表观遗传学研究方法范文
时间：2024-01-13 16:28:10
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篇1
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5.以人类血型为遗传学案例教学的思考与实践
6.表观遗传学药物的研究进展
7.表遗传学几个重要问题的述评
8.构建优质教学体系,促进《遗传学》精品教育
9.小鼠毛色遗传的控制机制及其在遗传学教学中的应用
10.肝癌发生的分子遗传学和表遗传学研究
11.景观遗传学原理及其在生境片断化遗传效应研究中的应用
12.以遗传信息为主线的遗传学教学架构及与其他课程的衔接
13.认知过程中的表观遗传学机制
14.我国高校遗传学教材的出版与使用现状的调查
15.表观遗传学:生物细胞非编码RNA调控的研究进展
16.表观遗传学视角下运动干预阿尔茨海默病的机制分析
17.遗传学与基因组学整合课程探讨
18.表观遗传学研究进展
19.癫痫表观遗传学研究进展
20.不仅仅是遗传多样性:植物保护遗传学进展
21.利用文献精读教学新模式优化遗传学教学
22.2015年中国医学遗传学研究领域若干重要进展
23.发展行为遗传学简介
24.光遗传学技术应用于动物行为学在神经回路中的研究进展
25.表遗传学推动新一轮遗传学的发展
26.生物教育专业《遗传学》教学改革的探索
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28.肿瘤表观遗传学研究热点的聚类分析
29.浅谈高校《遗传学》课程教学改革与实践
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32.孟德尔豌豆基因克隆的研究进展及其在遗传学教学中的应用
33.表观遗传学在肺癌诊治中的研究进展
34.人格行为遗传学研究的两类取向
35.害虫遗传学控制策略与进展
36.表观遗传学及其应用研究进展
37.阿尔兹海默病的表观遗传学机制及相关药物研究
38.胃癌遗传学及表遗传学研究进展
39.遗传学在胆管细胞癌发展中的重要性
40.子痫前期表观遗传学研究进展
41.行为遗传学:从宏观到微观的生命研究
42.遗传学史在遗传学教学中的作用
43.男性不育的遗传学评估
44.表观遗传学与肿瘤干细胞
45.开放式教学在遗传学实验教学中的探索与实践
46.表观遗传学调控与妇科肿瘤发生、演进及治疗的研究进展
47.规律运动干预人类衰老过程的表观遗传学机制研究进展
48.表观遗传学及其在同卵双生子研究中的新进展
49.分子群体遗传学方法处理鲤形态学数据的适用性
50.番茄果重数量性状基因的研究进展及在遗传学教学中的应用
51.遗传学教学中遗传学史及科学方法论的教育
52.景观遗传学:概念与方法
53.孤独症的遗传学和神经生物学研究进展
54.肺癌表观遗传学的研究进展
55.肿瘤的表观遗传学研究
56.遗传学课程群的设置和思考
57.《遗传学》课程的建设与优化
58.表观遗传学在中枢神经系统退行性疾病中的研究进展
59.遗传学实验教学体系的改进
60.肝癌表观遗传学研究进展
61.保护生物学一新分支学科——保护遗传学
62.表观遗传学在淋巴系统肿瘤研究中的新进展
63.大肠癌的表观遗传学研究进展
64.重视经典遗传学知识体系构建和学生自学能力的培养
65.植物化学遗传学:一种崭新的植物遗传学研究方法
66.关联分析及其在植物遗传学研究中的应用
67.表观遗传学及现代表观遗传生物医药技术的发展
68.三阴性乳腺癌与表观遗传学研究现状
69.构建培养新型医学人才的医学遗传学课程体系改革
70.骨髓增生异常综合征的遗传学检测研究进展
71.钉螺遗传学及其生物学特性的研究进展
72.羞怯:来自行为遗传学的观点
73.遗传学探究性实验教学的思考及实践
74.“教学、实践、科研、临床”四位一体的医学遗传学教学体系建设探索与实践
75.国内高校遗传学教材发展研究
76.男性生殖遗传学检查专家共识
77.肿瘤表遗传学研究的进展
78.创新性遗传学大实验对提高大学生综合能力的研究
79.白内障表观遗传学研究的现状及进展
80.遗传学研究性实验教学模式探索与创新人才培养
81.表观遗传学在木本植物中的研究策略及应用
82.高通量测序技术结合正向遗传学手段在基因定位研究中的应用
83.激发与培养学生学习遗传学兴趣的教学途径
84.从表观遗传学开展复杂性疾病证候本质的研究
85.蓝藻分子遗传学十年研究进展
86.建设遗传学课件体系 提高多媒体教学质量
87.表观遗传学与肿瘤
88.原发性肝癌的表观遗传学及其治疗
89.青少年焦虑、抑郁与偏差行为的行为遗传学研究
90.儿童孤独症的遗传学研究进展
91.本科生遗传学实验教学的改革探讨
92.与闭经有关的遗传学问题
93.多媒体教学在遗传学“三点测验”教学中的实践
94.一个实用的群体遗传学分析软件包——GENEPOP3.1版
95.论从“肾为先天之本”到“中医遗传学”
96.《遗传学》多媒体教材的编写与实践
97.肺癌的表观遗传学研究进展
篇2
近年研究表明，高等生命遗传信息的复杂性不仅在于基因组有更多的结构蛋白基因编码，还在于基因表达调控机制的复杂性。因此基因表达调控是现代分子生物学的核心。其主要探讨在不改变DNA序列的条件下改变基因的表达，这种改变不仅可以影响个体的发育，还可以遗传，因此表观遗传学(epigenetics)应运而生。表观遗传是指DNA序列未发生改变，而基因表达发生了可遗传的改变[1]。表观遗传改变从3个层面上调控基因的表达[2]，
