了显著的“表观偏移”；同时研究还发现，在DNMT1启动子内一些CpG位点也表现出年龄相关的表观偏移。研究还发现，叶酸、甲硫氨酸及Hcy代谢与DNA甲基化机制显著关联。例如，人类及动物模型叶酸缺乏将导致基因组整体低甲基化，而补充叶酸则可部分逆转甲基化程度。Smith等研究发现，衰老及AD人群中都出现了叶酸缺乏和甲硫氨酸-Hcy周期的改变。另一研究发现AD患者脑脊液（cerebro-spinalfluid,CSF)中叶酸显著下降，同样下降的还有CSF及脑组织中SAM。同时还观察到AD患者脑组织中S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)及血浆中Hcy的升高，后者可抑制DNA甲基化。

目前已知的AD相关基因主要包括：p淀粉样蛋白前体（APP)基因、早老素1(PS1)和早老素2(PS2)基因、载脂蛋白E(ApoE)基因、p-分泌酶（BACE)基因、sortilin相关受体基因(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基因均存在可调控的CpG甲基化位点。有研究显示,一例AD尸检的大脑皮层中APP基因发生了完全去甲基化，而正常样本或匹克氏病（Pick’sdisease)患者样本则没有这种变化。实验发现，叶酸缺乏所致的BACE和PS1基因表达增强，可通过补充SAM而恢复正常。同样，体内实验发现，给予APP过度表达的转基因小鼠缺乏叶酸、B12及B6的饮食，可以使SAH升高并上调PS1和BACE的表达，以及促进A的沉积和出现认知障碍。在LOAD尸检标本中，研究者发现了著名的“年龄依赖的表观遗传学漂移”(age-dependentepigeneticdrift);对CpG岛异常的表观遗传学控制,可能促成了LOAD的病理变化,因此，“表观遗传学漂移”可能是LOAD个体易感的重要机制。

3.2.2Tau蛋白相关的甲基化Tau蛋白是一种微管结合蛋白（microtubulebindingprotein,MAP),它能与神经轴突内的微管结合，具有诱导与促进微管形成，防止微管解聚、维持微管功能稳定的功能。对记忆和正常大脑功能起重要作用。然而，在AD中,Tau蛋白不仅不再发挥正常功能，还会因异常磷酸化或糖基化等改变了Tau蛋白的构象，使神经元微管结构广泛破坏，形成以Tau蛋白为核心的NFT,最终导致神经元功能受损或神经元丢失。

人体在正常条件下，Tau蛋白启动子的AP2结合位点是非甲基化的，但SP1和GCF结合位点则被甲基化。而随着年龄的增加，SP1作为一种转录激活位点甲基化程度升高,GCF作为启动子抑制位点则逐渐去甲基化，因此总体而言Tau蛋白的基因表达是下调的。尤其在额叶及海马区域，正常Tau蛋白也出现了年龄相关的下降。蛋白磷酸酶2A(PP2A)是一种针对磷酸化Tau蛋白的去磷酸化酶，PP2A催化亚基的甲基化可以激活该酶。研究显示，在APP及PS1基因突变的转基因小鼠中，PP2A的甲基化程度显著下降，结果显示Tau蛋白磷酸化增高。对培养的神经元添加叶酸拮抗剂甲氨蝶呤，也可导致PP2A去甲基化，从而增加Tau蛋白的磷酸化程度。另外，还有研究显示，Hcy可以使PP2A的甲基化程度及活性下降,而添加叶酸和B12则可以逆转这个过程。总之，Tau蛋白的磷酸化和脱磷酸化间平衡是维持微管稳定性的关键因素；而其中磷酸化相关酶类的甲基化程度,成为影响Tau蛋白磷酸化的重要因素。

3.2.3异常的细胞周期和神经元凋亡研究证实,细胞周期异常和神经元凋亡是AD神经退行性变的常见机制。AD神经元中细胞周期及凋亡途径关键因子受DNA甲基化影响并发生上调。包括细胞周期素B2基因、caspase-1基因、caspase-3基因等。这些相关基因的低甲基化使细胞进入异常细胞周期。同样,高Hcy可使培养神经元凋亡，也间接证实了低甲基化导致异常细胞周期；而使用SAM还可起到拮抗细胞凋亡的效果。

3.3A与miRNA

研究发现，miRNA可以调节APP的表达、APP处理、A聚积以及BACE1的表达，从而导致A毒性改变或影响神经再生。因而,miRNA失调可使APP表达及处理过程发生改变，最终引起神经元存活率和神经再生程度的改变。针对全球AD人群和正常老年人群的对比研究发现，特异性miRNA水平存在显著差异。研究显示，在AD中APP相关miRNA显著下降，而APPmRNA水平则保持平稳，提示miRNA影响APP表达是通过抑制转录而不是促进APPmRNA的裂解；同时，在AD皮层中miRNA-106b出现显著下降。具体机制还有待进一步研究。

3.4AD与一碳代谢

叶酸代谢又称为一碳代谢，需要SAM提供甲基。诸多研究表明,AD患者常存在血浆及CSF中Hcy升高（两者浓度升高常呈正相关)，血浆叶酸和B12水平下降，以及脑组织中SAM减少。早期暴露于缺乏叶酸及B族维生素饮食的动物，其AD相关基因在脑组织中发生了表观遗传学修饰。SAM作为甲基化过程最重要的甲基来源，其产生及循环依赖于甲硫氨酸循环的正常进行[11]。研究显示,AD患者CSF中SAM出现显著下降，口服SAM(1200mg,qd)4?8个月,可以使CSF中SAM浓度升高。同时，维生素B12缺乏可使SAM产生减少，从而影响甲基化。前瞻性队列研究表明，高Hcy与AD高风险显著相关，而较高的叶酸摄入量可以降低老年人的AD风险。叶酸缺乏导致的SAM缺乏以及Hcy升高，使甲基化水平下降；并且，Hcy影响SAM和SAH水平，后两者可调节DNA甲基化活性以及蛋白翻译后修饰。另外，研究还发现Hcy可通过抑制甲基化，降低PP2A甲基化程度，从而导致Tau蛋白过磷酸化、NFT及SP形成。因此，最关键机制即：叶酸/同型半胱氨酸代谢异常导致AD相关基因启动子的表观遗传修饰（CpG区域甲基化状态的改变)，使基因沉默（高甲基化）或过度表达（低甲基化)，最终发生AD。

4表观遗传学在AD诊疗中的应用研究

近年来，随着表观遗传学在AD研究中的不断进步，研究者已逐渐将其应用于AD的诊断及治疗中，尽管多数还处于临床前试验阶段，但表观遗传学应用于AD临床的前景是乐观并值得期待的。

4.1表观遗传学诊断手段

利用亚硫酸氢钠进行甲基化测序是检测DNA甲基化的金标准。该方法利用盐析法从血液中提取基因组DNA,经过亚硫酸氢盐处理后，变性DNA中胞嘧啶转换为尿嘧啶，而5-mC则不发生转换，因此在经过PCR扩增和DNA测序后，胸腺嘧啶则代表非甲基化胞嘧啶，而5-mC(主要为CpG二核苷酸）仍为胞嘧啶。继而由该方法延伸出多个DNA甲基化分析法，例如：甲基化特异性PCR(methylationspecificPCR,MSP)、结合亚硫酸氢盐限制性分析（combinedbisulfiterestrictionanalysis,COBRA)以及甲基敏感性单核苷酸引物(methylation-sensitivesinglenucleotideprimerextension,MS-SNuPE)等。然而，由于目前对AD相关基因甲基化的研究还不完善，只能在临床前研究中应用甲基化测序，用于对比分析AD中基因甲基化的真实状态。

实时基因成像（real-timegeneticimaging)技术是另一种判断基因表观遗传修饰的手段；该技术避免了尸检或动物研究，是一种新型的非侵入性的可视化基因调控检测。磁共振波谱（MRspectroscopy,MRS)即是这样一种特殊的磁共振成像，该技术可扫描到特定的蛋白，将来可使我们能够实现对基因表达变化的可视化实时检测，理论上而言可以追踪到DNA甲基化或组蛋白修饰的责任蛋白；因此，在一定程度上，将为AD的表观遗传学诊断和治疗提供新的手段[39]。

此外，另有研究发现，脂肪酸酰胺水解酶（fattyacidamidehydrolase,FAAH)参与了AD的发病，同时还发现FAAH易于从外周血中检出，并可作为一个新的潜在的AD生物标志物（biomarker),继而用于AD的预测或诊断。然而，由于一些AD相关蛋白或酶类在外周血中易降解，稳定的miRNA检测已成为反映疾病的重要手段。由于大多数AD患者外周血单核细胞中存在各种miRNA的表达上调（如miR-371、miR-517等),且与其在AD脑中高表达相对应，提示通过测定血浆及血单核细胞的miRNA谱变化,可作为AD诊断和病情评估的重要方法。

4.2AD的表观遗传学治疗

表观遗传学对研究AD的发病机制和病程转归,以及研发新的药物等方面开拓了广阔的空间。表观遗传学药物进入体内后，可充当基因转录或表达的“开关”，通过不同的基因修饰及调控基因表观修饰相关酶类的活性，继而达到在未改变DNA序列的情况下影响基因表型。因此，正是表观遗传学改变的“可逆性”，使与之相关药物的研发成为AD治疗研究的新方向和重点。

4.2.1HDACIs近年来，科学家们研发了多种新的HDACIs。根据化学形态主要分为4类：①短链脂肪酸类：如丁酸钠、苯丁酸盐和丙戊酸（valproicacid,VPA);②异轻肟酸（hydroxamicacid)类：如曲古抑菌素A(trichostatinA,TSA)、辛二酰苯胺异轻肟酸(suberoylanilidehydroxamicacid,SAHA);③环氧酮类：如trapoxinA和trapoxinB;④苯甲酰胺类：如MS-275。这些HDACIs与锌依赖性HDAC蛋白（zinc-dependentHDACprotein,I、II及IV类组蛋白亚型）相互作用；烟酰胺作为NAD+前体，可以抑制III类HDAC蛋白。其中，研究最广泛的是丁酸钠、苯丁酸盐、VPA、TSA和SAHA。

