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表觀遺傳學研究范文1
1 dna甲基化和組蛋白乙酰化
1.1 dna甲基化 dna甲基化是指在dna復制以后，在dna甲基化酶的作用下，將s-腺苷甲硫氨酸分子上的甲基轉移到dna分子中胞嘧啶殘基的第5位碳原子上，隨著甲基向dna分子的引入，改變了dna分子的構象，直接或通過序列特異性甲基化蛋白、甲基化結合蛋白間接影響轉錄因子與基因調控區的結合。目前發現的dna甲基化酶有兩種：一種是維持甲基轉移酶；另一種是重新甲基轉移酶。
1.2 組蛋白乙酰化 染色質的基本單位為核小體，核小體是由組蛋白八聚體和dna纏繞而成。組蛋白乙酰化是表觀遺傳學修飾的另一主要方式，它屬于一種可逆的動態過程。
1.3 dna甲基化與組蛋白乙酰化的關系 由于組蛋白去乙酰化和dna甲基化一樣，可以導致基因沉默，學者們認為兩者之間存在串擾現象。
2 表觀遺傳學修飾與惡性腫瘤耐藥
2.1 基因下調導致耐藥 在惡性腫瘤中有一些抑癌基因和凋亡信號通路的基因通過表觀遺傳學修飾的機制下調，并與化療耐藥有關。其中研究比較確切的一個基因是hmlh1，它編碼dna錯配修復酶。此外，由于表觀遺傳學修飾造成下調的基因，均可導致惡性腫瘤耐藥。
2.2 基因上調導致耐藥 在惡性腫瘤中，表觀遺傳學修飾的改變也可導致一些基因的上調，包括與細胞增殖和存活相關的基因。上調基因fancf編碼一種相對分子質量為42000的蛋白質，與腫瘤的易感性相關。2003年，taniguchi等證實在卵巢惡性腫瘤獲得耐藥的過程中，fancf基因發生dna去甲基化和重新表達。另一個上調基因synuclein-γ與腫瘤轉移密切相關。同樣，由表觀遺傳學修飾導致的mdr-1基因的上調也參與卵巢惡性腫瘤耐藥的形成。
3 表觀遺傳學修飾機制在腫瘤治療中的應用
3.1 dna甲基化抑制劑 目前了解最深入的甲基化抑制劑是5-氮雜脫氧胞苷（5-aza-dc）。較5-氮雜胞苷（5-aza-c）相比，5-aza-dc首先插入dna，細胞毒性比較低，并且能夠逆轉組蛋白八聚體中h3的第9位賴氨酸的甲基化。有關5-aza-dc治療卵巢惡性腫瘤的體外實驗研究結果表明，它能夠恢復一些沉默基因的表達，并且可以恢復對順柏的敏感性，其中最引人注目的是hmlh1基因。有關地西他濱（dac）治療的臨床試驗，研究結果顯示，結果顯示：dac是一種有效的治療耐藥性復發性惡性腫瘤的藥物。
3.2 hdac抑制劑 由于組蛋白去乙酰化是基因沉默的另一機制，使用hdac抑制劑（hdaci）是使表觀遺傳學修飾的基因重新表達的又一策略。根據化學結構，可將hdaci分為短鏈脂肪酸類、氯肟酸類、環形肽類、苯酸胺類等4類。丁酸苯酯（pb）和丙戊酸（vpa）屬短鏈脂肪酸類。pb是臨床前研究最深入的一種hdaci，在包括卵巢惡性腫瘤在內的實體腫瘤（21例）ⅰ期臨床試驗中有3例患者分別有4~7個月的腫瘤無進展期，其不良反應是短期記憶缺失、意識障礙、眩暈、嘔吐。因此，其臨床有效性仍有待于進一步在ⅰ、ⅱ期臨床試驗中確定。在vpa的臨床試驗中，kuendgen等在對不同類型血液系統腫瘤中使用vpa進行了ⅱ期臨床試驗，結果顯示，不同的患者有效率差異甚遠。辛二酰苯胺異羥肟酸（saha）是氯肟酸類中研究較深入的一種hdaci。其研究表明，體內使用安全劑量saha時，可有效抑制生物靶點，發揮抗腫瘤活性。大量體外研究結果顯示，聯合使用dna甲基化抑制劑和hdaci會起到更明顯的協同作用。
3.3 逆轉耐藥的治療 balch等使用甲基化抑制劑—5-aza-dc或zebularine處理卵巢惡性腫瘤順柏耐藥細胞后給予順柏治療，發現此細胞對順柏的敏感性分別增加5、16倍。在臨床試驗中，oki等將dac和伊馬替尼（imatinib）聯合使用治療白血病耐藥患者，結果說明，應用表觀遺傳學機制治療惡性腫瘤確實可以對化療藥物起到增敏作用，并且在一定范圍內其療效與體內表觀遺傳學的改變呈正比。kuendgen和pilatrino等對hdaci和化療藥物的給藥順序進行研究，結果顯示，在使用vpa達到一定血清濃度時加用全反式維甲酸可增加復發性髓性白血病和骨髓增生異常綜合征患者的臨床緩解率，這可能與vpa引起的表觀遺傳學改變增加患者對藥物的敏感性有關。
4 展望
總的來說，應用表觀遺傳學修飾機制治療腫瘤具有良好的應用前景，與傳統化療藥物聯合來逆轉耐藥，將給攻克惡性腫瘤等疾病帶來新的希望。
參 考 文 獻
表觀遺傳學研究范文2
關鍵詞 表觀遺傳 高中生物 科學的本質 生命觀念
中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 A
表觀遺傳學為人們理解遺傳現象提供了全新的視角，成為“后基因組”時代的重要研究內容之一。同時，表觀遺傳學作為一個前沿領域，將是高中生物課程內容的一部分。如何在高中課程中實現其教育價值，對教育工作者又提出了新的要求。
1 表觀遺傳學：從“意外”發展而來的科學領域
“眾所周知，DNA是生命的基本遺傳物質，但令人怦然心動的是，你可以繼承的不僅僅只有DNA序列，還有表觀遺傳信息。”表觀遺傳學是從對經典遺傳學理論無法解釋的“意外”現象的探索中發展起來的，這也使表觀遺傳學的研究格外令人著迷。
經典遺傳學認為，遺傳信息儲存于核酸序列中，并通過生殖將遺傳信息傳遞給下一代。它所揭示的“基因型決定表型”的遺傳模式被廣泛認知。然而，不符合此模式的遺傳現象卻一直困擾著遺傳學研究者們。作為遺傳信息完全相同的同卵雙胞胎為什么會在成長發育過程中表現出不盡相同的外表特征？在生物體的發育過程中，雖然每個細胞擁有相同的遺傳物質，為什么它們卻遵循高度的時空特異性，從而分化為不同的組織？在過去的30年中，隨著對DNA甲基化、組蛋白修飾、X染色體失活、基因組印記以及非編碼RNA等領域的不斷深入研究，許多困惑科學家已久的遺傳學問題得到了解釋，表觀遺傳學也逐漸成為一個新興的熱點研究領域。
表觀遺傳現象被定義為“非DNA突變引起的可繼承的表型變化”。其中包涵三個關鍵點：
（1） 不是由DNA突變引起的；
（2） 可以繼承的，或是說可遺傳的；
（3） 引起了表型的變化。
一直以來，DNA被認為是遺傳信息的唯一承載者。表觀遺傳學的研究表明，子代可以繼承的不僅僅有DNA攜帶的遺傳信息，還有“表觀遺傳信息”。而這些表觀遺傳信息雖然沒有伴隨DNA序列的改變卻可以遺傳下去。例如，在發育過程中，分化后的細胞和組織之間存在明顯的表型差異，這些差異一旦形成便可以以一種克隆性的方式遺傳給子代細胞。需要說明的是表觀遺傳現象中的表型變化是“開關”型的，即這種表型非“有”即“無”，而不是程度上的變化。
表觀遺傳學與克隆、干細胞、衰老與癌癥等研究都有密切聯系。在“后基因組”時代，表觀遺傳學的發展對生物學研究以及人類疾病領域的研究都具有深遠的意義。