1.DNA修饰：DNA共价结合一个修饰基团，例如甲基基团(CH3)，使具有相同序列的等位基因处于不同的修饰状态;
2.蛋白修饰：通过对蛋白进行修饰或者改变蛋白的空间构象来调控基因的表达，例如组蛋白乙酰化等;
3. 非编码RNA的调控：由非编码的RNA通过某些机制对基因转录或转录后进行调控，例如RNA干扰(RNA interference，RNAi)。
表观遗传学研究的内容非常广泛，涉及染色质重塑、DNA甲基化、X染色体失活和非编码RNA调控等[2]，目前研究最充分的表观遗传改变是DNA甲基化。
表观遗传学被Feinberg[3]认为是现代医学的中心，这是因为其有助于解释个人的遗传背景、环境因素、老龄化和疾病发生之间的关系。表观遗传学可以完成这样的工作是因为虽然DNA序列没有发生改变，但是表观遗传状态在人的一生中和不同的组织中是不同的，并且随着细胞逐渐适应人体内部环境和外部环境的改变，表观遗传机制将会通过对基因表达的编程和再次编程过程将这些改变记录下来[3]。
对于人类疾病，表观遗传学认为那是由于正常表型可塑性被破坏的结果。表型可塑性是指同一基因型受环境的不同影响而产生的不同表型，是生物对环境的一种适应。表型的改变包括行为、生理、形态等[4]。第一个由表观遗传学机制引起的人类疾病的例子就是癌症。1983年，研究发现与同一个患者正常的粘膜组织相比，结肠癌细胞DNA存在全面的去甲基化改变[5]。去甲基化被认为可以导致癌症基因的异常活跃，同时引起遗传不稳定性和染色体重组[6]。接着在癌症抑癌基因的启动子上发现存在高度甲基化[7～9]。
流行病学是关于人群疾病的研究，而疾病表观遗传学的进步只能来源于一门新兴的交叉学科，即表观遗传流行病学[3]。目前对表观遗传流行病学还没有公认的定义，Waterland and Michels[10]认为表观遗传流行病学是研究疾病发生危险与表观遗传变异之间关联的科学，而Jablonka[11]认为暂时的，表观遗传流行病学可以被定义为“研究可遗传的表观改变对疾病发生和分布的流行病学分支”。表观遗传流行病学在传统的流行病学病例对照研究、暴露测量和风险评估上做了一些改进。其所增加的表观遗传测量和统计学上的革新，主要是为了解决某些表观遗传方式不符合孟德尔遗传定律的问题。例如，某些印迹基因，其等位基因表达与否与其是来自于父亲还是母亲有关，这需要新的模型分析技术。
在表观遗传流行病学领域进行的第一项研究，是由De Baun等[12]建立的一个以人群为基础的脐疝巨舌巨人症综合征，beckwithwiedemann syndrome，BWS)登记系统。BWS临床表现为胚胎和胎盘过度增长、正中腹壁缺陷、耳垂皱纹或耳轮小凹、新生儿低血糖症、Wilms瘤和其他胚胎肿瘤的发生危险增加，例如肾上腺皮质癌、胚胎性横纹肌肉瘤和肝母细胞瘤等。BWS是了解肿瘤表观遗传学的经典范例，因为它是由少数几个基因发生表观遗传改变而导致的罕见家族性疾病。DeBaun等[12]设计了一个BWS登记系统，由一组专家通过对临床症状、家族史资料和医院病历进行严格调查，最终获得了数百个BWS家庭。研究将BWS每个临床体征发生的危险与每个遗传缺陷联系起来，第一个遗传缺陷就是胰岛素样生长因子II(insulinlike growth factorII， IGF2)基因发生印迹丢失(loss of imprinting，LOI)的改变。IGF2是一个印迹的生长因子基因，正常情况下只有遗传自父亲的等位基因才会表达，但是在BWS中，来自父亲和母亲的等位基因都表达了。这项研究最重要的结果是，虽然只有大约15 %的BWS患者出现IGF2基因的LOI改变，但是该研究将癌症的发生与表观遗传改变特异的联系在一起[12]。这是第一个以人群为基础将表观遗传暴露与肿瘤的发生特异的结合起来的范例，从流行病学角度探讨表观遗传学改变导致人类肿瘤发生机制的实例[12]。同时研究还将其他的表观遗传改变与BWS其他表型联系起来，将长QT内含子转录子1基因(long QT intronic transcript1，LIT1)基因的印迹丢失和细胞周期素依赖性激酶(cyclindependent kinase inhibitor，P57KIP2)基因突变与过度增长和正中腹壁缺陷联系起来，将单亲二倍体本身与低血糖症联系起来[12]。
二、表观遗传流行病学假说
由于表观遗传流行病学是一门新兴的交叉学科，其学科定义、发展方向和基本理论受到其前身学科流行病学和表观遗传学的影响。流行病学的发展方向虽然不断扩展，但其根本的学科定义和基本理论已经相当成熟。而表观遗传学这个学科名称虽然已经沿用了大约60年，但是学科领域正在不断扩展，其学科定义的内涵比较大而外延还在不断延伸中。因此作为下游学科的表观遗传流行病学的理论也在不断更新。目前表观遗传流行病学有若干假说，但是这些假说之间关系究竟是何种关系，还有待于进一步验证，本文仅提出两个相对成熟的假说。
1.年龄相关性疾病和常见疾病遗传和表观遗传学假说:现代医学更多关注的是减缓或减轻衰老造成的结果，而不是逆转和消灭疾病，因为对人类所有组织和器官的功能将随着时间的推移而逐渐衰退。有人将衰老定义为在相当一段时间内的表型可塑性的缺失[2]。这种可塑性的缺失会使得一些与潜在的与遗传变异相关的疾病的作用被加强，表现为部分与年龄相关常见疾病的发生，例如心脏病、糖尿病等。但是什么导致了这种表型可塑性缺失?这种缺失与疾病易感性位点的DNA甲基化水平是否存在相互关联?