目前FDA批准上市的是SAHA,-种治疗T细胞淋巴瘤的新型化合物，不仅可增加组蛋白乙酰化水平，同时还可提高认知。在神经系统中，VPA具有抗惊厥和稳定情绪的作用，因此这些作用可能与引起组蛋白乙酰化改变有关；VPA还可以通过抑制GSK-3#介导的y-分泌酶裂解APP,从而抑制Ap的产生，减少A斑块，最终缓解AD模型鼠的认知功能障碍。Ricobaraza等研究显示，4-苯基丁酸乙酯（PBA)可通过降低GSD-3#来降低AD大鼠脑内Tau蛋白磷酸化，并可清除突触间A沉积，减轻内质网压力，从而恢复记忆并逆转学习障碍。而烟酰胺则可选择性降低Tau蛋白磷酸化并增加乙酰化的a微管蛋白。Fischer等也研究发现，非特异性HDACIs如VPA、TSA、4-苯基丁酸钠及伏立诺他等，都可以通过不同的表观遗传机制影响Ap沉积和Tau蛋白过磷酸化，并可改善学习和记忆力。另外,HDACi丙戊酸可以降低APP的表达，减轻大脑中的A肽斑块负担；研究还证实，HDACI治疗还可诱导树突发芽，增加突触数量，以及恢复学习行为和形成长期记忆。Zhang等报道，口服HDACIMS-275可改善神经炎症和脑淀粉样变，以及改善AD模型动物的行为能力。这些研究提示,HDACIs可通过调节HDAC蛋白活性和Tau蛋白磷酸化水平，从而用于AD的治疗.

HDACIs可选择性抑制HDACs,导致组蛋白乙酰化水平升高，恢复AD模型动物中组蛋白乙酰化水平及提高学习和记忆能力。例如：Guan等发现当脑内HDAC2过表达时，小鼠海马神经元树突棘密度降低、突触形成减少、CA1区LTP形成障碍、空间记忆和工作记忆损伤；而使用HDACIs则能够促进小鼠神经元树突棘和突触的形成，改善AD模型小鼠的学习和记忆减退状态。因此，HDAC2可能是HDACIs最适宜的治疗靶点之一，可能使脑神经元内合成新的蛋白以改善或恢复AD患者记忆。除此之外,HDACIs对基因表达的调节具有特异效应,可以在上调靶基因表达的同时下调其他基因;这种基因特异性常通过转录因子来调控，后者可以识别特定启动子和增强子序列，并赋予靶基因特异性（gene-specificeffects),使之对HDACIs具有敏感性[44],继而逆转表观遗传改变。同时，应用HDACIs治疗AD还应当考虑其是否可穿透血脑屏障，因此，最近的一项研究研发了一种可进入CNS(“CNS-penetrant”)的HDACIs(I类）EVP-0334,目前已进入I期临床试验用于AD治疗。

众所周知，AD大脑受累的主要区域为内侧嗅皮质、海马及杏仁核等。研究发现，与正常脑组织相比,AD患者皮质中HDAC6蛋白水平升高了52%,而海马中则升高了92%。HDAC6与Tau蛋白共同存在于核周，并发生相互作用；其中HDAC6具有独立的微管蛋白脱乙酰基酶的活性。使用HDAC6抑制剂Tubacin治疗或敲除HDAC6,并不能影响HDAC6与Tau蛋白的相互作用，但可以减少Tau蛋白磷酸化[55]。通过结合HDAC6,Tau蛋白可抑制脱乙酰酶活性,从而导致微管蛋白乙酰化增加；在Tau蛋白过表达的细胞中也可见这种增加；说明过量的Tau蛋白成为HDAC6的抑制剂，然而AD患者中正常Tau蛋白是减少的。文献显示，HDAC6的减少或丢失可改善联想和空间记忆形成[56,57],以及阻断A诱导的海马神经元线粒体运输障碍。最近有研究人员还发现,HDAC6无效突变（nullmutation)可以挽救神经元中Tau蛋白诱导的微管缺陷。他们采用遗传和药理学方法抑制HDAC6的tubulin特异性脱乙酰基酶活性，证实这种“挽救效应”有可能是通过增进微管乙酰化所介导的。这些研究结果表明,HDAC6有可能是AD和相关Tau病的一种独特的有潜力的药物靶点,HDAC6抑制剂有望成为AD治疗的新型药物。

目前研究证实，HDACIs可用来治疗神经变性病、抑郁、焦虑情绪、认知功能障碍及神经发育障碍,因此为AD的治疗提供广阔的前景。但现有的HDACIs存在生物利用度低、代谢快、低选择性等缺点。因此,研究开发结构新颖、副作用小、特异性及选择性高的HDACI具有重要的临床意义。

4.2.2饮食因素除此之外，饮食因素，例如叶酸、维生素B2、B6、B12、蛋氨酸、胆碱等都可以影响甲基供体SAM的形成，并影响DNMTs活性；同时，一些天然化合物，如异黄酮、黄酮、儿茶素、姜黄素、白藜芦醇等，可以改变表观遗传学机制,影响染色质修饰酶的活性，因此备受关注。

研究证实，传统用于抗肿瘤、抗氧化、抗炎、抗细胞凋亡及预防高脂血症的姜黄素，也可用于治疗AD：在体外实验中，姜黄素可抑制A聚集沉积、A#诱导的炎症、户分泌酶及乙酰胆碱酯酶的活性；而体内实验则证实，口服姜黄素可抑制AD动物脑组织中Ap沉积、Ap寡聚化及Tau蛋白磷酸化，并改善行为及认知。另有研究发现，姜黄素还可加速淀粉样斑块的分解，继而改善AD的空间记忆障碍。据Bora-Tatar等[65]报道，在33种羧酸衍生物中，姜黄素是最有效的HDAC抑制剂，甚至比丙戊酸和丁酸钠更强效；另有研究也发现，姜黄素可显著降低HDAC1、3和8蛋白水平，并可提高乙酰化H4水平。同时，姜黄素还是潜在的HAT抑制剂，2004年Balasubramanyam等[66]发现，姜黄素是p300/CREB结合蛋白HAT活性特异性抑制剂，对维持一定的CREB水平起到关键作用。因此，姜黄素对HDAC和HAT均有调节作用；作为已知的抗氧化剂，姜黄素可能是通过调节氧化应激，从而对乙酰化和去乙酰化具有双重调节作用。

AD表观遗传学改变受环境、营养因素等诸多因素共同作用，因此自孕前保健开始,直至子代的一生，都保持机体内外生存环境的良好，保证表观遗传学正常修饰及表达,在一定程度上可能会预防AD的发生。同时，由于目前糖尿病、肥胖、心血管疾病、高血压等都是公认的AD高危因素，通过表观遗传学机制防治这些疾病，也是降低AD的发生风险的重要手段。另外，提倡低热量、低胆固醇和富含叶酸、B族维生素及姜黄素等的饮食，以及降低血浆Hcy值，可能对保护大脑神经元，改善老年期认知，以及预防AD发生或逆转AD的表观遗传改变，起到一定的积极作用。

4.2.3其他因素由于DNA甲基化是可逆的，该过程的相关酶类也可作为AD治疗的研究靶点,例如DNMT抑制剂。然而，目前对DNMT抑制剂的研究多局限于肿瘤的治疗，因此对于AD的治疗作用还有待进一步研究。另外，研究发现AD中与APP裂解机制相关的多个miRNA也发生了改变,因此针对miRNA的AD表观遗传治疗成为重要研究方向。2006年，中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所裴钢院士研究组研究发现，肾上腺素受体被激活后，可以增强y-分泌酶的活性，进而能够增加AD中Ap的产生。这项发现揭示了AD致病的新机制，提示肾上腺素受体有可能成为研发AD治疗药物的新靶点。

5展望

综上所述，在AD中，表观遗传学机制对疾病发生发展起到了关键作用，尤其是散发性AD。表观遗[8]传学调节障碍导致相关基因转录异常，引起关键蛋白或酶类异常，继而发生一系列病理生理改变，是AD发病的主要原因。表观遗传学改变可以通过表观遗传药物进行逆转，因而这不仅为AD的治疗开创了一片新天地，更引导医药行业进入了一个崭新的领域。

然而,使用表观遗传学药物治疗疾病也面临着一系列难题。对于目前可用的表观遗传学化合物如HDACIs及辣椒素等而言，主要的困难即缺乏针对不同脑区、不同神经元亚型或特异基因的“选择性”。

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澳大利亚阿德莱德大学的科学家，从育空冻土层中的野牛骨骼标本中提取出了3万年前美洲野牛的DNA样本。研究结果显示，那时野牛的表观遗传学特征在两代内即可发生变化，说明产生可遗传变异所需的时间比传统进化过程所需时间要短得多。这样，北美野牛在短期内快速适应气候变化的难题就迎刃而解了。

什么叫表观遗传学特征呢？长期以来人们相信，DNA携带着基因并世代相传，保持了物种的稳定；而基因突变（即DNA分子链上碱基对的组成或排列顺序的改变），则是新性状乃至新物种产生的物质基础。按照这一观点，生物后天获得的性状是不能遗传给下一代的，也就是说，法国博物学家拉马克在100多年前提出的生物性状“用进废退”的假说是不成立的。

近年来分子生物学的新发现，在一定程度上颠覆了这种成见。人们发现，生物所显现的新性状、新能力并不一定是基因突变造成的，而在很多情况下是由于基因被“修饰”了，即表观遗传学特征发生了变化。例如，科学家们发现了一种甲基（-CH3），它们可以跟DNA上的碱基结合，就像给DNA挂上了首饰。这种神奇的“首饰”就像一个开关，挂上它，基因就关闭了，摘掉它，基因又能重新表达。至于基因是关闭还是表达，则取决于生物个体是否努力适应新的环境压力。也就是说，对于生物的某种能力来说，用则进化，不用则退化――拉马克的假说在某种意义上已经复活了。