2 發揮表觀遺傳學在高中生物學中的教育價值的教學策略
表觀遺傳學現象廣泛存在于生命周期的各個過程中，表觀遺傳學的調控對生物體來說具有普遍且重要的意義。不過，目前國內外高中生物教材幾乎都沒有完整介紹表觀遺傳學相P內容的章節。其原因固然比較多，但主要原因有：表觀遺傳學是近些年來才發展迅速，屬于比較新的研究領域；表觀遺傳的機制非常復雜，要讓高中學生理解其內在機制，有一定困難。然而，將表觀遺傳學的內容納入我國的高中生物課程，已經基本達成共識。那么，這一內容在高中生物課程中的教育價值究竟表現在哪里？筆者認為，它不僅僅是為了讓學生掌握更多的遺傳學知識，完善遺傳知識體系，更重要的是發揮它在提升學生學科核心素養方面的價值。
2.1 引導學生深入理解科學的本質
目前，人們對“科學的本質”還沒有一個統一的定義，《2061計劃――面向所有美國人的科學》所闡述的科學的本質得到很多學者的認可：
（1） 科學世界觀：自然是可以理解的；科學知識是可改變的；科學知識并非很容易就可以；科學并非萬靈丹，能解決所有的問題。
（2） 科學探究活動：證據對科學而言是重要的；科學是邏輯與想象融合成一體；科學知識除了能說明自然界的現象也具有預測的功能；科學家會驗證理論以減少誤差；既定的科學知識并不具有永久的權威地位。
（3） 科學事業：科學是人類的一項事業。
表觀遺傳學的發展歷程，典型地體現出了科學的本質。因此，表觀遺傳學內容的教學，應著力于引導學生更好地理解科學的本質。
2.1.1 引導學生理解科學具有開放性
表觀遺傳學的發展表明，人類對遺傳現象和本質的認識是不斷發展的，因此，科學知識是一個開放的系統。雖然遺傳學已經建立100多年，但是科學家們并沒有停止對遺傳問題的探索，遺傳學仍然在發展。
在教學中，教師可以讓學生嘗試回答：“為什么遺傳背景相同的同卵雙胞胎在成長過程中會出現表型差異？”“為什么克隆后的小貓與‘單親媽媽’會有不同花色？”……學生在尋求答案的過程中，會發現用之前所學的經典遺傳學知識并不能回答好這些問題，而是要進一步尋找更合理的科學解釋。由此可以讓學生直觀地感受到科學的開放性。
2.1.2 引導學生感悟科學講求證據與邏輯
人們對遺傳現象的認知程度會隨著科學的發展而改變，但所有觀點的產生都不是異想天開，而是基于科學實證。表觀遺傳學從對現象的認知到理論的建立都是基于科學證據的積累。這期間出現了很多假說，也經歷了理論的不斷提出與的過程。雖然目前仍然有很多還不能夠被解答的問題，但是通過科學家們在DNA與組蛋白修飾、染色質重組以及非編碼RNA等領域的不斷探索，人們已經可以解釋很多表觀遺傳學現象。科學研究的發展往往從認知規律開始，進而通過科學探究來逐步揭示規律形成的機制。教學時，如果教師引導學生基于表觀遺傳的現象，科學家揭示現象獲得的研究事實來得出結論，既可以讓學生更好地理解表觀遺傳學內容，知道知識是如何形成的，也能進一步引導他們認識到科學是重視證據和邏輯的。
2.1.3 引導學生理解科學的連續性
科學的本質特征，一方面表現在科學知識是暫時的、可變的；另一方面表現為科學知識又具有持久性。雖然科學家反對絕對真理的概念，并認為其中不確定性是事物本性的一部分，但絕大部分知識都具有持久性。因此，改變性與連續性是科學一貫的特征。高中階段學生對表觀遺傳學相關內容的學習，既需要、也可以體現出科學的連續性。
經典的分子遺傳學可以說是從“基因”的層面來進行研究，表型的改變歸結于DNA序列的變化。而表觀遺傳學是從“染色質”的層面來進行研究，表型的改變歸結于染色質狀態的調整。所以表觀遺傳學狹義的定義為：通過調整染色質狀態，在不改變DNA序列的情況下實現對基因轉錄的調節。學習有關內容時，教師要引導學生認識：表觀遺傳學的發展對經典遺傳學來說并不是一種質疑和挑戰，而是一種補充，是遺傳學研究的一種延續。隨著表觀遺傳現象分子機制的揭開，其與經典遺傳學以及普遍的生物調控更容易地被結合起來。這種聯系是一直就存在的，只是科學家需要通過對科學的不斷探究去發現和理解它。科學是人類的一項永無止境的事業，遺傳學的探索還將繼續為人們揭開更多生命的奧秘。
2.2 注意引導學生進一步建立生命觀念
“生命觀念”是理解生命的本質所需要的觀念，是對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象。構建生命觀念是發展核心素養的重要組成部分。表觀遺傳學內容的學習可以幫助學生完善結構與功能觀、進化與適應觀以及穩態與平衡觀。
2.2.1 注意凸顯表觀遺傳學如何體現出結構與功能的統一性
結構與功能觀是基本的生命觀念之一。結構是功能的基礎，功能的有效執行必定依賴于特定的結構。在生物體的生命歷程中，結構與功能是一個不可分割的整體。
表觀遺傳現象充分體現出結構與功能的辯證統一關系。研究結果表明，在表觀遺傳學“開啟”和“關閉”兩種不同的表型狀態下，總是可以在其中的關鍵調控點找到結構差異，即結構決定功能。染色質在結構上并不是均一存在的，既有相對松散的有利于基因表達的常染色質，又有高度濃縮使基因沉默的異染色質。常染色質是以一種開放式的、對轉錄等過程所需的各種酶更為敏感的構象存在，隨時可以開啟基因的表達。而異染色質以一種超濃縮的致密結構存在，轉錄等相關的酶無法結合上去，從而抑制表達。這體現出染色質的結構和功能是相適應的。表觀遺傳學的各種機制之間其實是相互關聯的，表觀遺傳因素通過調節染色質的結構、對染色質進行修飾等來影響基因的轉錄，從而達到調節功能的目的。
在教學中，教師可以結合表觀遺傳的實例滲透結構與功能觀。例如，表觀遺傳學因素導致雌性哺乳動物的一條X染色體失活，失活后的染色體以致密的異染色質狀態存在，稱為巴氏小體。以玳瑁貓為例，玳瑁貓（母貓）的體表有黃色和黑色隨機分布的花斑。控制黃色和黑色毛色的基因是位于X染色體上的兩個等位基因。在個體的發育過程中，細胞內的一條X染色體隨機濃縮而失去活性，從而呈現出這種黃黑相間的花色。
2.2.2 注意發揮表觀遺傳學在建立進化和適應觀念上的價值
“生物進化”是生物學核心概念的重要組成部分，提供了將大部分生物學知識建成一個整體的框架。“遺傳”“進化”與“環境”三者之間存在很微妙的關系。生物進化的前提是有可遺傳的變異；遺傳素材的多樣性為自然選擇提供了更多的原料從而更好地適應環境；而環境又像是一個有力的推手影響著進化的方向。表觀遺傳學的學習是一個將遺傳、進化與環境很好整合的過程，能夠幫助學生進一步理解三者的內在聯系。
生物體能夠產生后代并穩定遺傳依賴于穩定傳遞的遺傳信息與精密的調控機制。表觀遺傳信息的發現是對遺傳信息的重要補充，拓展了遺傳密碼（DNA）的信息承載量。表觀遺傳信息的加入相當于擴大了遺傳樣本量，為自然選擇提供了更多的素材。很多表觀遺傳學現象都是在生物后天的發育中表現出來的，體現出環境的塑造性。借助表觀遺傳學研究手段，人們能更好地理解環境因素對生命的影響，進一步理解“基因型+環境=表型”這一遺傳學命題。研究結果顯示，從單細胞到多細胞，表觀遺傳相關的DNA甲基化、組蛋白修飾的程度與類型以及RNA干擾機制在不同的物種中具有顯著的差異，暗示著表觀遺傳調控在生物進化過程中的作用。表觀遺傳信息的發現以及表觀遺傳調控機制的研究對進一步理解遺傳與進化具有重要意義。