Bjornsson等[13]提出了一个模型，可以从表观遗传学角度回答上述问题，这就是常见疾病遗传和表观遗传学模型(common disease genetic and epigenetic model，CDGE)。这是一个疾病遗传易感性模型，同时包括一个表观遗传因素与其相互作用。环境因素作用改变了DNA和染色质上的表观遗传学标志，例如DNA甲基化依赖于从膳食摄入的蛋氨酸和叶酸，后二者都受到个体营养水平的影响。对小鼠的研究发现，降低膳食中蛋氨酸的水平，可以通过改变agouti基因的DNA甲基化水平而改变其毛发的颜色[14]。给大鼠简单地摄入低蛋氨酸水平的膳食，可以通过导致其DNA发生去甲基化的方式，诱导其更容易发生肝癌[15]。
在CDGE模型中，表观遗传学组还可以间接地与基因组相互作用。一些因素如DNA甲基化转移酶I和MeCP2蛋白是由基因表达产生，如果基因存在变异，可以通过影响DNA甲基化机器的保真度来影响疾病的易感性。这一机制来自新杆状线虫蠕虫实验。研究发现，遗传变异可以影响很多信号途径，这些途径似乎与编码染色质重塑的基因有关[16]。反过来，一些常见的DNA变异所编码的突变蛋白，如果由于表观遗传学原因没有被表达，也不会产生生物学作用。一个非常明显的例子是Rutherford和Lindquist[17]进行的果蝇实验，通过热休克。这一种外界刺激，可以提高果蝇表观遗传学的筛选能力，从而允许一些潜在突变基因表达的频率更高，但是对生物体本身不会产生严重影响。
对一组不同年龄的同卵双生子同胞的研究发现，提示与年轻的同胞对相比，年龄较大的同胞对个体之间表观遗传学标志物，例如DNA甲基化水平的不一致性更大[18]。但是，这项研究没有探讨同一个个体不同时期的表观遗传改变情况，所以我们不知道这是由于DNA甲基化水平的变化，还是他们本身就有差异。后来的一项研究没有发现DNA甲基化水平的变异与年龄之间存在相关，但是这项研究同样的也没有分析单个个体的甲基化水平是否随时间发生变化[19]。
CDGE提供了一个流行病学框架，通过这个框架将表观遗传学引入到疾病年龄相关易感性的遗传研究。在CDGE模型中，表观遗传学编码可以修正有害基因的效应或者受到异常环境因素的影响。因此，将表观遗传学引入到人类疾病的流行病学研究中，有助于解释基因组和环境因素之间的关系，还可以为疾病预防和治疗提供新的线索。
2.疾病和健康的发育源性假说:在近40年内，越来越多的流行病学研究提示胎儿宫内生长环境对其一生健康和疾病状况有着重要的作用。Forsdahl[20]首先通过队列研究发现，挪威40～69岁人群年龄调整心血管疾病(cardiovascular disease， CVD)死亡率与同一人群婴儿死亡率呈正相关关系。这一结果提示宫内环境因素决定了个体今后发生CVD的风险。随后Barker和Osmond[21]发现，在英格兰和威尔士，新生儿死亡率高的地区，成年人冠心病(coronary heart disease，CHD)死亡率也比较高，提示宫内环境是一个重要的中间变量。
在英国赫特福郡进行的一次回顾性研究发现，新生儿出生体重与CHD病死率之间存在负相关[22]。随后大量的研究结果都提示，新生儿低出生体重与心脏病[23]、高血压[24]、II型糖尿病[25]的发病危险增加有关，此外新生儿低出生体重还与异常的血糖胰岛素代谢[25]和血清胆固醇浓度[26]变化有关。
宫内环境除了与上述成年期慢性疾病发病危险增加有关，还有假说认为与成年期癌症的发生有关。1990年Trichopoulos[27]认为，乳腺癌的发生可能与个体胎儿时期宫内因素暴露有关。新生儿高出生体重与其今后发生乳腺癌的危险性增高有关[28，29]。此外，儿童白血病和癌也与新生儿高出生体重有关[30]。因此，有学者提出，胎儿在宫内暴露于较高的生长激素水平，可能会启动一些潜在的生物学机制，使得新生儿的出生体重和细胞增殖增加，为成人期发生心脑血管疾病、癌症和其他慢性病设定了相应的风险[29]。
不同的研究采用不同的观察终点都提示了胎儿早期宫内环境暴露与其今后的疾病状况存在关联。Lucas[31]用“编程”一词来描述在胎婴儿发育的关键或敏感时期，外界的刺激或伤害将对个体出生后造成永久的或长期的影响。Waterland和Garze[32]采用“代谢性印迹”来描述在生命的早期，胎婴儿在特定的敏感时期，对特定的营养水平的适应性反应，这种反应将会在该个体的成年期长期存在。此外代谢性印迹还提出宫内暴露和结局之间的关系是特异的和可测量的，并且可以用剂量反应关系或阈值关系来表示。
2004年，Lucas和Gluckman等[31～34]提出了人类健康和疾病的发育源性假说(developmental origins of health and disease，DOHaD)，即在哺乳动物出生前和出生后发育的关键时期，营养和其他环境刺激将对哺乳动物的发育进程产生影响并且在代谢和慢性疾病易感性上引起永久的改变。尽管很多人群流行病学和动物模型实验数据支持这个假说，但是关于该假说的生物学机制目前还不清楚。Waterland等[10]认为要理解DOHaD的生物学机制，就需要对表观遗传学的定义有个清晰的界定，应当接受Jaenisch和Bird[35]关于表观遗传学的新定义，即表观遗传除了遗传基因表达的改变外，还应当包括遗传基因表达改变的可能性。这个定义上的微小改变是非常关键的，这样表观遗传不仅能遗传基因的表达情况，还可以将应对细胞外信号反应而改变基因表达水平的能力进行遗传。Waterland等[10]认为，不同的引起个体间表观遗传变异的因素都可以导致疾病的发生，除了遗传和表观遗传外，随机性也可以影响个体表观遗传调控的建立。在表观遗传机制建立和成熟过程中，环境刺激对出生前和出生后早期的表观遗传水平有着重要的影响，所产生的错误信息在以后的表观遗传复制中被不断积累，最终导致个体随着年龄的增长而表观差异变得越来越大，一些个体更容易发生疾病。