表观遗传学研究虽然历史不长，其中尚有诸多关键问题亟待解决，但它所揭示的现象却足以令人深思。它说明，生命的精妙与复杂远超人类的想象，认识生命的道路任重而道远。

在对育空地区野牛化石进行研究时，由于野牛的基因序列不会发生变化，标准的基因分析无法测得表观遗传学变化，所以科学家是将研究结果与现代牛以及30年前发掘于新西兰的一具干尸化母牛的基因序列进行对比，从而了解育空野牛的表观遗传学特征变化的。科学家们认为，这项研究证明了表观遗传学特征的改变能驱动生物进化。

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[关键词] 结直肠癌；DNA甲基化；表观遗传学；生物学标志

[中图分类号] R735.35 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2013）08（b）-0028-03

结直肠癌是全世界癌症死亡的主要原因之一，它的发生由一系列遗传学及表观遗传学方面的改变使正常的上皮组织发展为浸润性癌的过程。这个过程首次在Fearon和Vogelstein设计的典型的腺瘤癌症发展模型中被提出[1]。该模型的提出，使我们对结直肠癌分子发病机制的认识大幅提高，目前认为结直肠癌的发生涉及多种分子通路，包括基因突变和表观遗传学改变[2]。过去十年，关于肿瘤表观遗传学的研究已取得了重大的进步，特别是DNA异常甲基化方面。对结直肠癌表观遗传学进行研究，可进一步揭示结直肠癌的发病机制，为结直肠癌临床诊断、治疗和预后评价提供重要生物学标志。

1 表观遗传学简介

表观遗传学是指不涉及DNA序列改变的情况下，基因的表达与功能发生改变并产生可遗传的表型。基因表达的表观遗传学调控发生于正常的组织，在胚胎发育、基因印记和组织分化中发挥重要作用[3]。异常的表观遗传学改变最早于1982年在结直肠癌中发现，从此开启了对表观遗传学研究的热潮，包括调控正常组织和癌组织中基因表达的一系列复杂的表观遗传调节机制[4]。表观遗传学修饰很大程度上影响着核染色质凝固状态，决定了DNA能否正常表达蛋白质，调控着基因转录。“开放”的染色质状态可进行基因转录，相反，浓缩或者“关闭”的染色质状态阻止基因转录[3]。目前在肿瘤形成中发挥重要作用的表观遗传学机制有以下几方面：①CpG岛区域胞嘧啶的DNA甲基化；②组蛋白转录后修饰；③siRNA和miRNA；④核小体定位[3]。在这篇综述里将重点介绍DNA甲基化，因为它在结直肠癌表观遗传学调控机制中研究的最为广泛。

2 DNA甲基化及其在大肠癌发病机制中的作用

2.1 DNA甲基化

DNA甲基化是由DNA甲基转移酶（DNMT）催化S腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶的反应[5]。通常，最易被DNMT作用的是CG二核苷酸序列，即CpG。正常哺乳动物细胞的大多数CpG序列存在甲基化，非甲基化CpG序列仅存在DNA的CpG岛区域。CpG岛通常被定义为GC含量大于50%，长度大于200～500个碱基的一段序列，并且观测到的CpG比例较预测的比例高0.6[6]。60%～70%的基因启动子区域含有CpG岛，并且处于非甲基化状态，在肿瘤中，他们发生异常甲基化。启动子区域CpG岛的甲基化与转录沉默有关，发生在基因启动子区域以外CpG位点的甲基化称为基因体甲基化，与转录失活无关，而与转录活化相关[7]。

基因的甲基化模式对基因表达的调控至关重要。CpG甲基化可以通过多种机制导致转录失活，如直接抑制顺式作用原件AP-2、CREB、E2F等[8]。DNA甲基化的一个重要机制是通过与调节核染色质结构的酶合作交互调控基因表达。这种合作交互机制与一种甲基结合蛋白（PcG）有关，通过与高亲和力的甲基化DNA结合导致级联放大反应，招募蛋白质改变染色质结构来调控组蛋白乙酰化、组蛋白甲基化及染色质重塑，从而使染色质固缩并封闭转录因子到启动子区域的通道[9]。DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑之间的相互作用错综复杂，存在各种各样的串话。异常的DNA甲基化有可能改变染色质重塑和基因表达，组蛋白及其修饰蛋白的调节异常可能导致异常的DNA甲基化。研究表明PcG蛋白复合体PRC2的异常活化可能是诱导肿瘤中DNA异常甲基化的机制之一[10]。

2.2 DNA甲基化与年龄因素

年龄是结直肠癌发生的一个重要危险因素，老化的肠黏膜表现为年龄相关的整个基因组的低甲基化和某些特定区域的高甲基化。起初认为组织结构正常的肠上皮细胞上的ESR1、IGF2和TUSC3基因的异常甲基化与年龄相关，随后发现另外一些基因也存在年龄相关性甲基化[11]。约50%年龄相关性甲基化基因与结直肠癌发病机制相关的基因是相同的，这表明年龄相关性基因在增加肿瘤易感性上起到一定的作用。有研究表明年龄相关性DNA甲基化和肿瘤相关性DNA甲基化机制可能是相同的，然而年龄相关性异常甲基化的机制仍不清楚[12]。在老年人正常组织中检测到异常DNA甲基化提示高龄肠癌患者比低龄者存在更多的表观遗传学驱动事件[13]。

2.3 DNA甲基化与结直肠癌的发生、发展

目前认为在多数结直肠癌基因组中存在成百上千个异常甲基化基因，且只有一部分可能与这些肿瘤的发生有重要关系。在正常黏膜向腺瘤，息肉向肿瘤的进展过程中，可以显而易见地看到发生甲基化的基因大幅增加，比较正常黏膜和早期腺瘤，早期腺瘤和进展期腺瘤，甲基化基因在不段大幅增加[14]。Esteller[15]研究发现结直肠腺瘤中MGMT、MLH1等DNA修复基因的异常甲基化可能促进腺瘤发生恶变。

Toyota等[16]于1999年提出了这些肿瘤中有一个独特的分子发病机制，称为CpG岛甲基化表现型（CIMP），且接近20%的结直肠癌是CIMP肿瘤。CIMP可在进展期管状腺瘤中检测到，但是在管状腺瘤早期却不是普遍能检测到的[15]。目前尚不清楚在息肉形成结直肠癌的晚期能否检测到CIMP。另外，CIMP肿瘤中存在高突变率的BRAF基因，并且常发生在女性的右半结肠[17-18]。有研究对125例结直肠癌标本进行了全基因组DNA甲基化性能分析，将CIMP肿瘤分为CIMP-H和CIMP-L，前者表现为异常高频的肿瘤特异性DNA甲基化，与MLH1甲基化和BRAF突变密切相关[19]。目前CIMP肿瘤发生的潜在原因还不清楚，但已表明与吸烟有关，同时有证据表明与营养状态、体型、身体活动情况等也有一定关联[20]。然而，总体来看，DNA的异常甲基化主要涉及结直肠癌形成的早期事件，较少涉及进展期事件。

3 DNA甲基化在结直肠癌临床应用中的价值

3.1 DNA甲基化与结直肠癌的早期诊断

对于将甲基化基因作为结直肠癌特异性生物学标志物，目前最先进的用途是基于DNA水平的结直肠癌的筛查。虽然目前肠镜仍是结直肠癌筛查最准确的方法，但是由于该检查操作程序较复杂及存在一定的并发症，患者依从性欠佳。尽管大便潜血检查价格便宜且操作简单，但灵敏性和特异性相对较低。笔者对结直肠癌分子病理学方面的研究进展，已将这些有应用前景的早期检测分子标记用于结直肠癌的非侵袭性筛查。启动子区域的一些基因在早期结直肠癌中存在高甲基化，可作为早期检测标志物。粪便中的甲基化波形蛋白是已得到验证的结直肠癌早期检测标记，人波形蛋白基因（VIM）在53%～84%的结直肠癌患者中存在异常甲基化，有报道提出灵敏度达到83%，特异性达到82%[21]。另外，在欧洲和中东已将检测外周血中甲基化SEPT9基因的检测用于结直肠癌筛查，目前正不断地在提高用粪便、血浆进行甲基化分析达到临床用途的可行性[21]。

3.2 DNA甲基化与结直肠癌疗效及预后评价

由于CpG岛高甲基化和整体DNA的低甲基化之间的相反关系，对关于结直肠癌临床应用的表观遗传学标志的研究主要集中在基因的甲基化，本课题组研究发现TIP30启动子在高转移性、低分化的大肠癌细胞株HCT116和非高转移性的大肠癌细胞株HT29中存在CpG岛高甲基化，这可能是抑癌基因TIP30表达降低或缺失的机制之一[22]，与笔者前期关于大肠癌组织中TIP30蛋白表达情况[23]及TIP30过表达能抑制大肠癌细胞生长，降低其侵袭、迁移能力[24]等研究结果相一致。另外，还发现结直肠癌TIP30启动子甲基化状态与患者淋巴结转移、临床分期及对5-FU、奥沙利铂化疗药物的敏感性相关[22，25]。

Ide等[26]研究发现，肿瘤CIMP状态可作为5-FU反应性的预测标记，然而目前关于CIMP状态与5-FU辅助治疗反应性之间的尚存在相互矛盾的数据。低甲基化的LINE-1作为一种生物学标志已在研究，近来Ahn等[27]研究表明，甲基化的LINE-1有望成为近端结直肠癌无病生存期较短的预后指标，且肿瘤复发患者LINE-1的甲基化水平较无复发者低。然而，迄今为止的数据还不足以支持将基因甲基化作为预测性生物指标。

4 结论

在过去十年里，表观遗传学对肿瘤发病机制作用的研究取得了飞速发展，现已明确表观遗传学事件是结直肠癌发病机制的驱动事件，表观遗传学事件与基因突变共同参与正常肠黏膜向结直肠癌进展的过程，而且结直肠癌基因组中受异常DNA甲基化影响的基因较受基因突变影响的基因多。异常DNA甲基化的研究为结直肠癌的早期诊断、预后判断和干预治疗提供了新的思路，并且已经展现了良好的前景。

[参考文献]

[1] Fearon ER，Vogelstein B. A genetic model for colorectal tumorigenesis [J]. Cell，1990，61：759-767.