2.2.3 利用表觀遺傳學內容引導學生建立穩態與平衡觀念
在自然界生存，生物種群會找到一個合適的平衡點來有效地適應環境從而維持穩態。穩態不是恒定不變的，而是一種動態的平衡。動態平衡無處不在，各物種與生存環境之間存在平衡，物種之間存在平衡，種群之間存在平衡，個體之間存在平衡。與此同時，每一個生物個體也是一個復雜而精密的系統，在生存過程中，個體的各種結構之間、各種調控機制之間都存在平衡。在進行表觀遺傳學的教學時，教師可以通過以下幾個層次引導學生建立相關的生命觀念。
雌性與雄性之間的平衡：眾所周知，X染色體的基因攜帶量較Y染色體來說是大很多的。如果雌性動物的兩條X染色體都具有活性，那么雌性性染色體所攜帶的基因數目幾乎是雄性的兩倍之多。在哺乳動物中，雌性個體的一條X染色體會隨機失活，從而維持與雄性之間基因的劑量平衡。
染色質結構之間的平衡：基因的表達與沉默是一個復雜且精密的過程。在哺乳動物中，染色質中的常染色質比例只占不到4%，而剩余的96%都為異染色質。需要注意的是，沉默染色質是動態變化的，這增加了問題的復雜性。要維持和延續染色質的這種動態平衡狀態必定需要一個十分可靠的調控過程。因此，表觀遺傳現象往往是多種機制共同作用的結果。
表觀遺傳調控與環境因素之間的平衡：在表觀遺傳學研究還不明確的年代，人們常常把經典遺傳學無法解釋的現象都歸結于“環境”的因素。研究數據表明，環境因素可以通過影響表觀遺傳標記從而影響基因功能。表觀遺傳具有時間上的多樣性，同卵雙胞胎在出生早期具有相似的表型，但隨著不斷地成長，差異會不斷出現。數據顯示，同卵雙胞胎在遺傳學標記的程度和分布上都有明顯的不同，說明表觀遺傳調控與環境的變化之間存在一種動態的聯系。
綜上所述，高中階段的表觀遺傳學內容的教學關鍵不在于表觀遺傳知識的深挖和補充，而在于以此為腳手架，引導學生更好地理解科學的本質、構建生命觀念，從而使學生建立終生受益的素養基礎。
參考文獻：
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表觀遺傳學研究范文3
題目：表觀遺傳學調控NK細胞分化及功能的研究進展
表觀遺傳學 (epigenetics) 是指在基因核苷酸序列不發生變化的情況下, 通過對轉錄表達的調控和轉錄后的調控使基因表達發生變化, 包括DNA甲基化、組蛋白共價修飾、染色質重塑、基因印記、及非編碼RNA、微小RNA (miRNA) 、反義RNA轉錄后調控等[1]。環境、年齡改變、壓力、疾病狀態等, 均可以引起免疫細胞表觀遺傳學改變, 造成免疫系統功能紊亂, 導致疾病的發生與進展。因此, 表觀遺傳學逐漸成為免疫學研究的熱點。
自然殺傷細胞 (natural killer cell, NK) 是天然免疫細胞, 主要來源于造血干細胞, 全身廣泛分布。NK細胞通過一系列細胞生物學過程獲得激活信號, 包括胞外鈣離子內流、細胞骨架重排以及與靶細胞接觸部位免疫突觸形成, 最終通過分泌細胞因子、趨化因子及釋放毒性顆粒執行清除病毒、腫瘤細胞以及發揮免疫調節功能。NK細胞功能異常導致多種疾病發生, 包括感染、腫瘤及自身免疫疾病[2,3]。近年來, 有很多學者先后報道了表觀遺傳學改變對NK細胞增殖、分化及功能的影響, 為NK細胞研究提供了新思路, 為新藥的臨床應用奠定了理論基礎。本文對NK細胞的表觀遺傳學研究進展作一綜述。
1 表觀遺傳學對NK細胞分化的影響
人類NK細胞表面特異性表達CD56或CD16分子, 根據其表達水平將NK細胞分為CD3-CD56bright CD16- (CD56bright) 、CD3-CD56dimCD16+ (CD56dim) 、CD3-CD56-CD16+3個亞群[4]。其中CD56bright亞群為調節性NK細胞, 可以參與適應性免疫調節, 通過分泌細胞因子和趨化因子 (IFN-、TNF-、IL-10、IL-13和GM-CSF) 對樹突狀細胞 (DCs) 、調節性T細胞 (Tregs) 、輔T細胞 (Ths) 及細胞毒性T細胞 (CTLs) 等進行免疫調控[5]。在類風濕關節炎中, NK細胞可以通過分泌IFN-誘導B細胞活化, 促進DC細胞成熟, 并可抑制T細胞向Th17細胞分化[6]。NK細胞分泌IFN-可以促進DC細胞分泌IL-27, 而IL-27可促進IFN-分泌, 這種正反饋參與抑制Th17介導的自身免疫疾病[7]。人和小鼠NK細胞均可通過分泌IFN-可以抑制CD4+T細胞向Tregs分化[8]。CD56dim為功能性NK細胞, 通過穿孔素/顆粒酶途徑、Fas/FasL途徑、TNF-а/TNFR-1途徑、以及抗體依賴的細胞介導的細胞毒性作用 (ADCC) 完成對靶細胞的直接殺傷。近期也有研究者發現, 功能性NK細胞參與適應性免疫的調節, 直接殺傷適應性免疫細胞, 如Th17及濾泡輔T細胞 (Tfh) [9]。而CD3-CD56-CD16+亞群目前研究較少, 目前認為主要發揮ADCC作用。
表觀遺傳學修飾在NK細胞的分化、成熟中發揮了重要作用。早期的研究顯示, IL-15受體信號通路對NK細胞的分化成熟至關重要, E4BP4 (NFIL3) 在其中發揮調節作用, 促進了造血干細胞 (HSC) 向NK細胞分化。動物實驗顯示, E4BP4基因缺陷小鼠NK細胞減少、功能下降, 而過表達E4BP4可增加Id2和Gata3的轉錄, 從而促進HSC向NK細胞分化增加[10]。在NK細胞發育中, 組蛋白甲基化也具有重要調控作用。Yin等[11]研究了zeste基因增強子同源物2 (EZH2) 對早期NK細胞分化的影響。EZH2作為重要的表觀遺傳修飾酶, 是PcG (polycomb group) 蛋白家族的重要成員, 在調控基因表達的過程中起關鍵作用[12]。EZH2主要對組蛋白H3K27進行甲基化, 從而沉默下游基因, 在細胞增殖、分化及腫瘤形成方面都有重要作用[13]。研究者[11]發現, 在小鼠及人中, 選擇性失活EZH2或用小分子抑制其活性后, 可以增加IL-15受體 (CD122+) 陽性的NK祖細胞數量, 并促進成熟NK細胞增殖。NK細胞的擴增及殺傷作用還與CD122及NKG2D有關, NKG2D缺失可降低EZH2抑制劑對促進NK細胞增殖及分化的作用。另外, Tsuyama等[14]研究報道, NKT細胞淋巴瘤患者存在組蛋白去甲基化酶KDM6A基因突變, 此基因與血液腫瘤關系密切, 可能影響NK細胞的增殖。