目前大多数关于DOHaD的人群流行病学研究，都是采用出生体重作为新生儿营养水平和宫内发育的标志，尽管出生体重的结果很容易获得，但是对宫内发育来说这个指标还比较粗，会受到很多因素的影响。今后需要采用一些能够反映代谢性印迹的分子生物学标志物对DOHaD假说进行研究。
三、表观遗传流行病学研究常用的指标
前面已经提及，表观遗传学涉及的研究内容非常广泛，目前研究最充分的是DNA甲基化水平的改变，这也是表观遗传流行病学最为常用的指标。DNA甲基化是一种可遗传的表观遗传改变，并且在基因的转录表达抑制、X染色体失活、基因印记和基因组稳定中发挥作用。异常的甲基化水平改变与许多疾病的发生有关，包括出生缺陷、肿瘤、糖尿病、心脏病和神经系统疾病[36]。甲基化反应通常发生在DNA序列中位于鸟嘌呤之前的胞嘧啶碱基上，后者通常被称为CpG双核苷酸。DNA甲基化是在DNA复制后形成，在胞嘧啶环的第5位碳原子上共价结合的一个甲基，从而形成甲基化胞嘧啶。发生这种表观遗传学改变的胞嘧啶占到了哺乳动物基因组总胞嘧啶数的5 %，并且这种改变虽然不是DNA序列的改变，但是可以遗传。DNA甲基化反应是由一组DNA甲基化转移酶(DNA methyltransferases，DNMTs)催化，并且利用S腺苷蛋氨酸(SAM)和DNA作为反应的底物。蛋氨酸、胆碱、叶酸和维生素B12可以直接的提供或者再生甲基单位，并且被证实可以影响DNA的甲基化水平[37]。
对于DNA甲基化的研究，目前有很多方法，黄琼晓等[38]将这些方法大致分为两类：一类是从DNMTs的角度，另一类是从DNA甲基化水平的角度进行研究，后者又分为全基因组甲基化水平和位点特异性甲基化水平。目前表观遗传流行病学较多采用全基因组甲基化水平作为指标。
由于叶酸可以作为一碳单位的载体参与蛋氨酸循环，为甲基化反应提供甲基单位[37]，因此很多表观遗传流行病学研究开始探讨叶酸增补对甲基化水平的影响及与肿瘤发病危险之间的关系。例如Rampersaud等[39]的研究发现，叶酸缺乏会显著降低全基因组甲基化的水平。Pufulete等[40]研究发现，与安慰剂组相比，结肠癌病例每日增补400 μg/d叶酸可以使得白血球全基因组甲基化水平升高31 %，结肠粘膜组织细胞全基因组甲基化水平升高25 %。
除了DNA甲基化外，研究比较充分的表观遗传学改变还有染色质重塑，例如丝氨酸的磷酸化、赖氨酸的乙酰化和赖氨酸的泛素化等[3]。但是，目前这些指标在哺乳动物的研究还很少，因此还未被表观流行病学所利用。
四、表观遗传流行病学的未来研究方向
现在越来越多的研究围绕着疾病表观遗传学进行了更加深入的分析，包括全基因组分析和更大人群的研究。这些研究依赖于分析技术的发展，这些技术可以在上百万个位点深入评价表观基因组的变化。Feinberg[3]研究常见疾病，如精神分裂症和孤独症所采用的方法是基于全基因组高通量芯片的相对甲基化水平分析(comprehensive high throughout arraybased relative methylation analysis， CHARM)。该方法用于分析全基因组两百万个以上CpG双核苷酸位点。
表观遗传流行病学目前仍然存在很多待解决的问题，例如在人群研究和动物模型中应当收集怎样的科学信息?发生改变的表观遗传状态是否稳定?它们是通过生殖细胞传递的吗?如果是，这种表观遗传改变将会持续多少代人?这些表观遗传改变是否可以被逆转?等等[11]。尽管表观遗传流行病学非常复杂，但是作为一个新兴的领域，丰富了经典流行病学研究的内容，使我们对人类疾病的病因和分布情况有了更加深入的了解，最终可以帮助解释基因组和环境因素之间的关系，为疾病预防和治疗提供新的线索。
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篇3
表观遗传学是研究没有DNA序列变化的情况下，生物的表型发生了可遗传改变的一门学科[2]。表观遗传学即可遗传的基因组表观修饰，表观修饰包括：DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、X染色体失活、基因组印记、非编码RNA调控等[3]，任何一方面的异常都可能导致疾病，包括癌症、染色体不稳定综合征和智力迟钝[4]等。表观遗传的改变是可逆的，这就为治疗人类疾病提供了乐观的前景。本文从表观遗传学与人类疾病、环境与表观遗传学的关系以及表观遗传治疗3个方面进行综述。
1 表观遗传学修饰与人类疾病
1.1 DNA甲基化相关疾病
DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶(DNMTs)的催化下，将甲基基团转移到胞嘧啶碱基上的一种修饰方式。它主要发生在富含双核苷酸CpG岛的区域，在人类基因组中有近5万个CpG岛[5]。正常情况下CpG岛是以非甲基化形式(活跃形式)存在的，DNA甲基化可导致基因表达沉默。DNMTs的活性异常与疾病有密切的关系，例如位于染色体上的DNMT3B基因突变可导致ICF综合征。有报道[6]表明，重度女袭性牙周炎的发生与2条X染色体上TMP1基因去甲基化比例增高有关。DNMT基因的过量表达与精神分裂症和情绪障碍等精神疾病的发生也密切相关。风湿性疾病等自身免疫性疾病特别是系统性红斑狼疮(SLE)与DNA甲基化之间关系已经确定[7]，在SLE病人的T细胞发现DNMTs活性降低导致的异常低甲基化。启动子区的CpG岛过度甲基化使抑癌基因沉默，基因组总体甲基化水平降低导致一些在正常情况下受到抑制的基因如癌基因被激活[8]，都会导致细胞癌变。
1.2 组蛋白修饰相关疾病