[2] Fearon ER. Molecular genetics of colorectal cancer [J]. Annu Rev Pathol，2011，6：479-507.

[3] Sharma S，Kelly TK，Jones PA. Epigenetics in cancer [J].Carcinogenesis，2010，31：27-36.

[4] Suzuki MM，Bird A. DNA methylation landscapes：provocative insights from epigenomics [J]. Nat Rev Genet，2008，9：465-476.

[5] Bestor TH. The DNA methyltransferases of mammals [J]. Hum Mol Genet，2000，9：2395-2402.

[6] Gardiner-Garden M，Frommer M. CpG islands in vertebrate genomes [J]. J Mol Biol，1987，196：261-282.

[7] Hellman A，Chess A. Gene body-specific methylation on the active X chromosome [J]. Science，2007，315：1141-1143.

[8] Comb M，Goodman HM. CpG methylation inhibits proenkephalin gene expression and binding of the transcription factor AP-2 [J]. Nucleic Acids Res，1990，18：3975-3982.

[9] Hinoue T，Weisenberger DJ，Lange CP，et al. Genome-scale analysis of aberrant DNA methylation in colorectal cancer [J]. Genome Res，2012，22（2）：271-282.

[10] McCabe MT，Lee EK，Vertino PM. A multifactorial signature of DNA sequence and polycomb binding predicts aberrant CpG island methylation [J]. Cancer Res，2009，69：282-291.

[11] Toyota M，Issa JP. CpG island methylator phenotypes in aging and cancer [J]. Semin Cancer Biol，1999，9：349-357.

[12] Fraga MF，Esteller M. Epigenetics and aging：the targets and the marks [J]. Trends Genet，2007，23：413-418.

[13] Alemayehu A，Sebova K，Fridrichova I. Redundant DNA methylation in colorectal cancers of Lynch-syndrome patients [J]. Genes Chromosomes Cancer，2008，47：906-914.

[14] Kim YH，Petko Z，Dzieciatkowski S，et al. CpG island methylation of genes accumulates during the adenoma progression step of the multistep pathogenesis of colorectal cancer [J]. Genes Chromosomes Cancer，2006，45（8）：781-789.

[15] Esteller M. Inactivation of the DNA-repair gene MGMT and the clinical response of gliomas to alkylating agents [J]. N Engl J Med，2000，343：1350-1354.

[16] Toyota M，Ahuja N，Ohe-Toyota M，et al. CpG island methylator phenotype in colorectal cancer [J]. Proc Natl Acad Sci USA，1999，96：8681-8686.

[17] Weisenberger DJ，Trinh BN，Campan M，et al. DNA methylation analysis by digital bisulfite genomic sequencing and digital methylight [J]. Nucleic Acids Res，2008，36：4689-4698.

[18] Curtin K，Slattery ML，Samowitz WS. CpG island methylation in colorectal cancer：past，present and future [J]. Patholog Res Int，2011，2011：902674.

[19] Yagi K，Akagi K，Hayashi H，et al. Three DNA methylation epigenotypes in human colorectal cancer [J]. Clin Cancer Res，2010，16：21-33.

[20] Limsui D，Vierkant RA，Tillmans LS，et al. Cigarette smoking and colorectal cancer risk by molecularly defined subtypes [J]. J Natl Cancer Inst，2010，102：1012-1022.

[21] Li M，Chen WD，Papadopoulos N，et al. Sensitive digital quantification of DNA methylation in clinical samples [J]. Nat Biotechnol，2009，27：858-863.

[22] 陈小兵，吕慧芳，曹新广，等.TIP30基因启动子甲基化与大肠癌细胞5-氟尿嘧啶化疗敏感性的关系[J].胃肠病学和肝病学杂志，2012，21（2）：133-136.

[23] Chen X，Cao X，Dong W，et al. Expression of TIP30 tumor suppressor gene is down-regulated in human colorectal carcinoma [J]. Dig Dis Sci，2010，55（8）：2219-2226.

[24] 吕慧芳，刘红亮，陈小兵.TIP30基因对大肠癌细胞HCT116生物学特性的影响[J].肿瘤防治研究，2012，39（1）：13-17.

[25] 陈小兵，马一杰，陈贝贝，等.TIP30基因启动子甲基化与大肠癌细胞奥沙利铂化疗敏感性关系的研究[J].中国医药科学，2012，24（4）：14-16.

[26] Ide T，Kitajima Y，Ohtaka K，et al. Expression of the hMLH1 gene is a possible predictor for the clinical response to 5-fluorouracil after a surgical resection in colorectal cancer [J]. Oncol Rep，2008，19：1571-1576.

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由于遗传学在生命科学中具有不可替代的重要作用，其教学方法、教学模式的探索和研究近些年倍受关注。近年来,研究性教学在各高等院校不断地被提出，黑龙江八一农垦大学生命科学学院也把研究性教学改革不断地深入到各学科教学中去。作为遗传学教师,笔者在教学过程中不断地进行着研究性教学的实践和思考。

研究性教学是在‘‘发现学习模式”和瑞士皮亚杰的“认知发展学说”的理论基础上发展起来的，其认为学生学习的过程与科学家研究的过程在本质上是一致的，强调将教学与研究结合作为大学教学的基本思想，注重提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，对培养创新型人才非常重要。研究性教学模式的核心理念是以实践中的真实问题为基础,将学生置于真实的情境中学习，培养学生的学习能力、创新能力和实践中的动手能力，增强学生对工作的适应能力，使教学与研究相统一m。研究性教学是以学生为主体,以问题为核心（PBL)去获取知识和应用知识的教学模式。研究性教学的内涵主要包括:教师把研究的思想、方法和取得的新进展引入教学活动；教师以研究的形式组织教学活动,打破原有的完整的学科逻辑和机械的顺序；学生积极参与研究之中，在研究中学习、成长，养成独立思考的气质和批判。

笔者根据研究性教学的规律及遗传学学科的特点,在教学过程中对以下几方面的问题进行了探索和实践。

1发挥学生的主动性和创造性，培养学生的思辨能力和独立思考能力

党的十指出，科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑,必须摆在国家发展全局的核心位置。要坚持走中国特色的自主创新道路,以全球视野谋划和推动创新，提高原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新的能力，更加注重协同创新。这一论述充分体现了科技创新在经济和社会发展中的重要地位,也为高等教育提出了未来人才培养的方向。大学作为本科生培养基地，肩负着培养有创新精神和实践能力的高素质人才的重大历史使命。高校毕业生的质量直接关系到一个国家科技人才的整体实力和水平,高校教师如何改革现有的教学方法和模式,培养具有学习能力、自我创新能力的大学生，是目前教育教学过程中亟待解决的问题。

研究性教学模式具有极强的实践性。研究性教学模式特别注重教学与研究相结合，理论与实际相统一。研究性教学模式不只强调背诵、理解复述和模拟,而是注重培养学生的科学思维、自主意识、团队协作精神和工作责任心,强调培养学生获取与归纳整理信息的能力、分析解决问题的能力、展示成果与表述观点的能力。创新能力的培养不可能仅依靠获得知识,很大程度上还依赖于学生的直接经验的积累，因此切实加强研究性实践教学,对提高学生的实践能力是至关重要的。创新型人才的培养目标要求学生既要学会动手又要学会动脑；因此，教师在教学过程中要树立研究性教学为主的教学观,运用正确的教学法,积极探讨、推动教学研究和改革,培养学生主动探求知识的主体精神,动手、动脑的能力和创造性思维及创造精神。研究性教学过程从讨论问题开始,需要涉猎大量的资料,课程学习本身不仅在于学习知识，还在于掌握学习知识的方法。研究性教学以学生为主体的教学模式强调了学生在学习过程中的核心地位,教师只起引导、示范、鼓励、辅导和监控的作用，这种模式可以最大限度地调动学生学习的主动性和积极性,培养学生自主学习及独立分析和解决问题的能力。在遗传学的教学过程中可以采用问题式、讨论式、互动式课堂教学,从而达到更好的教学效果，在客观上具有一定的可行性。以学生为主体的教学模式关键在于课前的认真准备和教师在课堂上的灵活调控。

2专业知识教学和实验技术教学相结合

遗传学是一门在实验基础上发展起来的学科,尤其是现代遗传学技术的突飞猛进发展和遗传学知识的大量增加,都给学生的学习带来了一定的难度。因此,遗传学采用什么样的授课方法才能使学生掌握基本知识,提高学生的创新能力一直倍受教育工作者的关注。一些遗传学教师的教学经验表明，在遗传学授课过程中，适当地讲授遗传学研究的基本实验技术和遗传学研究材料的获得方法对帮助学生理解遗传学知识是非常重要的。例如，在介绍分子标记选择辅助育种的研究进展时,对分子标记的定义、类型、发展和每种标记的用途进行讲解,对遗传学研究材料如重组自交系和近等基因系群体的构建方法及其在基因定位和育种研究中的应用等知识进行回顾,大大增强了学生对专业知识的理解。在实验技术的教学方面,应不断地给学生介绍最新技术在遗传学研究中的作用以及不同技术在某一研究领域的时效性3。在内容上,尽量安排生动丰富且易于操作的实验项目，增加一些设计性和综合性的实验项目，尤其是近期，随着表观遗传学研究的日渐深入,适当地增加该方面的实验课程对帮助学生理解基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变化等表观遗传学对生物性状的改变所起的作用，可以开展表观遗传抑制剂对细胞周期调控的分析及RNA干扰基因沉默的遗传分析等实验。