FcRIIIA (CD16a) 由FCGR3A編碼, 為NK細胞在成熟過程中獲得。研究發現, 在CD16a+細胞中, FCGR3A啟動子中轉錄起始位點的甲基化水平較CD16a-細胞和中性粒細胞明顯降低。此外, 研究者還發現miR-218是NK細胞CD16a轉錄后的負調控因子。在NK細胞中過度表達miR-218可降低CD16a的mRNA和蛋白表達水平, miR-218在CD16a-細胞中水平明顯高于CD16a+細胞。因此, 研究者推斷, FCGR3A的轉錄起始位點甲基化及轉錄后miR-218的調控作用可以通過改變CD16a的表達來調節NK細胞的分化成熟[15]。
記憶性NK細胞的概念由Sun等[16]最早提出。這類NK細胞可以長期存活, 具有免疫記憶功能, 當再次接觸到記憶抗原時被激活。多種病毒可以誘導記憶性NK細胞產生, 目前報道的有巨細胞病毒, 單純皰疹病毒、人類免疫缺陷病毒等[17,18]。記憶性NK細胞表達CD57和NKG2C, 不表達FcR、SYK、DAB2、ETA-2、PLZF和ILZF2。FcR、ETA-2、SYK的缺乏均有表觀遺傳學機制的參與[19,20]。IL-12信號通路通過其下游轉錄因子信號和轉錄因子4 (STAT4) 的激活影響記憶性NK細胞的擴增。Rapp等[21]發現Runx1和Runx3的啟動子區域是STAT4的結合位點, 在NK細胞活化過程中, STAT4的結合會誘導RUNX基因位點的表觀遺傳學修飾, 從而導致表達增加。在病毒感染中, Runx1和Runx3或它們的伴侶分子表達減低是影響NK細胞擴增及記憶NK細胞形成障礙的原因。該研究證明, STAT4介導的Runx轉錄因子表觀遺傳學修飾可以調節NK細胞對病毒的適應行為。
2 表觀遺傳學對NK細胞功能的影響
NK細胞的功能主要包括殺傷及免疫調節作用。有研究顯示, 在NK細胞活化過程中, 81%的主要位點出現CpG去甲基化, 生物學分析顯示差異甲基化位點主要集中在免疫調節功能中 (如TNFA、LTA、IL-13、CSF2等) [22], 這提示表觀遺傳學修飾參與了NK細胞的活化, 并與NK細胞功能關系密切。
2.1 表觀遺傳學修飾對NK細胞表面受體的調節作用
NK細胞表面激活性受體與抑制性受體的相互平衡, 在NK細胞功能中發揮了重要調節作用。如激活性受體表達占優, 則NK細胞活化, 反之, NK細胞處于靜止狀態。
有學者[23,24,25]檢測了NK細胞免疫球蛋白樣受體 (KIR) 啟動子的甲基化水平, 結果發現, 處于靜息狀態的人NK細胞92細胞系中KIR2DL1、KIR2DL2/L3高甲基化, 同時, 細胞表面的KIR表達降低。當應用5-氮雜胞苷進行去甲基化處理后, KIR啟動子去甲基化, NK細胞表面KIR表達明顯增加。另外, KIR的表達受miRNA調節。PIWI樣RNA可以誘導KIR雙向啟動子KIR3DL1產生KIR反義轉錄本, 影響雙鏈DNA的合成, 可減少90%的KIR表達[25]。
NKG2D是NK細胞激活性受體, 其表達增加可增強NK細胞功能。NKG2D通過識別不同的配體家族 (MICA、MICB、ULBPs 1-6等) 參與激活效應細胞、溶解靶細胞。NKG2D基因在NKG2D+NK細胞中去甲基化, 并與組蛋白H3賴氨酸9乙酰化 (H3K9Ac) 相關。用組蛋白乙酰轉移酶 (HAT) 抑制劑 (姜黃素) 可以明顯下調NKG2D基因H3K9乙酰化水平, 進而下調NKG2D的轉錄, 導致NKG2D表達減低, NK細胞殺傷功能下降。此研究提示NKG2D在NK細胞表面表達差異是由表觀遺傳學機制調節的, 并可以通過表觀遺傳治療改善[26]。組蛋白去乙酰化酶抑制劑丙戊酸 (VPA) 通過激活基因啟動子中組蛋白K9的高甲基化和DNA甲基化, 從而下調NKG2D的表達[27]。同樣, miRNA也可發揮對NKG2D的調節作用。在HCV感染患者的NK細胞中, miR-182與對照組相比過表達, miR-182表達升高可降低NKG2D的mRNA水平, 而miR-182抑制劑能降低抑制性受體NKG2A的mRNA水平[28]。
2.2 表觀遺傳學修飾對NK細胞細胞因子分泌水平的調節作用
NK細胞分泌細胞因子同樣受到表觀遺傳學修飾的調節。Luetke-Eversloh等[29]報道, NK細胞受到刺激后, IFN-及T-bet位點轉錄增加, 并發生去甲基化, 從而增加IFN-的分泌。Li等[30]發現, 在NK細胞激活過程中, 組蛋白去甲基化酶及甲基轉移酶發生明顯變化。在NK92細胞系中, 與NK細胞激活密切相關的PI3KCA, 、NFATC1及TNFSF9等基因, 經PMA和依諾霉素刺激可出現H3K4me3和H3K27甲基化修飾, 從而調控上述基因表達。采用H3K4和H3K37的特異性抑制劑可以增加NK細胞脫顆粒及IFN-、TNF-的分泌[22,30]。Cribbs等[31]用染色質甲基化及乙酰化的小分子抑制劑進行篩選, 并通過基因敲除方法確定了Jumonli型組蛋白H3K27脫甲基酶是NK細胞分泌細胞因子的關鍵調節因子。JMJD3/UTX (含有Jumonji結構域的蛋白3) H3K27去甲基化酶抑制劑GSK-J4可引發細胞因子轉錄起始位點H3K27甲基化, 并造成NK細胞IFN-、TNF-、GM-CSF、IL-10分泌下降。GSK-J4可以明顯抑制類風濕性關節炎患者外周血或組織中分離出的NK細胞的細胞因子分泌, 抑制破骨細胞形成及骨破壞。除甲基化外, 組蛋白乙酰化修飾也對NK細胞細胞因子分泌起調節作用。VPA可抑制NK細胞對白血病細胞的溶解, 并且有劑量依賴性。VPA預處理可降低NK細胞IFN-分泌, 破壞CD107A脫顆粒, 并通過激活PD-1/PD-L1途徑誘導細胞凋亡[27]。
H3K4me3脫甲基酶KDM5A調節基因轉錄并參與腫瘤的發生。Zhao等[32]研究證明KDM5A缺陷使IFN-產生減少, 并損害NK細胞的活化。KDM5A (-/-) 小鼠對單核細胞增生李斯特氏菌 (LM) 感染高度敏感。在NK細胞活化過程中, KDM5A的缺失影響STAT4磷酸化和核定位, 并增加了細胞因子信號轉導抑制因子1 (SOCS1) 的表達。進一步研究揭示其機制為KDM5A與P50結合, 并與靜止NK細胞中的SOCS1啟動子區結合, 抑制染色質重塑, 導致在SOCS1啟動子中H3K4me3修飾顯著減少。
另外, Lee等[19]在研究記憶性NK細胞時發現, 人巨細胞病毒感染后, NK細胞Syk轉錄起始位點甲基化, Syk基因沉默, 可引起表達IFN-水平升高。BHLHE40為轉錄調節因子, 在活化的NK細胞中去甲基化, 誘導細胞因子分泌 (如IL-2、IL-12、IL-15、IFN、TNFA等) , 增強NK細胞功能。NFAT轉錄因子家族通過與啟動子及增強子區域結合來增加NK細胞因子的表達。在活化的NK細胞中, NFATC1內含子9明顯去甲基化, 可調節NK細胞分泌細胞因子[22]。
3 引起NK細胞表觀遺傳學變化的因素