组蛋白的修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等，组成各种组蛋白密码。其中，研究最多的是乙酰化、甲基化。一般来说，组蛋白乙酰化标志着其处于转录活性状态;反之，组蛋白低乙酰化或去乙酰化表明处于非转录活性的常染色质区域或异染色质区域。乙酰化修饰需要乙酰化转移酶(HATs)和去乙酰化酶(HDACs)参与。组蛋白修饰酶异常可导致包括癌症在内的各种疾病，例如，H4K20的三甲基化是癌症中的一个普遍现象。甲基化CpG2结合蛋白2(MeCP2)可使组蛋白去乙酰化导致染色质浓缩而失活，其中Rett综合征就是MeCP2的突变所致。
1.3 染色质重塑相关疾病
染色质重塑是DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑复合物的共同作用。它通过影响核小体结构，为其他蛋白提供和DNA的结合位点[9]。其中染色质重塑因子复合物主要包括SWI/SNF复合物和ISW复合物。染色质重塑复合物如果发生突变，可导致染色质不能重塑，影响基因的正常表达，导致人类疾病。如果突变引起抑癌基因出现异常将导致癌症，例如：小儿科癌症中检测到SNF5的丢失。编码SWI/SNF复合物相关的ATP酶的基因ATRX、ERCC6、SMARCAL1的突变可导致B型Cockayne综合征、Schimke综合征甚至肿瘤。ATRX突变可引起DNA甲基化异常，从而导致数种遗传性的智力迟钝疾病如:X连锁α2地中海贫血综合征和SmithFinemanMyers综合征，这些疾病与核小体重新定位的异常引起的基因表达抑制有关[10]。
1.4 X染色体失活相关疾病
哺乳动物雌性个体不论有多少条X染色体，最终只能随机保留一条的活性。X染色体失活由X失活中心(Xic)调控，Xic调控X染色体失活特异性转录基因(Xist)的表达。X染色体的不对称失活可导致多种疾病，例如男性发病率较高的WiskottAldrich综合征是由于WASP基因突变所致。X染色体的PLP基因突变失活常导致PelizaeusMerzbacher病;X染色体的MeCP2基因突变失活导致Rett综合征[11]。在失活的X染色体中，有一部分基因因逃避失活而存在2个有活性的等位基因，使一些抑癌基因丧失功能，这是引发女性癌症的一个重要原因[12]。
1.5 基因组印记相关疾病
基因组印记是指二倍体细胞的一对等位基因(父本和母本)只有一个可以表达，另一个因表观遗传修饰而沉默。已知在人体中有80多种印记基因。印记丢失导致等位基因同时表达或有活性的等位基因突变，均可引起人类疾病。一些环境因素，如食物中的叶酸也会破坏印记。印记丢失不仅影响胚胎发育，并可诱发出生后的发育异常。如果抑癌基因中有活性的等位基因失活可导致癌症的发生，如IGF2基因印记丢失导致的Wilms瘤[13]。15号染色体的表观遗传异常可导致PraderWilli综合征(PWS)和Angelman综合征(AS)，PWS是由于突变导致父本表达的基因簇沉默，印记基因(如SNURF/SNRPN)在大脑中高表达所致;AS是由于母本表达的UBE3A或ATP10C基因的缺失或受到抑制所致。Beckwithweideman综合征(BWS)是11号染色体表观遗传突变引起印迹控制区域甲基化的丢失，导致基因印记丢失引起[14]。
1.6 非编码RNA介导相关疾病
功能性非编码RNA分为长链非编码RNA和短链非编码RNA。长链RNA对染色质结构的改变起着重要的作用。短链RNA对外源的核酸序列有降解作用以保护自身的基因组。小干涉RNA(siRNA)和微小RNA(miRNA)都属于短链RNA，在人类细胞中小片段的siRNA也可以诱导基因沉默。miRNA能够促使与其序列同源的靶基因mRNA的降解或者抑制翻译，在发育的过程中起着关键性作用。转录的反义RNA可以导致基因的沉寂，引起多种疾病，如使地中海贫血病人的正常球蛋白基因发生甲基化。由于miRNA在肿瘤细胞中的表达显著下调，P53基因可通过调控miRNA34ac的表达治疗肿瘤。在细胞分裂时，短链RNA异常将导致细胞分裂异常，如果干细胞发生这种情况也可能导致癌症。
2 环境表观遗传学
对多基因复杂症状性疾病来说，单一的蛋白质编码基因研究远远不能解释疾病的发生机理，需要环境与外界因素的作用才会发病。疾病是外界因素与遗传因素共同作用的结果。流行病学研究已经证实，人类疾病与环境有明确的关系，高血压、中风、2型糖尿病、骨质疏松症等疾病的发病率与环境有着密切的关系[15]。特别是在发育初期，不利的环境、 营养的缺乏都有可能导致出生低体重、早产、胎儿发育不成熟等[16]。环境与DNA甲基化的关系一旦建立，将为环境射线暴露与癌症发生提供依据[17]。
环境污染等不利因素均有可能增加基因的不稳定性，每个人对环境和饮食的敏感性可因先天遗传不同而不同，环境因素与个体遗传共同作用，决定潜在表观遗传疾病的危险性。有人推测上述因素肯定会在我们基因组上遗留下微量的基因表遗传学痕迹[1]。随着年龄增长，DNA甲基化等化学修饰改变也在长时间中错误积累，这也有助于解释为什么很多疾病总是在人进入老年后才发生。由此可见，如果改变不良生活习惯、减少环境污染，都有可能降低表观遗传疾病的发病率。因此研究环境与表观遗传改变的关系对于预防和治疗人类疾病都有着重要的意义。
3 表观遗传学药物
人类许多疾病都可能具有表观遗传学的改变，表观遗传学治疗研究如火如荼。已经发现许多药物可以通过改变DNA甲基化模式或进行组蛋白的修饰等来治疗疾病。目前，很多药物处于研制阶段，尽管其有效性尚未得到充分证实，但给癌症、精神疾病以及其他复杂的疾病的治疗带来了希望。
3.1 组蛋白去乙酰化酶抑制剂
目前发现的组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDAC Inhibitor)有近百种。其中FK228主要作用机制是抑制肿瘤细胞内组蛋白去乙酰化酶(HDAC)活性，引起乙酰化组蛋白的积聚，从而发挥抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞周期阻滞、促进细胞凋亡或分化等作用[18]。FK228单独用药或与其他药物或方法联合应用表现出良好的抗肿瘤作用，同时还可阻碍血管生成，具有抑制肿瘤转移、逆转耐药性、调节免疫力等作用。FK228还具有治疗炎症、免疫性疾病、视网膜新生血管疾病及神经系统等多种疾病的药理学作用。