3为学生提供具有时效性、权威性和新颖性的阅读材料

随着遗传学科的快速发展,研究领域不断拓宽,新技术、新成果不断涌现,任何一部教材都难以跟上遗传学快速发展的步伐，因此必须借助网络等媒体实现知识的不断更新。在教学过程中，教师可适当地借鉴〈(Science〉〉、《Nature》以及分子细胞生物学领域的一些国际权威杂志上的综述性文章作为教学中的补充内容,使学生在学习经典遗传学理论的同时，对分子遗传学和现代遗传学的发展有更深入的理解。如在研究癌症的遗传学基础时发现,一半以上癌症的发生过程中伴有p53突变。p53在正常细胞中寿命短、含量低，与细胞周期控制、DNA修复、衰老、血管生成和细胞凋亡密切相关。当p53发生突变时,细胞逃脱正常细胞生长的限制,使突变从一代细胞传到下一代细胞,这为癌症的发育创造了条件。在给学生授课的过程中，跟踪遗传学的最新研究动态，如引入p53等遗传学研究进展，可大大激发学生学习的积极性?。表观遗传学目前也是遗传学重要的补充,如乙酰化酶家族和染色体易位、转录调控、基因沉默、细胞周期、细胞分化与增殖以及细胞凋亡相关,从而对生物体的性状产生了影响。而非编码RNA不仅能对整个染色体进行活性调节,也可对单个基因活性进行调节，它们对基因组的稳定性、细胞分裂、个体发育都有重要的作用。在教学过程中，适量增加表观遗传学的知识,可以极大地丰富学生的知识量及对科技前沿知识的认识,为提高学生的科技创新能力奠定基础。

4案例式和情境式教学相结合，激发学生内在的学习动力

案例教学法（Casemedthodteaching,CMT)是根据教学目标和培养目标的要求,在学生掌握了有关的基础知识和基本理论的基础上,教师在教学过程中选择典型案例并以恰当的形式给学生展示,把学生带入一个特定情境中，在教师的指引下由学生自己依靠其知识结构和背景,在这种案例情境中发现、分析和解决问题，培养学生运用理论知识并形成技能技巧的一种教学方法5。案例教学法最大的特点就是模拟实践经验,增强学生实践的能力。遗传学教师在注重理论知识讲授的同时,要穿插与实际生活密切相关的大量案例,培养学生分析问题和动手实践等能力。

在遗传学教学过程中，注重教学内容与人类生活及人类疾病相结合,加强学生对教学内容的认识和遗传知识的深化。在讲授单基因遗传病、多基因遗传病和染色体病时,可与临床中真实的遗传病相联系,如常见的单基因遗传性疾病一白化病、苯丙酮尿症、黑尿症、先天性聋哑、高度近视，多基因遗传性疾病一原发性高血压、支气管哮喘、冠心病、青少年型糖尿病、类风湿性关节炎、精神分裂症、癫痫、先天性心脏病，染色体遗传性疾病一“21三体”综合征、猫叫综合征等。针对这些疾病，巧妙设计引导式问题,囊括大纲要求的知识点，突出遗传学的课程特色。在该模式下的教学过程中，学生不是被动地学、记忆和理解教师所教授的知识,而是在教师的指导下,将学生置于可以从不同角度看待事物的环境，问题情境便能够吸引并维持他们的兴趣，使他们积 极寻找解决问题的方法，创造性地得出结论,从而激发学生学习的内在动力。

5加强遗传学教师师资队伍建设，为研究性教学提供人才保障

过去,很多高校过于注重结果性评价而忽视过程评价,无法对教师的研究性教学能力和学生的实践能力作出公正而又科学的评价H。目前，黑龙江八一农垦大学已经非常重视研究性教学的实施,并为此做出很多努力和尝试。遗传学作为生命科学的重要课程,其教师队伍的整体水平是制约教学效果的一个重要因素。没有一支高水平的教师队伍一切将成为空谈。为了提高研究性教学水平,学校组织教师到优秀研究性教学能手的课堂上听课,通过学习其他课程的课堂教学方法、教学模式，为遗传学更好地进行研究性教学提供了教学案例。此外,学校年轻的遗传学教师可以通过培训、进修等形式提高专业水平。最后，如果想成功地进行研究性教学，授课教师必须进行学科专业的科学研究。授课教师要随时关注遗传学领域的最新发展动向，将权威杂志中介绍这门学科研究的新概念、新发现、新思路和新方法的文献综述引入课堂。这些参考文献学术水平高、内容新、难度适中，开阔了学生的视野，对他们很有吸引力。教师只有通过科研,才能真正理解本学科教材的内在联系，把握住本学科的发展趋势,及时吸纳学科内最新科研学术成果,适时地把学生引入本学科知识和科研的前沿,引导学生在科研实践中增长才智、得到锻炼，激发学生的创造欲望，通过科研、实验等手段培养学生的创新能力。

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随着对白血病发病机制的深入研究及其治疗方案的改进,白血病的完全缓解率也有明显的提高,但仍有一部分患者最终会复发。近年来的研究发现, 白血病的复发与微小残留病密切相关。微小残留病(minimal residual disease, MRD )是指经过诱导治疗达临床缓解时，白血病患者体内残留的少量白血病细胞。对患者进行微小残留病监测对白血病的治疗和预后判断具有非常重要的意义。检测MRD的关键是寻找分子基因标志。细胞免疫表型及遗传学的异常改变在急性白血病MRD 检测中占有重要地位。令人遗憾的是，这些方法只适用于少数患者，大多数患者并不具备遗传学的预后指标。随着对急性白血病分子生物学发病机制研究的进步，人们把急性白血病的发生归结为抑癌基因和原癌基因通过遗传学和表观遗传学机制的发生异常改变［1］。DNA甲基化作为一种重要的表观遗传调控机制，其与肿瘤发生、发展以及检测相关机制的研究逐步成为研究的热点。表观遗传学生物标记（Epigenetic biomarkers），特别是DNA 甲基化相关标记检测拥有遗传学标记、抗体等标志不具备的优势。本文就MRD细胞分子遗传学的检测方法及DNA甲基化检测MRD的临床应用进行综述。

1 常用白血病MRD检测方法的研究进展

1.1 分子生物学方法：遗传学的改变，包括染色体易位/缺失、基因突变等是白血病发生的基础，其所导致的正常基因表达调控紊乱和功能异常是白血病发生的主要原因。异常的遗传学改变，已成为急性白血病临床检验资料的重要组成部分。

实时定量聚合酶链反应( RQ-PCR ) 方法结合了PCR和荧光探针两种技术，通过定量检测白血病细胞中标志性基因实时观测MRD，是目前检测MRD最为敏感的方法，灵敏度可达10-4-10-5，已成为临床实验室建立MRD检测方法的首选。其检测的基因标志包括：（1）染色体异位形成的融合基因。如t(9:22), t(15;17),inv(16), and t(8;21)，T 细胞受体（T-cell receptor ，TCR）重排等，常见的融合基因包括: TEL /AML1、BCR /ABL、E2A /PBX1、MLL /AF4等。（2）在白血病中表达增高的肿瘤基因(如PRAME、 WTI 、PRAME、NPM1、STC- 1 等基因。（3）发生突变的基因(如FLT3 /ITD)。融合基因直接反映了白血病的病理特征,他在疾病发展过程中比较稳定,以其作为PCR检测MRD的分子标志具有特异性强、敏感度高的优点［2］。但是这些检查不仅价格昂贵，其检测的标本为RNA，存在不易保存，结果不稳定的缺点。更令人遗憾的是,由于白血病是一组异质性很大的恶性血液病，各亚型之间遗传背景不同，这些遗传学基因标志只能覆盖1/3的白血病类型，还有2/3类型的白血病不具备遗传学基因标志，无法在临床上进行MRD的检测。即使联合应用多种基因仍有40%～50%的患者无法找到适当的基因标志检测MRD，使其疾病状态缺乏准确的判断依据。

1.2流式细胞术( FCM)：FCM是通过检测在正常细胞上不表达或低表达而在白血病细胞上表达或高表达的白血病相关免疫表型来定量检测MRD，能够准确定量残留白血病细胞数，并且还能了解残留白血病细胞的凋亡情况［3］。其优势是每秒可检测5 000～10 000个细胞,并能用计算机记录处理,快速地对各个细胞进行多参数定量分析,灵敏度达到10- 4。但应用此法必须要对患者初发时的免疫表型特征有详尽了解,以便选择适当的标志检测MRD。因为白血病细胞与正常细胞相比, 通常低达10- 5～10- 6, 可能低于FCM检测范围而使这种方法缺乏特异性; 而且随着病程发展, 细胞表面的抗原发生改变, 会导致假阴性结果。

2 异常DNA甲基化检测白血病MRD的临床研究进展

DNA甲基化是指在DNA序列不变的情况下，通过影响基因转录活性以调控基因的表达。DNA甲基化作为一种表观遗传学改变与白血病的发生密切相关，在不改变遗传信息的前提下导致细胞遗传特性改变，作为肿瘤性疾病"二次打击"经典假说的重要补充，已成为白血病研究的新热点。DNA异常高甲基化导致抑癌基因的失活在白血病发生发展、诊断、监测微小残留病、预测病情以及指导治疗方面都有重要作用，这些表观遗传学标志作为MRD监测标志物的临床研究逐渐引起大家的关注。

P15基因甲基化与白血病的关系目前研究最为深入。73%～93%的急性髓系白血病(AML)和57%的急性淋巴细胞白血病(ALL)患者发生p15基因高甲基化，且持续p15基因高甲基化预示疾病复发。与p15基因甲基化患者相比，p15基因非甲基化患者5年DFS明显延长（15% v 62.5%；p＝0.02）［4］。