多種疾病狀態下, NK細胞的表觀遺傳學修飾會發生變化, 如巨細胞病毒感染會激活NK細胞, 引起81%的位點發生DNA去甲基化[22]。在兒童哮喘患者中, NK細胞DNA去甲基化, 引起NK細胞活性升高[33]。在類風濕關節炎及強制性脊柱炎中, NK細胞均存在表觀遺傳學改變[31,32,33,34]。
一些藥物可以引起NK細胞的表觀遺傳修飾變化。Misale等[35]報道, 糖皮質激素可以通過影響H3K27me3來降低IFN-的表達, 從而抑制NK細胞的免疫功能。5-氮雜胞苷可引起NK細胞DNA去甲基化, 誘導相關基因激活, 促進NK細胞活化[36]。
運動也可以引起NK細胞表觀遺傳學修飾發生改變。Zimmer等[37]選取30例非霍奇金淋巴瘤患者及10名健康人, 干預組每人每天騎車運動30min。運動組的患者血清巨噬細胞游走抑制因子 (MIF) 及IL-6水平升高, NK細胞組蛋白H3、H4乙酰化水平降低。近期, 研究者再次證明運動可以通過升高組蛋白乙酰化水平及NKG2D的表達, 改善正常人NK細胞活化狀態[38]。
壓力及年齡的增長對NK細胞的表觀遺傳學也有明顯影響。創傷后應激綜合征可以加速NK細胞由年齡造成的甲基化水平升高, 從而影響機體免疫狀態[39]。
綜上所述, 表觀遺傳學修飾影響著NK細胞的增殖、分化、殺傷、免疫調節等, 在NK細胞調控中, 扮演重要角色。但目前, NK細胞表觀遺傳學研究多集中在基礎實驗階段, 在臨床疾病中的應用很少。NK細胞參與腫瘤、自身免疫疾病及感染的發病, 其異常是否與表觀遺傳學修飾有關?進一步研究NK細胞表觀遺傳學異常在疾病發生中的作用, 將基礎研究向臨床應用轉化, 開拓疾病中NK細胞功能異常的新思路, 并為新型藥物在臨床中的應用提供研究基礎, 將是本課題組今后努力的方向。
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表觀遺傳學研究范文4
【關鍵詞】 精準醫療；腫瘤；研究進展；綜述
DOI：10.14163/ki.11-5547/r.2016.04.216
精準醫療是通過基因組、蛋白質組等組學技術和其他前沿科技， 依據患者內在生物學信息及臨床特點， 在分子學水平為疾病提供更加精細的分類及診斷， 從而對患者進行個性化精準治療的一種新型醫療模式[1]。2011 年美國相關學者首次提出精準醫療的概念[2]。2015年美國總統奧巴馬在國情咨文中談到“人類基因組計劃”， 并宣布實施精準醫療計劃將這一研究推向新的[3]。
惡性腫瘤已成為目前全球主要的死亡原因之一， 其是一類基因性疾病， 大多具有自己獨特的基因印記和變異類型， 基因組發生的突變， 可以影響細胞信號、染色體、表觀調節及代謝等過程。這些研究成果很早已被利用在腫瘤的治療中， 許多針對這些特異基因改變及表觀遺傳學改變的靶向藥物已經上市或正在研發。腫瘤的精準醫療通常分為3個步驟：基因及表觀遺傳學檢測、大數據分析和臨床藥物應用[1]。
1 基因及表觀遺傳學檢測
基因是指攜帶有遺傳信息的DNA或RNA序列， 是控制性狀的基本遺傳單位。基因通過指導蛋白質的合成來表達自己所攜帶的遺傳信息， 從而控制生物個體的性狀表現。基因檢測是通過對血液、其他體液或細胞的DNA檢測， 獲得腫瘤單核苷酸有義突變、拷貝數變異、融合基因等基因變異的信息。彌漫大B細胞淋巴瘤（DLBCL）曾一度認為是一類性質單一的疾病， 但近年發現DLBCL中具有不同的基因表達亞型， 如GCB（germinal-center B-cell-like）、ABC（activated B-cell-like）， 其起源于B細胞分化的不同階段， 具有不同的生物學特性， ABC亞型中的基因變異可以引起NF-κB的活性改變， 導致預后不良[4]， 這已被臨床實踐所證實。
表觀遺傳學就是研究基因表達的學科， 是指基因表達的改變不依賴于基因信息的改變， 而是依賴于DNA甲基化和組蛋白的化學修飾。這些異常改變在一定條件下可以向正常逆轉。腫瘤發生過程最常見的表觀遺傳學改變為抑癌基因啟動子區CpG島的甲基化， 其引起的表達沉默可以影響腫瘤相關信號通路[5]。DNA甲基化是真核細胞的表觀遺傳修飾之一， 甲基化程度愈高， 基因的表達則降低。骨髓異常增生綜合征存在p15、p16、降鈣素基因等一系列抑癌基因的過度甲基化， 使抑癌基因表達受抑制， 細胞易于形成惡性克隆[6]。其他表觀遺傳學改變如組蛋白的乙酰化、磷酸化等也均可影響基因的轉錄活性[5]。隨著二代基因測序技術及大規模多水平組學生物學技術的興起， 腫瘤精準醫療有了越來越強的技術基礎。
2 大數據分析
目前已經知道人類各種正常組織的基因及基因表達， 患者的基因及基因表達都有了參考標準， 基因表達數據的分析與建模已成為生物信息學研究領域中的重要課題。人類的基因數目很大， 基因及其表達的變異信息數據庫也十分龐大， 從海量的組學數據中提取有價值的數據， 就要祛除大量的“無關信息”， 這需要具有極高精確性的分析模型與分析方法， 全球很多學者均致力于該領域的研究。如人類腫瘤基因圖譜計劃（TCGA）， 就是應用基因組分析技術， 特別是采用大規模的基因組測序方法， 將人類全部癌癥（近期目標為50種包括亞型在內的腫瘤）的基因組變異圖譜繪制出來， 并進行系統分析， 旨在找到所有致癌和抑癌基因的微小變異， 其中包含體細胞突變、拷貝數變異、mRNA表達、蛋白質表達等各類信息。這一計劃整合了約7000種人類腫瘤的復雜分子網絡[7]。2012年， 國際千人基因組計劃團隊發表了1092個人類基因數據， 繪制了人類基因組遺傳多態性圖譜[8]。這些均表明人群中存在大量的遺傳變異， 從而造成腫瘤細胞生物學行為和藥物療效等方面的差異。
3 臨床藥物應用
腫瘤的精準醫療就是以大數據分析結果作為參考， 給予患者個體化的藥物治療方案， 再根據治療結果進行反饋， 確認更多有價值的基因及蛋白組靶點， 開發更多的藥物， 保證精準醫療的不斷完善。在應用這些藥物治療腫瘤之前， 必須明確腫瘤中是否包含這些藥物所靶向的改變， 也只有這一部分患者才會對上述治療敏感。而對于無特異性基因改變或表觀遺傳學改變的腫瘤患者， 上述治療除了無效， 還會帶來一定的毒副反應。
1997年11月上市的利妥昔單抗是抗CD20人鼠嵌合抗體， 是第1個應用于臨床腫瘤的靶向治療藥物， 已成為治療彌漫大B細胞淋巴瘤及濾泡淋巴瘤等CD20陽性的淋巴瘤的一線藥物[9]。伊馬替尼通過抑制bcr/abl融合基因的酪氨酸激酶活性、PDGFR和干細胞因子受體c-kit的活性， 治療慢性粒細胞白血病、Ph染色體陽性的急性淋巴細胞白血病和胃腸間質瘤[10， 11]。曲妥珠單抗僅適用于HER2基因陽性的乳腺癌患者[12]。而阿扎胞苷則是首個被美國食品和藥物管理局（FDA）批準的去甲基化的表觀遺傳藥物， 用于骨髓增生異常綜合征的治療[13]。均顯示出了顯著的療效， 堪稱精準醫療的典范。可以看出， 可供選擇的藥物的多少直接關系到治療的成敗。研究表明， 這些靶向藥物除了單用， 還能相互或與化療藥物聯用， 以進一步提高臨床療效。例如利妥昔單抗聯合CHOP方案治療DLBCL， 可以提高緩解率， 延長患者的生存時間， 是目前國際上治療DLBCL的一線方案。