3.2 DNA甲基转移酶抑制剂
核苷类DNA甲基转移酶抑制剂作用机理是在体内通过代谢形成三磷酸脱氧核苷，在DNA复制过程中代替胞嘧啶，与DNMTs具有很强的结合力。核苷类似物5氮杂胞苷(5azacytidine)是第一个发现的甲基化抑制剂，最初被认为是细胞毒性物质，随后发现它可抑制DNA甲基化和使沉默基因获得转录性，用于治疗高甲基化的骨髓增生异常综合征，低剂量治疗白血病。其他核苷类DNA甲基转移酶抑制剂有5氮2脱氧核苷(5aza2′deoxycytidine)，Zebularine(5azacytidine的衍生物)[19]，5Fluoro2′deoxycytidine，RG108，Procainamide，Psammaplins(4aminobenzoic acid衍生物)，MG98(寡聚核苷酸)等。DNA甲基化抑制剂Procainamide可用于抗心律失常。另外在茶叶和海藻中提取的EGCG也显示具有体外活性。临床中应用反义寡核苷酸对DNA甲基转移酶进行抑制正在进行实验。
3.3 联合治疗
DNA甲基化抑制剂与HDAC抑制剂联合应用治疗疾病可能具有协同作用。进行表观修饰治疗后的细胞可能对于化疗、干扰素、免疫治疗更具有敏感性。在癌症的治疗方面，应当包括遗传治疗和表观遗传治疗两个方面，同时运用两种或两种以上表观修饰的方法对病人进行治疗对人类疾病意义重大。
3.4 其他方法
人胚胎干细胞保留有正常基因印记，这些干细胞可能具有治疗意义[20]。另外，在女性细胞中非活性的X染色体中存在正常的野生型基因，如果选择正确的靶点，就有可能激活这个正常但是未被利用的野生型基因，从而对其进行基因治疗。有报道[21]运用RNAi技术沉默胰岛β细胞相关基因，抑制胰岛淀粉样形成可能用来治疗糖尿病。短链脂肪酸(SCFAs)丙戊酸钠用于抗癫痫，丁酸可用来治疗结肠癌[22]等。siRNA可在外来核酸的诱导下产生，通过RNA干扰(RNAi)清除外来核酸，对预防传染病有重要作用。目前，RNA干扰已大量应用于包括肿瘤在内的疾病研究，为一些重大疾病的治疗带来了新的希望。
4 结 语
从表观遗传学提出到现在，人们对表观遗传学与人类疾病的发生有了更深入的认识。人类表观基因组计划(human epigenome proiect，HEP)已经于2003年开始实施，其目的是要绘制出不同组织类型和疾病状态下的人类基因组甲基化可变位点(methylation variable position ，MVP)图谱。这项计划可以进一步加深研究者对于人类基因组的认识，为表观遗传学方法治疗人类复杂疾病提供蓝图[1]。但是，表观遗传学与人类生物学行为(临床表型)有密切关系，人类对表观遗传学在疾病中的角色研究还处于初级阶段。应更进一步研究表观遗传学机制、基因表达以及与环境变化的关系，有效减少表观遗传疾病的发生风险，努力探索这片造福人类的前沿领域。
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篇4
[中图分类号] R541.61 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2012）06（a）-0007-03
表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因及基因表达发生了可遗传的变化。这些改变包括DNA的甲基化、多种形式的组蛋白修饰及小分子RNA（microRNA）等。个体间疾病易感性及治疗反应性的差异在很大程度上取决于遗传因素[1]。然而，根据全基因组研究，笔者不得不承认遗传表型的改变不仅仅是核苷酸序列的变化[2-3]。表观遗传学与核苷酸的改变共同调控了基因的表达，因而从另一种角度解释了个体间的差异。
表观遗传学研究发现，基因及其表达的遗传性改变不仅仅是指基因突变或基因多样性等DNA序列的变化。已知的三种可调节基因表达的表观遗传学改变主要是：基因组DNA的甲基化，组蛋白修饰，非编码RNA的调节（如microRNA）。上述机制均涉及外在因素在蛋白质编码序列不变的情况下仍可调节基因转录[4]。表观遗传学调节机制存在个体及组织差异性，并且可以随年龄增长、环境及疾病状态的改变而变化。表观基因组在基因组表达过程中起关键作用，个体间基因表达的不同造成药物不同的反应性，这可能是通过表观遗传学改变进行调节的。因此，目前认为表观遗传学改变可以帮助解释基因突变在药物反应中的作用，继而在临床医学中发挥作用，这一迅速崛起的新学科称为表观遗传药理学。个体间药物的反应性不同，该学科不仅研究表观遗传因子在这一过程中的作用，而且旨在开发新的药物靶点[5]。笔者认为表观遗传药理学与遗传药理学将共同在药理学、临床医学中发挥重要作用。
目前为止，表观遗传药理学的大多数研究集中于肿瘤学领域，例如，研究细胞色素p450在个体间表达的差异。幸运的是，表观遗传学修饰的作用已被应用于解释其他复杂并且多源的现象，应用的范围越来越广。在这里，笔者总结了表观遗传修饰在心衰及心血管疾病治疗方面最新的研究。
1 表观遗传修饰与心力衰竭
1.1 组蛋白的修饰
庞大的真核生物基因组在高度保守的组蛋白的作用下得到了紧密的压缩。在核小体中，基因组DNA围绕核心组蛋白（核心组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两组）折叠、压缩，形成了染色体的基本单位。基因组DNA与染色体蛋白的相互作用有助于转录因子向靶基因片段聚集，从而调节转录活性[6]。通过这种机制，核小体利用其核心组蛋白的共价修饰传递表观遗传学信息。这些修饰包括组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化及SUMO化修饰。核心组蛋白的氨基末端从染色质丝上伸出来，与DNA或其他组蛋白、蛋白质等相互作用。该末端上的赖氨酸、精氨酸残基是组蛋白修饰的主要靶点。多数研究旨在了解赖氨酸乙酰化、甲基化的作用。事实证明，赖氨酸的乙酰化作用主要与染色质亲和力及转录相关，而赖氨酸的甲基化作用取决于何种残基被修饰。