Au等［5］检测了l7例t-MDS/AMI 患者，l5例存在pl5甲基化。其中5例在发展为治疗相关的t-MDS/AML前即已存在pl5甲基化，最早为两年前。提示pl5甲基化发生在t-MDS/AMI 早期，检测p15甲基化有助于判断预后、指导治疗。在一组65例急性早幼粒细胞白血病的研究中，31例存在p15甲基化的患者5年无病生存率仅为29．64％ ，显著低于34例无甲基化的患者79%。p15基因甲基化与预后不良相关。

Id4和zo-1是我室新发现的两个血液系统相关候选基因，并对其在白血病发生、复发中的作用及应用于MRD检测进行了系列基础与临床研究。

采用MS-PCR的方法对完全缓解期白血病患者骨髓标本检测id4基因甲基化状态，结果发现：（1）58例完全缓解的急性白血病人MRD的检出率为41%，MRD阳性的患者12个月内复发率为62.5%，而非甲基化的患者12个月内复发率仅为10%。（2）16例异基因外周血干细胞移植后的白血病患者中，5例检测到MRD的患者中有4例在1年的随访期出现复发，而11例移植后MRD持续阴性的患者无一例复发。

研究对26例完全缓解的急性白血病患者进行zo-1基因甲基化检测，MRD检出率为34.6%，MRD阳性的患者12个月内复发率为57.1%，而非甲基化的患者12个月内复发率仅为15.4%，MRD阳性病人复发率明显高于阴性者。Id4和zo-1基因甲基化检测可能成为急性白血病新的生物标记用于预测疾病的预后以及复发。

随着PCR 技术的进步，将实时定量PCR（real-time PCR）与MSP 结合提高了甲基化分析检测的特异性和敏感性。高敏感性的甲基化定量PCR为MRD检测开辟了另一种解决方法。甲基化定量水平的变化对于细胞修复、肿瘤预后、肿瘤化疗后的耐药等提供了新的研究指标，可以从另一个层面上揭示其发生机制。因此，甲基化定量PCR技术被应用与临床各领域的研究。

Shuchi等［6］以启动子区高甲基化状态的雌激素受体α（estrogen receptor α;ER-α）和 p15INT4B 基因做为MRD标志，采用定量甲基化特异性PCR对180例急性白血病患者骨髓标本进行检测，结果发现：（1）临床缓解期的AML患者中, ER-α和p15INT4B基因启动子区呈现高甲基化状态的患者较低甲基化状态的患者有更高的复发风险，而且ER-α和p15INT4B基因启动子区甲基化水平的增高与患者无病生存期（disease free survival,DFS）缩短有明显相关性。（2）对5名儿童ALL患者ER-α基因启动子区甲基化程度进行了自诱导缓解后的追踪检测，结果提示疾病复发状态较缓解状态ER-α基因启动子甲基化水平增加。其结果与目前常用的MRD监测标志TCR/免疫球蛋白重排水平结果基本一致。

另一研究以启动子区高甲基化状态的p73、p15、p57KIP2基因为MRD标志，通过对199例Ph染色体和MLL阴性的处于完全缓解状态（complete remission,CR）的成人ALL标本进行定量甲基化特异性PCR检测，研究结果提示p73基因启动子区甲基化水平与第一次CR持续时间及无病生存期（DFS）及总生存期（overall survival, OS）缩短间有显著相关性［7］。因此，特定基因的定量甲基化PCR检测有可能成为一种评估急性白血病复发风险及MRD检测的有效手段。

结语

白血病作为一种恶性肿瘤，复发是影响其患者生存的主要问题。患者体内白血病微量残留病是复发的主要根源，对患者进行微量残留病监测在白血病的治疗和预后判断中具有非常重要的意义。遗憾的是，由于绝大多数患者缺乏明确的遗传标记作为早期检测和准确评估MRD的标志，在临床上常因治疗不足导致疾病复发或治疗过度引起严重并发症，绝大多数患者在发病后1~3年内死亡。因此，要在白血病MRD早期检测和指导治疗上有所突破，就必须寻找能够早期诊断白血病MRD的特异性强、通用性好的分子标志物。DNA 甲基化作为肿瘤相关标记，与遗传学标记、细胞表面抗体等标志具有更多的优势。首先，临床常规的肿瘤标记检测以蛋白或者RNA为对象，必须采集新鲜样本以确定检测结果的准确性。而甲基化检测则以DNA 为样本，很容易从各种体液中，甚至石蜡包埋组织中得到，极大地扩展了研究资源。其次，甲基化以DNA作为研究对象，较RNA 和蛋白更稳定，更容易保存。进而保证了检测结果的可靠性。因此，DNA甲基化定量水平的变化对于肿瘤预后、肿瘤化疗后的耐药等提供了新的研究指标，可以从另一个层面上揭示其发生机制。

参考文献

［1］ KrugU, GanserA, KoefflerHP. Tumor suppressor genes nnormal and m alignant hematopoiesis. Oncogene 2002; 21: 3475-95.

［2］ Mitelman F, Johansson B, Mertens F. The impact of translocations and gene fusions on cancer causation. Nat Rev Cancer, 2007, 7:233-245.

［3］ Szczepaski T, van der Velden VH, van Dongen JJ. Flow-cytometric immunophenotyping of normal and m alignant lymphocytes. Clin Chem Lab Med, 2006, 44: 775-796.

［4］ Teofili L, Martini M, Luongo M, et al. Hypermethylation of CpG islands in the promoter region of p15(INK4b) in acute promyelocytic leukemia represses p15(INK4b) expression and correlates with poor prognosis. Leukemia 2003;17:919-24.

［5］ Christiansen DH, Andersen MK, Pedersen-Bjergaard J. Methylation ofp15INK4B is common, is associated with deletion of genes on chromosome arm 7q and predicts a poor prognosis in therapy-related myelodysplasiaandacute myeloid leukemia. Leukemia 2003;17: 1813-9.

［6］ Shuchi A, Matthias U, Steffen K, et al. DNA Methylation of TumorSuppressor Genes in Clinical Remission Predicts the Relapse Risk in Acute Myeloid Leukemia. Cancer Res 2007 ,Feb,671: 1370-1377.

篇7

    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。

篇8

【关键词】早期经验；幼儿；表观遗传学；大脑结构发育

【中图分类号】G610 【文献标识码】A 【文章编号】1004-4604（2017）03-0027-06

科学家发现，在基因组中除DNA和RNA序列外，还存在其他能够调控基因的信息。虽然这些信息无法改变基因序列，但可以通过其他方式影响和调节遗传基因的功能和特性，并通过发育和细胞增殖过程稳定传递这些功能和特性，这就是表观遗传。表观遗传学是研究在基因DNA序列不发生改变的情况下，基因表达的可遗传变化。换言之，可将其理解为环境因素与遗传因素之间的相互作用，即生活环境与经验对个体基因表达的影响。科学家运用表观遗传学来解释为何环境、饮食等外在因素可以改变生物体的表现型，甚至改变基因型。

大脑发育对早期经验和环境非常敏感，其结构的成熟和基础功能的好坏取决于发育时期的主观和客观环境。生理活动创造的经验会强烈影响大脑的结构，也极大地影响着由基因调控的神经细胞的化学变化。〔1〕研究显示，有早期不良经验的儿童在大脑容量、大脑皮层发育和大脑结构方面都与无早期不良经验的儿童有着显著差异。〔2〕生理活动创造的经验会导致表观遗传的变化，控制神经细胞中基因的表达。〔3〕早期经验对幼儿大脑结构发育的影响详述如下。

一、社会信息获得

幼儿与抚养者的交流，是其社会性发展的重要途径之一。幼儿通过与抚养者交流来获得社会信息，并逐渐学会情绪辨别。研究表明，幼儿在出生后的0～3个月里就已经形成社会和情绪脑机制的核心脑区，〔4〕且在此后的一段时间里会继续发生改变。

幼儿对外界刺激的学习可以促进大脑高级功能的发育。例如，观察卡通面孔或类似视觉组合符号，能够激活右半球，有利于幼儿脑内视觉系统与边缘系统的整合。〔5〕这种整合可以促进幼儿情绪能力及处理其他视觉刺激类型能力的发展。〔6〕同时，儿童期是大脑网络区域合作和功能连通性发展的关键时期。神经连通性方面的缺陷对于解释学习困难和自闭症有重要意义。〔7〕

二、师幼关系

新近的科学研究揭示了情感发展依赖于多个脑区中复杂的神经回路的形成、成熟和相互关联，包括前额叶皮层、边缘系统、基底前脑、杏仁核、下丘脑和脑干等。这些包含了情感调节的脑回路又和那些与“执行功能”（如计划、判断和决策等）相关的脑回路相互影响。良好的情感会增强执行功能，反之则会削弱。〔8〕随着幼儿的发展，其情感经验会被逐渐内化到其大脑结构之中。

研究发现，幼儿与教师之间安全的依恋关系，能促进其认知发展，提高其注意能力和阅读技能。若幼儿与教师没有建立正常的依恋关系，则会影响其认知发展。例如，未与教师建立正常依恋关系的幼儿往往表现出较弱的口头表达能力、计算能力和言语理解能力，且在总体学术成就上落后于师幼间依恋关系良好的幼儿。〔9〕教师的情感支持会对幼儿的大脑发育造成影响。对幼儿唾液中的皮质醇含量和α-淀粉酶测定发现，较低教师情感支持的幼儿可能处于慢性应激状态，其HPA轴（下丘脑-垂体-肾上腺轴）与交感神经系统活动均比有较高教师情感支持的幼儿强，显示其紧张和压力程度较后者高。〔10〕

三、抚养者抑郁

抚养者抑郁会影响亲子关系，危害幼儿的健康成长，尤其是长期和严重的母亲抑郁。

幼儿与成人之间的互动，就像乒乓球中的发球和接球，是经验积累的有效途径。〔11〕例如，当婴儿牙牙学语时，成人用眼神、手势或语言予以恰当回应，这将会让婴儿在大脑中建立相应链接，从而达到支持和强化其交流和社会技能发展的目的。一旦抑郁影响了抚养者为婴幼儿及时提供恰当回应的能力，婴儿大脑中本该形成的链接将无法建立。可以说，是否生活在一个能够得到恰当回应的环境里，决定了婴幼儿大脑结构发展的强弱，这是个体以后学习和行为发展的基础。