4 小結
當前的腫瘤治療正逐漸從宏觀層面對“病”用藥向更微觀的對“基因、表觀遺傳”用藥轉變， 精準醫療可以實現“同病異治”或“異病同治”， 已成為腫瘤治療的一個趨勢。但目前該治療模式仍需進一步完善， 需要發現更多的目標靶向， 建立更完善的疾病知識網絡和新分類系統， 建立更精確、可靠的組學數據標準化整合模型， 研發更多有效、低毒的靶向藥物。腫瘤的精準醫療之路任重道遠。
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表觀遺傳學研究范文5
【關鍵詞】惡性腫瘤；表觀遺傳；甲基化；基因印記；微小RNA；組蛋白
【中圖分類號】R730.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1004-7484（2013）04-0017-02
隨著近年來分子生物學研究的不斷發展，人們已經認識到惡性腫瘤的遺傳和表觀遺傳的因素綜合作用導致了惡性腫瘤的發生。在分子水平上對于惡性腫瘤的研究發現幾乎所有腫瘤都能找到表觀遺傳水平的異常。惡性腫瘤的發生機制的研究對于早期診斷、治療以及提高生存率有極其重大的意義。
1.惡性腫瘤細胞的生物學性狀及特點
腫瘤是一種多基因，經歷多步驟突變所引起的細胞克隆性疾病，具有以下生物學特性：①分化不好，異型性大。②核分裂象多，可見病理性核分裂象。③生長速度較快。④浸潤性或外生性生長。⑤常見出血、壞死、、潰瘍形成等繼發改變。⑥對機體的影響較大，破壞原發部位和轉移部位的組織；壞死、出血，合并感染和惡病質也常發。
2.腫瘤的發生與表觀遺傳
傳統遺傳學認為腫瘤是多基因參與的疾病，通常是2個/2個以上癌/抑癌基因參與按一定方式組合的多基因、經歷多步驟突變所引起的細胞克隆性退化性疾病。主要基因：缺失、重排、斷裂、突變等。基因改變的結果就是原癌基因激活，抑癌基因失活，如結腸癌相關基因：APC，RAS，P53，DCC.腦膠質瘤相關基因：P53，Interferons，MTS1，MTS2，EGFR，肺癌相關基因：RAS，c-myc，Rb，P53等。
近期的研究表明，在相當一部分腫瘤患者的癌細胞中，其主要的基因是完整的，并沒有發現任何的變異，突變和缺失等，這些事實就提示我們重新思考惡性腫瘤的發生機制，是不是有什么比基因改變更為重要的因素導致了正常細胞的惡變。隨著后基因時代的到來和日益發展，人們越來越深刻的認識到，生物體除了具有編碼遺傳信息外，還存在大量隱藏在DNA序列之中或之外的遺傳信息，這些非編碼RNA、DNA甲基化和組蛋白共價修飾系統共同構成的組蛋白密碼等，統稱為表觀遺傳學信息 [1]。 此種遺傳方式稱為表觀遺傳方式，而研究表觀遺傳方式的學科稱之為表觀遺傳學[2]。表觀遺傳有三個特點①可遺傳性；②可逆的基因表達調節；③沒有DNA序列的變化或者不能用DNA序列變化來解釋。表觀遺傳的研究的具體內容主要包括：DNA甲基化、基因印記、DNA甲基化與轉座子的穩定性、組蛋白共價修飾、染色質重塑、假基因、基因組中的非編碼RNA、微小RNA、反義RNA、內含子、核糖開關。
2.1 DNA甲基化
對于不同腫瘤細胞的DNA分析表明，惡性腫瘤細胞中出現基因突變的概率要大大低于預期[3]而在轉錄組范圍內檢測結腸直腸癌中由啟動子高甲基化引起的基因表達的抑制，發現高達5%的已知基因在腫瘤細胞中發生了異常的啟動子高甲基化[4]。因此我們可以推測，與基因突變相比，DNA甲基化改變在細胞惡變過程中可能發揮了更大的作用。
眾所周知，p53基因是一個重要的抑癌基因，對于畸變、損傷的細胞可引發其凋亡程序，使細胞發生凋亡，50%的惡性腫瘤中存在p53基因的沉默失活[5]。p53基因編碼區的甲基化狀態很容易發生脫氨基作用而發生5mCT的轉換。同時，INK4a/ARF基因啟動子區域的甲基化可以使p14ARF 表達下降，導致原來受p14ARF 抑制的MDM2表達上升，從而結合p53并使其發生蛋白質水平的講解，進而幫助細胞逃避p53引起的細胞凋亡[6]。近年來研究結果表明，肝癌細胞中端粒酶陽性率高達84%，明顯高于癌旁組織、肝硬變組織及慢性肝炎組織，而正常肝臟組織沒有端粒酶活性。端粒酶的重要成分人端粒酶逆轉錄酶（hTERT）的活性與端粒酶活性高度相關。次研究中的肝細胞系L02中hTERT啟動子有甲基化修飾，其mRNA低水平表達，經5’-aza-dC去甲基化處理，hTERT mRNA可被上調，端粒酶活性也隨之上升，其mRNA高表達亦不受5’-aza-dC影響[7]。由此我們可以認為hTERT mRNA的低表達與啟動子甲基化修飾相關，從而導致惡性腫瘤的無限復制。鈣結合蛋白（S100A4）是S100A家族中的一個成員，在結腸，胃，胰腺，乳腺等惡性腫瘤中呈現高表達，并與腫瘤細胞的侵襲，轉移以及不良的預后有關，它能調控產生降解細胞外基質的酶，有利于細胞的運動侵襲擴散，是單個的惡變細胞穿過細胞外基質轉移到毛細血管和淋巴道。Xie R等研究表明，在子宮內膜中，S100A4過表達時由于啟動子區低甲基化造成的[8]。位于線粒體的BCL-2相關蛋白BNIP3，也是一個凋亡因子，可誘使缺氧損傷的細胞凋亡，但是BNIP3的啟動子區域也包含有CpG島，發生惡性變的細胞BNIP3啟動子區高甲基化會引起該基因的沉默，那么細胞液就可以逃避缺氧時的凋亡[9]。
2.2 組蛋白
組蛋白甲基化的失平衡與人類許多腫瘤相關，比如常見的乳腺癌、前列腺癌、肝癌等。失平衡的出現導致與這些惡性腫瘤相關的抑癌基因或者癌基因平衡的改變。眾所周知，EB病毒感染與鼻咽癌及Burkitt淋巴瘤的發生息息相關，其中EBNA2是EB病毒的核心抗原之一，LMP1（潛伏期膜蛋白1）是已確認的EB病毒編碼蛋白，有促癌的作用，二者在EB病毒相關的鼻咽癌及Burkitt淋巴瘤的發生中，主要在原始B淋巴細胞的分化和增殖過程中起作用。而最近的研究表明，組蛋白的甲基化的改變可導致EBNA2和LMP1基因轉錄能力的異常，從而影響EB病毒感染潛伏期細胞的致癌潛能。Chau等研究發現，EB病毒Ⅰ期潛伏期細胞中的H3K9高甲基化導致EBNA2和LMP1基因轉錄的抑制，致使其致癌能力下降。而H3K4的甲基化導致EBNA2和LMP1基因轉錄的激活，使得EB病毒Ⅲ期潛伏細胞致癌潛能提高。組蛋白去乙酰化酶能取出賴氨酸殘基上的乙酰基，是基因表達沉默，由此可見組蛋白的異常去乙酰化可能源于乙酰化酶特異性下降.故組蛋白去乙酰化酶的改變引起組蛋白活性的改變從而導致基因表達的沉默，如果這個沉默基因是抑癌基因，那么就會引起惡性腫瘤的發生.