有趣的是，正如Mano所总结的那样，组蛋白乙酰化的调控与心肌肥厚相关。去氧肾上腺素可诱导心肌细胞肥大，这一过程需要乙酰基转移酶介导的组蛋白乙酰化。与此结果相一致的研究是针对Ⅱ类组蛋白去乙酰基酶（HDACs）5、9的研究，其通过抑制心肌细胞增强因子2（MEF2）的活性进一步阻碍致肥厚基因（pro-hypertrophic genes）的表达来发挥抗肥厚的作用。与此相反，Ⅰ类HDACs具有相当强的致肥厚作用，其通过调节磷脂酰肌醇三磷酸酰胺磷酸酯酶的表达发挥作用。这意味着，HDACs在多水平上控制肌肉细胞的体积。
1.2 DNA甲基化
在真核生物中，DNA甲基化是通过将甲基团转移到核苷酸胞嘧啶环的5''位碳原子上完成的。在哺乳动物体内，DNA甲基化主要发生在基因的5''-CG-3''序列，也指的是CpG双核苷酸；人体内，大约70%的CpGs发生甲基化。另一方面，未甲基化的CpGs存在于许多基因的5''端调控区域，以CpG岛的形式出现。与其他DNA区域相比，CpG双核苷酸在CpG岛出现的概率较高。人体内CpG岛甲基化的不同是表观遗传学改变的组成部分。
DNA胞嘧啶甲基化有助于局部转录因子复合物的结合，其与组蛋白修饰共同在局部及整个基因组中影响染色体的结构。因此，DNA甲基化的一个重要作用是调控基因的表达。在这方面，CpG岛超甲基化可以使基因沉默，而低甲基化使基因发生转录。有人认为，甲基化是一种稳定遗传的修饰，但同时它也受到环境因素的影响。如小鼠野鼠色基因位点，可以受到其上游转座子甲基化状态的影响。从遗传角度来讲，完全相同的亲代其野鼠色基因不同的甲基化状态可使得后代出现不同的毛色[7]。
最近，Kao等[8]的研究结果发现，DNA甲基化在心衰特定的基因转录调控中发挥作用。他们发现促炎症基因TNF-α可下调肌浆网Ca2+-ATPase（SERCA2A）的表达，这是通过增强SERCA2A启动子的甲基化状态完成的。Movassagh等[9]发现，在心肌病及人类心肌组织形成时甲基化的状态是不同的。而且，他们鉴别出三个基因位点（IECAM1、PECAM1、AMOTL2），在不同的心脏样本中，位点甲基化状态与基因表达的调控密切相关。
1.3 MicroRNAs
MicroRNAs是短的双链RNA分子，来源于细胞核及细胞质中较大的RNA前体，其可以在基因转录后对基因表达发挥调节作用。miRNAs可以对30%～50%的蛋白质编码基因进行调控，这一过程主要是通过与mRNA3''端未转录区域的碱基对进行互补结合，继而干扰转录，靶mRNAs可降解或暂时沉默[10]。miRNAs调节蛋白的表达是非常复杂的，多种miRNAs可以作用于同一基因，不同基因也可受到同一种miRNAs的调节。miRNAs的表达具有组织、疾病特异性。近年来，多种病理状态下的miRNA分子标记已被检测出来，如各种类型的肿瘤以及多种心血管疾病[11]。
越来越多的证据表明，miRNAs与基本的细胞功能密切相关。目前，miRNAs与心衰的关系已得到明确，在过去的几年中，该领域的报道层出不穷。对心血管疾病的研究主要集中于两种心脏组织特异表达的miRNA家族（miRNA-1/miRNA-133、miRNA-208）。多项研究显示，miRNA在健康、高血压以及不同病因所导致的人、小鼠、大鼠衰竭的心脏中均有表达，Divakaran等[12]发现心脏特异性的miRNA-208不仅可调节心肌细胞肥大、纤维化同时可在应激、甲退时调节β-肌球蛋白重链（β-MHC）的表达。这种miRNA由α-MHC基因的内含子编码。该基因编码α-MHC及一种主要的心肌收缩蛋白，使心脏变大，在应激以及激素信号作用下通过miRNA-208及其作用位点发挥调节作用。再者，定向删除心肌特异性的miRNA，miRNA-1-2，揭示了它们在心脏中的多种功能，包括调节心脏的形态发生、电信号传导及细胞周期的调控。Thum等[13]发现，受损心肌中miRNA标记与胚胎心中miRNA表达的类型极为相似，这说明受损心肌中重启了胚胎基因的表达程序。Thum等[13]另一个发现是miRNA-21可以调控ERK-MAP激酶途径，这种调控在心脏成纤维细胞中尤为明显，心肌细胞中却没有这种表现，这可以影响到心脏的结构及功能。在成纤维细胞中，miRNA-21水平的增高可通过抑制特定基因来激活ERK激酶，经由这种机制，miRNA-21调节了间质纤维化、心肌肥厚。上述研究揭示了在心脏成纤维细胞中，基因调节的另一种方式是在miRNA介导的旁分泌水平上进行的。
miRNA在心脏肥厚反应中的意义得到了进一步的研究，miRNA成为基因调控的主要调节因子。到目前为止，miRNA已被证实不仅可以影响心肌，还可以影响心脏电信号转导及调节血管再生[14]。
2 表观遗传筛选方法
表观基因组学示意图不是固定的，它因细胞类型、时间的不同而不同，并且可在生理学、病理学、药物作用情况下发生改变。因此，作为人类基因组计划的后续工程，表观基因组测序是一项艰巨的任务。虽然判断基因组序列的表观遗传学状态是比较容易完成的，描绘整个表观基因组需要对数十个基因组进行测序，覆盖一个有机体在生命不同阶段的所有细胞类型。
亚硫酸氢盐测序法是标测DNA甲基化类型最为准确的方法。基因组DNA与亚硫酸氢钠相作用，导致未甲基化的胞嘧啶脱氨基转变成尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶保持不变。为观察特定基因的甲基化状态，用特异性引物对目的片段进行扩增，随后对产物测序。在序列中，甲基化的胞嘧啶被标记为Cs，未甲基化的胞嘧啶为Ts。