神经科学研究表明，当母亲有慢性抑郁症时，会通过两种病态的养育模式破坏亲子间的“发球和接球互动”：敌意-侵入模式和脱离-沉默模式。〔12〕处于敌意或侵入状态的母亲看似在以某种方式“发球”，却会使幼儿的“接球”变得困难。相反，若母亲是脱离和撤退的，幼儿则会成为发球者，而母亲却没有接球。在以上两种情况中，患抑郁症的母亲都不能为幼儿提供积极、和谐的互动，将对幼儿的大脑结构发展产生不利影响。一旦亲子间建立起的是一种消极互动，即使随后母亲的抑郁情绪有所改善，这种互动模式也将持续，并可能使幼儿和其他重要成人间也产生消极的互动。〔13〕

除母亲等抚养者外，幼儿园教师作为幼儿在幼儿园的主要接触者，其抑郁也会对幼儿的大脑结构发育造成显著影响。研究表明，教师的抑郁程度与幼儿在园内表现出的行为问题次数呈显著正相关。〔14〕

四、虐待与忽视

婴儿在6～12个月时就有了恐惧体验并具有将恐惧从其他情绪中区分开来的能力。如果幼儿生长在父母有心理健康问题、药物滥用、家庭暴力或社区暴力的环境中，又或初入幼儿园时适应困难，但被幼儿园教师忽视、责骂等，都会使幼儿出现持续恐惧和焦虑情绪，情感发展会受到很大威胁。〔15〕研究表明，消极经验，如虐待和暴力等，会导致幼儿产生恐惧和慢性焦虑情绪。如若这种压力反应系统长期被激活，会导致其恐惧和慢性焦虑情绪过载。幼年的持久恐惧和慢性焦虑可以通过扰乱大脑的发展架构而造成终身的不良后果。〔16〕持续恐惧和焦虑还会削弱幼儿感知和回应威胁的能力，使其失去区分安全和危险的能力，严重的焦虑和恐惧还会影响幼儿的学习能力和执行功能发展。

1.虐待

幼儿遭遇的虐待主要有：（1）身体虐待，如殴打、体罚。（2）精神虐待，如言语攻击。（3）待。任何类型的虐待都会对幼儿的大脑发育带来负面影响，如家庭暴力、社区暴力和幼儿园虐待等。

在教师辱骂中成长的幼儿，其表情加工能力往往出现异常，对负性情绪更加敏感。幼儿和易怒、有攻击性的抚养者或教育者互动，容易产生恐惧和焦虑情绪，可能导致潜在的应激有害化学物质增加。〔17〕这种反复出现的生理反应不仅会影响幼儿大脑发育，阻滞幼儿的学习能力发展，增加情感障碍的风险，〔18〕而且可能造成器质性、生理功能性损伤，导致幼儿情绪紧张、认知功能低下，出现心理障碍。〔19〕对遭遇过待或有其他童年受虐待经验的儿童进行的磁共振扫描发现，其海马、胼胝体及额叶的体积减小，这些脑区结构和功能的改变会影响儿童的学习、记忆、情绪控制、同伴交往及左右半球的信息传递。〔20〕

研究者对虐待影响大脑发育的原因做了解释：虐待导致幼儿长期处于高压状态，造成有关焦虑反应和恐惧反应的神经回路和相关脑区被经常激活，使得这些神经回路和脑区过度发育，而其他功能的神经回路和脑区则出现发展延缓现象。〔21〕同时，虐待还会导致皮质醇受体的数量减少，致使下丘脑和垂体收到的反馈信息减少，增加了促皮质素释放因子（CRF）的释放，延长了压力反应。〔22〕

有童年受虐待经验的父母在养育子女时常会表现出虐待行为。研究发现，有儿童期受虐待验的成年人右侧腹外侧前额叶体积较小，且功能受到损害，导致这些成人容易出现情绪失调和攻击性，增加出现虐待行为的概率。〔23〕

2.忽视

忽视是指照看者对幼儿缺少照看，包括缺乏对幼儿健康和教育的关注、缺乏情感支持、无视幼儿生理需求的满足及危险的防护等。〔24〕忽视现象不仅会发生在家庭中，幼儿园里也会产生不同程度的忽视问题。研究表明，忽视对幼儿造成的心理伤害并不亚于其他形式的虐待，其“潜在影响可能是由长期的、弥漫性的、自然的疏忽而产生的。它可能反映出整个家庭、幼儿园功能紊乱的一般性水平”。〔25〕

忽视可能会导致幼儿大脑器质性的损伤，同时被忽视的经验会导致大脑结构异常，如造成胼胝体缩小。〔26〕Perry 等人发现，受忽视幼儿会出现大脑脑室增大及皮层萎缩现象。〔27〕遭受严重忽视的幼儿，其大脑皮质、边缘系统及中脑的结构会出现发育异常，全脑明显小于正常幼儿。〔28〕这些被忽视的幼儿对负性情绪更加敏感，并缺乏情绪控制技巧。〔29〕一些因为被忽视而遭受饥饿、寒冷的幼儿，因为需要集中精力关注自己的生存情况而导致压力反应系统发育异常，进而造成学习、记忆、情绪认知等能力的受损。〔30〕

五、幼儿学习和游戏经验

重复高度紧张的经验会导致表观遗传的变化，从而损伤逆境管理系统。而积极的环境和丰富的学习经验则会使个体产生积极的表观遗传标记，激活基因潜力。积极学习经验会刺激与激活大脑语言、记忆等回路，进而促使表观遗传变化，提高学习能力。例如，有关幼儿语言学习的研究发现，语言是大脑不同系统协作的共同机能，幼儿在1～3岁时语法信息加工能力的不断提高会促使大脑左半球后部得到更好的发展。〔31〕幼儿早期接受艺术教育也会刺激大脑突触发育并刺激左右半球连接，进而促使全脑均衡发展。〔32〕虽然随着年龄的增长，新的经验会继续改变表观基因组，但胎儿和婴儿时的经验可以对脑部结构产生重大影响并持续一生。〔33〕个体的基因表达实际上受很多环境因素的影响。在幼儿的早期发展中，基因的表达处于一种不定时、不定位会发生改变的开放性状态，因而为幼儿提供积极学习经验是非常必要的。

游戏是幼儿早期的主要活动和经验，是幼儿表达自我的方式。幼儿通过游戏感知外部世界，并在相互作用中获得外界的第一手资料。大脑具有高度的经验可塑性。游戏可促进幼儿音乐、美术、语言、运动、思维、执行功能等认知能力及其对应脑功能的发展，对与情绪发展相关的神经回路的建立也有重要作用。

从表观遗传学视角看，除上述早期经验可直接影响大脑结构的发育外，还有一些因素会间接影响大脑结构发育，如家庭贫富、社会支持、抚养者受教育水平等。

六、对不良早期经验的预防和干预

综上所述，早期经验可以修改表观基因组，影响大脑结构的发育。积极的早期经验有助于大脑结构的发育和其他社会能力的发展。不良的早期经验不仅会损害大脑结构发育，而且会影响幼儿的环境适应和人际交往能力，故应做好早期预防和干预工作，从源头上阻止不良经验对大脑结构及功能的伤害。此外，以往认为不良早期经验造成的表观基因组的改变是永久的，但近来有动物实验表明，一些类型的表观遗传基因在一定情况下能够逆转。〔34〕这些研究为不良早期经验的干预和治疗提供了支持。

1.创建安全友好的居住环境

在生命早期，慢性和强烈的恐惧会影响压力反应系统的发展和情绪记忆的处理。早期暴露于极可怕的事件下（如受虐待等），会严重影响大脑的发育。尤其是随着时间的推移不断重复发生的可怕事件，很有可能影响幼儿的学习、问题解决及与他人交流能力的发展。因此，为幼儿提供一个安全友好的居住环境，让幼儿远离暴力和恐怖事件，有助于幼儿大脑的发育和学习能力的发展。

2.关注抚养者的心理健康并为其提供专业指导

抚养者有严重的心理健康问题，对幼儿的负面影响比患有生理疾病的影响更大。有研究表明，母亲的抑郁在胎儿出生前就会影响胎儿的大脑发育。抑郁的母亲在怀孕期间会产生高水平的应激化学物质，减缓胎儿生长并增加流产风险，降低胎儿出生后的免疫功能。〔35〕因此，要更多关注抚养者的心理健康，对已有问题进行及时干预。

3.加强幼儿园教师的培养与管理

教师是除抚养者外幼儿接触最多的人。作为幼儿的主要教育者，教师不仅需要专业技能，还需为幼儿建设积极健康的成长环境，为其脑结构和功能的发展创造条件。因此，关注幼儿园教师的心理健康问题很有必要。幼儿园教师要有健康的心理状态，能够及时觉察自己的消极情绪，如愤怒、抑郁等，并能控制自己的消极情绪，以避免对幼儿造成身体伤害和心理伤害。对有过激行为倾向（如虐待幼儿、打骂或忽视幼儿等）的教师，应及早进行心理干预，杜绝因教师的心理健康问题对幼儿大脑发展可能造成的伤害。

〔13〕SEIFER R， DICKSTEIN S， SAMEROFF A J.Infant mental health and variability of parental depression symptoms〔J〕.Journal of the American Academy of Child & Adolescent Psychiatry，2001，40（12）：1375-1382.

〔14〕JEON L，BUETTNER C K，SNYDER A R.Pathways from teacher depression and child-care quality to child behavioral problems〔J〕.Journal of Consulting & Clinical Psychology，2014，82（2）：225-235.

〔15〕NELOSON C A，HAAN M D.Neural correlates of infants’ visual responsiveness to facial expressions of emotion〔J〕.Developmental Psychobiology，1996，29（7）：577-595.

〔16〕National Scientific Council on the Developing Child.Persistent fear and anxiety can affect young children’s learning and development：Working paper No.9〔EB/OL〕.〔2016-11-06〕.http：//developingchild.harvard.edu.