2.3 基因印記
H19是位于人11p15.5染色體區域的印記型基因，可能是一種與腫瘤發生呈負相關的基因。11p15.5是人類最大的基因基因簇集區域之一，近年來的研究表明H19與腎母細胞瘤、胚胎性橫紋肌肉瘤呈現負相關[10]。 并且H19基因在高分化侵襲力弱的腫瘤細胞中不表達，而在低分化高侵襲力的腫瘤細胞中大量表達。葡萄胎中當H19基因丟失會增加惡性傾向的的發生機率[11]。Li[12] 報道了肝癌和肝胚胎瘤都有IGF2的啟動子和LOI（Loss of Imprinting）的表達異常。IGF2在我們人類有四個啟動子，其中啟動子Ⅰ是非印記基因，主要是啟動非等位基因的表達，例如人肝臟IGF2的表達。而啟動子Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是印記化基因，可以啟動單等位基因的表達，主要在胚胎期具有活性。如果成年肝臟出現P2、P3和P4的激活表達，并且伴隨LOI的出現，則與肝癌的發生密不可分。如果胚胎期的IGF2發生了LOI則大大提高了發生肝胚胎細胞瘤的可能性。由此可見基因印記的發生與其發育的不同階段對于腫瘤類型以及發生有不同的影響，也就是具有發育階段的特異性。
2.4 微小RNA
Yanaihara等[13]研究發現，肺癌腫瘤細胞與正常細胞比較有43種微小RNA的差異，28種表達下降，15種表達上升，這些變化的微小RNA大部分處于基因的缺失、擴增、轉位的高發區域。其中49%的微小RNA在復發的和沒有復發的非小細胞肺癌中出現表達差異。由此我們可知，特殊的微小RNA表達譜可以預測肺癌的預后情況。馬兆龍等[14] 利用實時定量PCR及微小RNA芯片技術檢測乙肝病毒相關性肝癌組織、乙肝肝硬化組織、人類正常肝臟細胞中的微小RNA表達譜的差異，發現乙肝相關性肝癌組織、乙肝肝硬化組織兩者與正常的肝細胞的微小RNA相比較，前兩者的表達超過正常2倍的微小RNA有6個，下調超過2倍的微小RNA有8個。與正常肝細胞相比有明顯差異的微小RNA，在乙肝肝硬化和乙肝病毒相關肝癌中在表達量上無明顯差別。故推測微小RNA表達的出現可能表明了這一病理進程：乙肝病毒感染肝硬化肝癌的必然進程，而微小RNA的表達的出現是此進程的使動因素。Kota等[15]研究表明，恢復在肝細胞肝癌中表達下調的微小RNA的表達水平可以抑制腫瘤的進一步發展。由此進一步證實了，微小RNA在惡性腫瘤發生中的重要作用
3.結語
綜上所述，DNA甲基化、組蛋白、基因印記、微小RNA等表觀遺傳修飾的異常在惡性腫瘤發生、發展中有著不可或缺的作用。由此我們可以據此對惡性腫瘤的早期診斷，治療以及預后的判斷。由于部分表觀遺傳修飾的可逆性，對于惡性腫瘤的治療，一些甲基化轉移酶抑制劑和去乙酰化抑制劑在臨床中的良好的治療效果，要求我們對于各種表觀遺傳修飾與腫瘤病因之間關系仍需要進行深入研究，從而明確腫瘤發生過程中的重要靶標.更好的做好早期篩查和診斷，以及治療，為此更好地為惡性腫瘤的診斷治療提供更好的理論基礎途徑。我們相信，隨著表觀遺傳學以及惡性腫瘤等相關學科的深入研究，表觀遺傳修飾將成為惡性腫瘤篩查，早期診斷以及靶向治療提供新的科研途徑。
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表觀遺傳學研究范文6
[關鍵詞] 胃癌；遺傳學；表觀遺傳學；非編碼RNA；DNA甲基化；組蛋白修飾
[中圖分類號] R735.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2013）07（a）-0043-04
胃癌是消化道最常見的惡性腫瘤之一，在全球腫瘤死亡原因中排名第二，其5年生存率在10%左右[1]。胃癌的發生與發展是多種因素交互作用的結果，包括環境、飲食、遺傳、幽門螺桿菌感染、慢性炎癥浸潤、癌前病變等。隨著人們對胃癌研究的不斷加深，遺傳因素及表觀遺傳因素已經成為研究中的熱點，對于胃癌的發病機制、細胞免疫與防御、細胞分化及預防治療等方面具有十分重要的意義，本文就其研究進展做一綜述。
1 表觀遺傳學
表觀遺傳學是研究細胞分裂增殖過程中，不改變相關基因的DNA序列而影響相關基因的表達，這種改變能通過有絲分裂和減數分裂進行遺傳的一門學科[2-3]。表觀遺傳的變化在腫瘤的發生、發展、復發、預測預后的價值已經得到了證實[4-7]。表觀遺傳學的范疇包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA的改變等。
1.1 DNA甲基化與胃癌
DNA甲基化是指在DNA甲基轉移酶（DNMT）的作用下，將甲基由S-腺苷甲硫氨酸轉移到胞嘧啶5位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶[8]。胃癌中存在很多癌相關基因的甲基化，在胃癌形成的各個階段都能檢測到DNA甲基化的存在[9]。Cooper等[5]對包括220份慢性萎縮性胃炎、196份腸上皮生化、134份胃腺瘤、102份不典型性增生和202份胃癌及其癌旁組織和相應血液標本，采用甲基化特異性聚合酶聯反應（methylation-specific PCR，MSP）檢測RUNT相關轉錄因子3（RUNX3）啟動子的甲基化狀態。結果發現RUNX3的甲基化水平與胃癌的發生發展有關，從萎縮性胃炎（15.9%）到腸上皮生化（36.7%）、胃腺瘤（41.8%）、不典型性增生（54.9%）、胃癌（75.2%），甲基化水平逐漸提高，RUNX3基因甲基化在血清中檢測到的水平與胃癌組織中的水平顯著一致，表示循環RUNX3基因甲基化可作為標志物檢測早期胃癌并有望用于胃癌的篩查。
既然檢測DNA甲基化可能用于胃癌的早期診斷，那么甲基化與胃癌的臨床病理特征、預后及治療是否存在某種聯系呢？賈安平等[10]應用甲基化特異性PCR（MSP）檢測74例胃癌組織p16基因的啟動子CpG島的甲基化狀態，發現胃癌組織中p16基因的甲基化陽性率為56.8%，腫瘤分期晚、有淋巴結轉移的陽性率更高。Guo等[11]使用MSP的方法檢測了92例胃賁門腺癌RASSF1A基因啟動子甲基化的情況，其中54例的出現異常甲基化，隨著胃癌的進展，其甲基化率也逐漸增高。表明p16基因及RASSF1A基因甲基化可能與胃癌的病期相關。姜蕊等[12]在54例胃癌組織中檢測鈣黏蛋白（E-cadherin）基因的異常甲基化，發現E-cadherin基因啟動子異常甲基化頻率為48.1%，顯著高于癌旁正常組織中的11.11%，并隨疾病進展而進一步提高。E-cadherin異常甲基化狀態與患者的性別及年齡均無關，而與胃癌的分化程度、病例類型、浸潤深度及淋巴結轉移、臨床分期有關。提示胃癌組織中E-cadherin基因甲基化狀態可幫助判斷胃癌分化程度、進展情況，及預測預后。Sugita等[13]又對轉移復發性胃癌異常甲基化與化療療效相關性進行了研究，分析80例手術治療后發生轉移或復發的患者，使用氟尿嘧啶為基礎的化療。發現存在BNIP3（Bcl-2/adenovirus E1B 19 kDa-interacting protein 3）和DAPK（death-associated protein kinase）基因甲基化的患者總生存期（OS）及無進展生存期（PFS）較短，且對化療的反應率較低。可見DNA甲基化與胃癌發生、發展和預后之間有著密切的關系，進一步研究DNA甲基化的機制，全面繪制DNA甲基化譜，可能對于胃癌的篩查、早期診斷、療效預測及預后判斷有幫助。
1.2 胃癌與組蛋白修飾
組蛋白是存在于真核生物體細胞染色質中的一組進化上非常保守的堿性蛋白質，含精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸較多，是由德國科學家A.柯塞爾于1834年首先發現的。常見的組蛋白修飾方式有乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等。研究發現組蛋白修飾與其他表觀遺傳學改變共存于胃癌中，現在以乙酰化、甲基化、磷酸化研究最多[14]。
組蛋白磷酸化 組蛋白磷酸化是在組蛋白尾區加入帶有負電荷的PO4基團，常發生于真白的絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸殘基上，并且是可逆性修飾。其在有絲分裂、細胞死亡、DNA損傷修復、DNA復制和重組過程中有著直接的作用[15]。Fehri等[16]發現幽門螺桿菌可以誘導組蛋白H3絲氨酸10（H3S10）磷酸化水平降低，從而調節細胞周期，與幽門螺桿菌誘導胃癌發生相關。