〔17〕DAWSON G， ASHMAN S. On the origins of a vulnerability to depression：The influence of the early social environment on the development of psychobiological systems related to risk for affective disorder〔J〕.The Minnesota Symposia on Child Psychology，2000，（31）：245-279.

〔18〕National Scientific Council on the Developing Child.Excessive stress disrupts the architecture of the developing brain：Working paper No.3 updated edition〔EB/OL〕.〔2016-11-05〕.http：//developingchild.harvard.edu.

〔19〕李梅.幼涸啊芭巴”事件探析〔J〕.山东警察学院学报，2013，25（2）：79-88.

〔20〕BURRUS C.Developmental trajectories of abuse-

an hypothesis for the effects of early childhood maltreatment on dorsolateral prefrontal cortical development〔J〕. Medical Hypotheses，2013，81（5）：826-829.

〔21〕〔28〕〔30〕PEREZ C，WIDOM C.Childhood victimization and long-term intellectual and academic outcomes〔J〕.Child Abuse & Neglect，1994，18（8）：617-633.

〔22〕TWARDOSZ S，LUTZKER J R.Child maltreatment and the developing brain：A review of neuroscience perspectives〔J〕.Aggression & Violent Behavior，2010，15（1）：59-68.

〔23〕MORANDOTTI N，DIMA D， JOGIA J，et al.Childhood abuse is associated with structural impairment in the ventrolateral prefrontal cortex and aggressiveness in patients with borderline personality disorder〔J〕.Psychiatry Research，2013，213（1）：18-23.

〔24〕DUBOWITZ H， BENNETT S. Physical abuse and neglect of children〔J〕.Lancet，2007，369：1891-1899.

〔25〕O’CONNOR H T.Parenting and child development in “nontraditional” families〔J〕.Journal of Child Psychology & Psychiatry，1999，43（4）：548-549.

〔26〕HORNOR G. Child neglect： Assessment and intervention〔J〕.Journal of Pediatric Health Care Official Publication of National Association of Pediatric Nurse Associates & Practitioners，2014，28（2）：186-192.

〔27〕金N灿，刘艳，陈丽.社会负性环境对流动和留守儿童问题行为的影响：亲子和同伴关系的调节作用〔J〕.心理科学，2012，（5）：1119-1125.

〔29〕SHIPMAN K， EDWARDS A， BROWN A， et al.Managing emotion in a maltreating context：A pilot study examining child neglect〔J〕.Child Abuse & Neglect，2005，29（9）：1015-1029.

〔31〕王成刚.脑科学视野中的儿童早期教育〔D〕.上海：上海师范大学，2005.

〔32〕苏丹.幼儿早期创意美术教育研究与实践〔D〕.杭州：中国美术学院，2014.

〔33〕ROTH T L，LUBIN F D，FUNK A J，et al.Lasting epigenetic influence of early-life adversity on the BDNF gene〔J〕.Biological Psychiatry，2009，65（9）：760-769.

〔34〕CHAMPAGNE F A， CURLEY J P. Epigenetic mechanisms mediating the long-term effects of maternal care on development〔J〕.Neuroscience & Biobehavioral Reviews，2009，33（4）：593-600.

〔35〕DIEGO M A， FIELD T， HERNANDEZ-REIF M，et al.Prenatal depression restricts fetal growth〔J〕.Early Human Development，2009，85（1）：65-70.

〔36〕AMY B D. Handbook of attachment： Theory， research，and clinical applications〔J〕.Infant Mental Health Journal，1999，25（1）：77-78.

篇9

15－hmC的分布及检测

近些年科学家发现5－hmC在某些类型细胞中大量存在，包括胚胎干细胞。与此同时，越来越多的研究表明，Tet家族的蛋白可以将5－mC转化成5－hmC，具有重要的生物功能。为了进一步了解5－hmC的功能，研究人员分析了它在基因组中的分布。

1．15－hmC在胚胎干细胞中的分布

美国波士顿儿童医院等机构的研究人员［1］开发出两种方法来分析5－hmC的基因组定位。研究人员对小鼠胚胎干细胞中包含5－hmC的片段进行高通量测序发现，片段主要集中在外显子和转录起始位点附近，5－hmC尤其集中在启动子含有组蛋白H3第27号位赖氨酸三甲基化(H3K27me3)和组蛋白H3第四号位4赖氨酸三甲基化(H3K4me3)这两个标记的基因起始位点。这表明，5－hmC可能在转录调控中发挥作用，并且5－hmC和5－mC有着不同的转录调节作用。此外，美国加利福尼亚大学的研究人员［2］绘制出了第一张人类胚胎干细胞中5－hmC的基因组分布图，发现5－hmC集中在增强子以及基因本身，提示了5－hmC在基因调控中的潜在作用。

1．25－hmC在大脑中的分布

2009年，KriaucionisS等［3］通过高效液相色谱以及质谱的方法首次发现5－hmC在神经元以及大脑中有分布。此后，Jin等［4］进一步研究了5－hmC在大脑中的分布及含量。

1．35－hmC的检测

之前的技术只能够鉴定出基因组DNA中的5－mC，却无法区分5－mC和5－hmC。现在NEB公司研发了一种基于酶的方案解决了这一问题。这一方法包括多种甲基化依赖的限制性内切酶(MspJI、FspEI和LpnPI)，它们从整个基因组上切下32bp的片段，利用T4β－葡萄糖基转移酶(T4－BGT)在5－hmC的羟基上添加葡萄糖，从而区分5－mC和5－hmC。当5－hmC出现在CCGG的背景下，这种修饰将一个可切割的MspI位点转化成不可切割的。此外，这种方法还能与现有的分析技术兼容，能够扩展为高通量。

25－hmC与Tet蛋白

Tet蛋白是重新编程已经分化的细胞的一种重要功能蛋白，人类和小鼠都拥有Tet蛋白。Tet家族的蛋白主要有Tet1、Tet2和Tet3。之前的研究发现Tet1蛋白可以帮助干细胞自我更新并保持多潜能状态。越来越多的研究已经证明Tet蛋白可以催化5－mC氧化形成5－hmC。

2．15－hmC含量的动态调节

来自剑桥大学的科研人员［5］发现基因组中大部分5－hmC的形成依赖于之前存在的5－mC。在Tet蛋白作用下5－hmC和5－mC的含量会保持一种相对平衡，将Tet1和Tet2抑制后这种平衡会打破并导致一系列基因的表达水平发生变化。

2．25－hmC与转录调控

由于5－hmC主要分布在增强子和转录起始位点附近，因而它对基因的转录有很大影响，而5－hmC的含量又受到Tet蛋白的调节，因此Tet蛋白和5－hmC与基因的表达调控有很大关系，特别是在干细胞中，这一影响会决定干细胞的分化程度。美国北卡罗来纳大学张毅［6，7］的一些列成果证实Tet1蛋白能调控CpG富集启动子处的DNA甲基化与羟甲基化水平，进而能促进干细胞中与多能性相关的因子的转录，使干细胞保持多能性。我国复旦大学的研究人员［8］也揭示了Tet1在DNA甲基化与羟甲基化动态平衡及基因表达调控等方面的作用。除了Tet1，Tet2也能通过调节5－hmC和5－mC的含量进而影响基因的转录水平。哈佛大学医学院的Rao［9］报道，发生Tet2突变的骨髓瘤基因组DNA中5－hmC水平降低。由此可见，5－hmC对于基因的转录调控以及生物体维持正常的生物学功能都是必须的。

篇10

细菌遗传学的研究已经随着基因组测序技术的发展而发生变革，这不仅使我们能够获得更多临床和工业上重要细菌的基因信息，也开辟了比较基因组学研究。目前，细菌遗传学的研究结果进一步加强了相关技术的发展，并能够引发基因组中不同组成的功能和相互作用之间的讨论。这些发展加速了对于定量深度测序技术的广泛应用。同时，通过强大的技术以及细菌进化和适应性的多层面研究能够将比较基因组学与功能基因组学提升到一个前所未有的规模。这本书还提出了通过基因组学技术检测细菌的适应性，重点阐述了数据分析与诠释。本书中涉及的大部分资料来自本领域最新的重要文献，这也是在前沿及快速增长的细菌研究领域最强有力的工具。

本书共分6章：1.引言：细菌基因组及基因表达；2.在Sanger测序时代的比较基因组学，分别介绍了细菌基因组的组装与诠释过程、个别案例介绍、基因组大小、编码密度、基因顺序的保留等；3.通过微阵列芯片研究细菌基因组变化， 主要由浅入深介绍DNA微阵列芯片技术的原理、应用以及数据的分析，并通过案例分析介绍比较基因组杂交技术；4.应用下一代测序技术的细菌基因组学研究，介绍了下一代测序技术的原理和数据处理过程，并通过五个细菌基因组测序案例来进行分析；5.细菌基因表达与调控的大规模基因组分析，本章通过介绍基因表达与调控的基本原理和技术，引入下一代测序技术在基因表达和调控中的作用与应用。同时，也通过七个案例详细描述了此研究目前在细菌基因组中的应用；6.在细菌中的DNA甲基化：一例细菌表观遗传学案例，主要介绍了细菌中的DNA甲基转移酶，在基因组中识别DNA甲基化，以及单细胞实时测序技术在检测DNA甲基化中的应用。

本书详细阐述了目前基因组技术在细菌适应性研究上的应用，提供了详细的宏基因组技术方案和细菌基因表达工具。本书的写作深入浅出、通俗易懂，不仅列举了大量的研究实例，还囊括了大量清晰的图片和注释，力求既能涵盖全面的细菌基因组学知识，又能反映现阶段基因组学研究的进展。本书既满足各高等学校微生物类、生物类、生物工程类学科本科教学的需求，同时也满足不同层次和其他相关专业研究生的教学需要。

马雪征，助理研究员

（中国检验检疫科学研究院，卫生检疫研究所）