1.2.1 組蛋白甲基化 組蛋白甲基化的位點多位于組蛋白H3和H4的精氨酸及賴氨酸殘基上，其甲基化方式有單甲基化、雙甲基化、三甲基化。其中H3-K4三甲基化的缺失、H3-K9甲基化和H3-K27三甲基化，這些甲基化改變在腫瘤早期出現并隨腫瘤進展變化而改變[17]。這些都與胃癌的發生發展有著密切的關系。
1.2.2 組蛋白乙酰化 組蛋白乙酰化是組蛋白乙酰基轉移酶將乙酰輔酶A乙酰基部分轉移到核心組蛋白氨基末端特定賴氨酸殘基上。一般認為組蛋白乙酰化與基因激活相關，而組蛋白去乙酰化與基因沉默或抑制有關。Mitani等[18]通過對29例胃癌組織標本的分析，發現組蛋白H3去乙酰化可以抑制抑癌基因p21（WAF1/CIP1）的表達，而對乙酰化抑制劑處理后，胃癌細胞組蛋白乙酰化水平升高，從而誘導p21（WAF1/CIP1）的表達上調。
總之，特定的組蛋白修飾與特定的基因激活或抑制相關，組蛋白修飾在基因調控中起著重要作用。進一步研究組蛋白修飾及其與基因調控的關系，有利于腫瘤發病機制研究，開發新的抗腫瘤藥物，例如去乙酰化抑制劑等。
1.3 胃癌與非編碼RNA
非編碼RNA是指參與蛋白質翻譯過程，不被翻譯成蛋白質的RNA，如tRNA、rRNA、miRNA、snRNA等，而miRNA是目前研究的熱點。miRNA（microRNA）屬于非編碼RNA的一種，是內源性非編碼小RNA。miRNA是長約18-26nt的單鏈RNA分子，起始于pri-miRNA，pri-miRNA在核內被Drosha酶復合體切割為miRNA前體，經轉運蛋白expoin5的作用下，從核內運輸到胞質，再由Dicer酶進一步切割成miRNA[19]。Wu等[20]應用RT-PCR的方法檢測了30例胃癌組織和配對正常組織的60個候選miRNA，從中篩選出5個miRNA（miR-125a-3p， miR-133b， miR-143， miR-195，miR-212），經過ROC分析表明miR-195和miR-212對于預測是否發生淋巴結轉移具有較高的敏感性和特異性。Brenner等[21]通過從45例胃癌患者手術標本中提取RNA，再通過QRT-PCR（Quantitative real-time polymerase chain reaction）的方法檢測發現，miR-451、miR-199a-3p、miR-195在預后良好及預后不良的患者中，表達存在差異，表達高的患者復發率高、預后差。miR-451、miR-199a-3p、miR-195可以作為胃癌預后的預測因子。Konishi等[22]對胃癌患者的血漿檢測發現miR-451和miR-486的濃度在術后分別下降90%和93%，表明miR-451和miR-486可能作為血液學檢查的手段用以篩查胃癌。
miRNA的種類很多，對胃癌的作用途徑多種多樣，表1列舉了部分miRNA與胃癌的發生發展、治療及預后之間的關系。隨著對于miRNA作用機制的進一步深入研究，有望使miRNA成為胃癌診斷及預后預測的新的生物學標記，還可能使其成為藥物標靶或模擬其進行新藥研發，為胃癌治療提供一種新的手段。
2 遺傳學改變
遺傳學改變是指基于基因序列改變而導致的基因表達水平的變化，如基因突變、基因雜合丟失和微衛星不穩定等。其中尤其以單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）最為常見。SNP影響并改變了某些正常的炎癥過程、免疫調節、DNA合成及修復等病理生理過程，而這些變化最終導致胃癌的發生。
2.1細胞因子及酶的基因多態性與胃癌
細胞因子是免疫細胞產生的一大類能在細胞間傳遞信息、具有免疫調節和效應功能的蛋白質或小分子多肽。主要包括白介素（IL）、腫瘤壞死因子（TNF）、表皮生長因子（EGF）、轉化生長因子（TGF）、基質金屬蛋白酶（MMP）、環氧合酶（COX）等。Guo等[29]通過分析中國北方人群胃賁門腺癌患者的轉化生長因子-β1（TGF-β1）基因多態性，發現患者中-509T和869C基因型和等位基因分布較健康人群明顯升高，與非攜帶者相比，攜帶者發生Ⅲ期和Ⅳ期腫瘤的風險增加。有研究發現，IL-10的-1082G等位基因與胃癌高風險相關[30]，Sun等[31]研究發現，IL-10的基因多態性分析中-1082G等位基因使胃癌患者發生惡液質的風險顯著增加。宋傳貴等[32]對福建地區102例完整隨訪的胃癌患者進行MMP-1基因多態性的基因型鑒定發現，2G/2G基因型可能是影響福建地區胃癌患者生存的不良預后因子之一，與含1G基因型相比，2G/2G等位基因攜帶者發生肝臟轉移的機會明顯增大。殷霞麗等[33]通過對118例胃癌患者的COX-2基因啟動子區-1195G>A的多態性研究發現-1195G>A基因型與腫瘤大小及浸潤深度明顯相關，其中-1195A提示存在腫瘤大、浸潤深度深的高風險，同時與COX-2免疫組化表達存在顯著相關性。
2.2 DNA修復基因多態性與胃癌
DNA損傷修復是一個非常復雜的過程，維持基因穩定性和細胞正常功能的中心環節主要是DNA修復能力，如果相關修復基因發生突變，就會導致整個基因組DNA修復能力下降，從而引起細胞增殖和分化失控，導致腫瘤發生[34]。Yuan等[35]通過分析160例胃癌患者與其對照組的X射線損傷修復交叉互補基因1（XRCC1）的基因多態性分布，發現攜帶XRCC1 194Trp基因型的個體患胃癌風險增高，可能是由于該變異影響了XRCC1蛋白的修復功能。
2.3抑癌基因多態性與胃癌
抑癌基因是一類調控細胞生長、抑制腫瘤表型表達的基因，可通過純合缺失或失活而引起細胞惡性轉化。p53基因作為重要的腫瘤抑制基因，在腫瘤的發生、發展中都具有重要作用。Song等[36]通過大規模的病例對照研究發現p53-72Pro.Pro基因型的個體患胃癌的風險增加。而Shirai等[37]的研究也表明該基因型的胃癌化療效果及預后差、容易發生遠處轉移。
2.4其他基因多態性與胃癌
除了上述各種遺傳基因多態性與胃癌的發生發展及預后密切相關，還有多種胃癌易感基因。在中國人群中研究發現，前列腺干細胞抗原基因（PSCA）的rs2294008T等位基因能顯著提高非賁門胃癌的發病風險，并且rs2294008T等位基因和rs2976392A等位基因與非賁門胃癌低分化和高級別有關[38]。而最近的一項薈萃分析通過對9個病例對照研究的分析，表明PCSA的rs2294008T等位基因和rs2976392A等位基因與非賁門或彌漫性胃癌的易感性有關[39]。Xu等[40]通過對929例中國胃癌患者超氧化物歧化酶2（SOD2）和谷胱甘肽巰基轉移酶（GSTP1）基因多態性研究發現，SOD2的rs4880 CT+CC基因型與淋巴結轉移高度相關，GSTP1的rs1695 GA+GG基因型與腫瘤大小關系密切，表明SOD2的rs4880 CT+CC基因型與GSTP1的rs1695 GA+GG基因型與胃癌的進展及侵襲性相關，而活性氧（ROS）的代謝途徑可能成為潛在的治療靶點。
2.5遺傳學改變研究中的一些問題
以上論述只是目前已發現頗具規模的胃癌易感多態性基因中的一小部分，然而只有PSCA等少數幾個基因與胃癌易感性的關系較為明確。其主要原因可能為：①目前胃癌關聯研究樣本普遍都很小[41]；②不同胃癌類型還受到表觀遺傳學的影響；③不良飲食、生活習慣和環境等外在因素促進甚至導致胃癌發生[42]；④胃癌家系成員生活環境和遺傳背景較一致，基于家系的連鎖分析是鑒定胃癌相關基因的比較簡單的方法，但是胃癌家系樣本難以獲得，并且通過家系定位的致病基因往往是該家族特異的，應用到群體中具有一定局限性。
因此盡量使病例同質化，采用較大規模的研究樣本和不同群體的驗證，并在分析時注意不良飲食、生活習慣及環境等外在影響因素，將有利于明確胃癌的易感基因。
3 總結
胃癌的發生是多基因遺傳和表遺傳共同作用的結果，通過研究遺傳和表遺傳改變發現了很多與胃癌的發生、發展及預后密切相關的因素，它們對于胃癌的早期診斷及預后判斷起著至關重要的作用，而阻斷這些遺傳和表遺傳改變的發生為胃癌的治療提供了更廣闊的研究和發展空間。
近年來的遺傳學和表觀遺傳學研究主要集中在胃癌的早期診斷及預后預測方面，但是其中大多數研究僅針對單個位點或者單個基因多態性的變化上，很少有研究其相互關聯的變化對胃癌的影響。而且這些檢測運用于臨床前，其敏感性及特異性也有待進一步明確。對于那些被發現可能成為潛在治療靶點的基因位點，需要更多更大的重復性研究來確定它的真實可靠性，而后才是更深入地去發現通過何種手段去阻斷及干預。隨著研究的不斷深化，基因與基因、基因與環境之間的相互作用將被更深入地解析，利用基因分析的方法來評估個體胃癌風險，制定更加個體化的治療方案是未來研究的方向。
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