近来出现了多个对甲基化进行定位的全基因组研究方法，它们都是以甲基化和未甲基化的CpGs对限制性内切酶的敏感性不同为基本原理的。限制长度的基因组扫描利用两种酶双酶切DNA，一种是频繁切割的甲基化非敏感性限制内切酶，另一种是罕见的甲基化敏感性的酶如Not1，这种酶只有在非甲基化状态时才可以酶切所识别的位点。还有一种完全不同全基因组研究方法是利用DNA芯片技术，它可以一次性标测成千上万的CpG岛的甲基化状态。这种方法可以用来识别CpG岛，相对于正常的调控过程来说，CpG岛在肿瘤组织中发生甲基化。
亚硫酸盐转化的替代方法是ChIP-seq方法（一种与测序相结合的染色质免疫沉淀方法）。通过免疫共沉淀技术使得目的蛋白与DNA发生交联，然后对DN段进行基因组测序。这一方法可以帮助识别任何DNA相关蛋白的DNA结合位点。该技术还可以提供组蛋白修饰的信息，如乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、SUMO化修饰。对ChIP技术进行改进得到的DCS方法，是将ChIP与消减式PCR进行偶联。该方法旨在避免基因组片段与芯片杂交后产生非特异性信号。
以同样的方式可以检测人体病理状态下miRNA的作用，大多数研究是利用高通量的方法分析临床病例中总miRNA的表达情况。高通量技术是以miRNA基因芯片和real-time RCP为代表的。尽管分子间的差别给这些技术带来了巨大的挑战，但miRNA芯片最大的优点是具有很高的特异性，而缺陷是其敏感性较低。
3 药物可以改变表观遗传状态
表观遗传学改变正常及疾病状态下的表型，这可能意味着充分理解和调控表观基因组对于人类常见疾病的防治具有重要意义。表观遗传学为我们提供了一个重要的窗口，来认识环境与基因在疾病发生过程中的相互作用以如何调节这些作用达到改善人类健康的目的。
miRNA派生的反义寡核苷酸是单链RNA分子，对其进行化学修饰可能是针对致病miRNA新的方法。但是这种方法困难重重，miRNA属于密切相关的家族，且很难合成针对每一种miRNA的反义寡核苷酸。再者，一个单独的miRNA可针对多种基因发挥作用，它们之中可能含有对心肌有益的分子。在这方面，寡核苷酸的化学修饰可能会特异性破坏miRNA与单个mRNA的作用，这可能是疾病治疗良好的备选方案。每一种miRNA可以以不同的强度针对成百上千的基因发挥作用，所以在体内miRNA修饰的最终作用尚不明了。最终，将miRNA拮抗剂应用于临床领域将面临很多困难，这与我们在基因治疗方面所遇到的极为相似，如导入方式、载体、特异性以及毒性等问题[15]。至少在理论上，针对特异性miRNA的方法将来可能是治疗缺血性心脏病、心肌肥厚、心衰、血管再生、离子通道病的有效手段，可控制心衰的发展。
另一种方法可能是将靶DNA甲基化。一些影响基因组DNA甲基化的化学合成剂已经应用于临床，例如5-氮胞嘧啶、抑制甲基转移酶的氮胞嘧啶可以使DN段脱氨基。其它药物是通过阻碍甲基化酶的活性而发挥抑制甲基化作用。更多信息可参照Gomez等[16]的文章。除了要开发可以调节DNA甲基化的药物外，还需要设计可以影响组蛋白修饰的药物。
在抗肿瘤药物的发展过程中，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂占据着重要地位，它可以通过逆转与肿瘤相关的异常表观遗传改变，继而发挥作用。已有证据表明，在心肌肥厚时，HDAC抑制剂可修复基因表达程序。Gallo等证明体外试验中，曲古霉素A、丁酸钠可延缓心脏肥厚。
4 表观遗传学和环境
众所周知，环境因素如毒素、饮食可以影响DNA甲基化和染色质修饰，并且可遗传给下一代。雌激素、抗雄激素类物质可改变DNA甲基化状态降低男性的生育能力，这也是可遗传的。该假说认为，环境因素可以改变表观遗传学标记和基因表达形式，这可能在人类疾病研究中具有重要意义。常见疾病大多受到基因和环境因素的双重影响，环境可诱导表观遗传结构发生改变，进而将基因和环境因素联系起来[17]。
年龄在基因与环境相互作用中发挥重要作用。常见病的发病率随着年龄的增加不断增高，这与在人的一生中表观遗传学改变不断累积有关。有研究发现，相对于年轻者而言，年长的同卵双胞胎体内总DNA甲基化及组蛋白H3K9乙酰化的水平较高，但该研究没有检测同一个体中表观遗传学改变随时间变化的情况。
5 结论
表观遗传学为研究个体在临床疗效、药物反应及毒性间的差异，以及发现新的药物治疗靶点等方面开拓了更为广阔的空间。随着人类表观基因组工程的开展，表观遗传学机制得到不断完善，这有助于更为充分地了解人类疾病和表观遗传药物的一系列分子靶点。表观遗传药理学已被应用于肿瘤学领域，对于心血管疾病的表观遗传学研究不断增多，尤其是在miRNA方面的研究最为突出。Mishra等[18]清楚地描述了心血管疾病微观RNA组学的最新进展，以及miRNA作为一种潜在治疗靶点或药物制剂的前景。
表观基因组学在健康或疾病状态下表现型的形成过程中发挥重要作用，这可能意味着充分认识和合理调控表观基因对于人类常见病的防治具有重要意义。
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篇5
表观遗传学 (epigenetics) 是指在基因核苷酸序列不发生变化的情况下, 通过对转录表达的调控和转录后的调控使基因表达发生变化, 包括DNA甲基化、组蛋白共价修饰、染色质重塑、基因印记、及非编码RNA、微小RNA (miRNA) 、反义RNA转录后调控等[1]。环境、年龄改变、压力、疾病状态等, 均可以引起免疫细胞表观遗传学改变, 造成免疫系统功能紊乱, 导致疾病的发生与进展。因此, 表观遗传学逐渐成为免疫学研究的热点。
自然杀伤细胞 (natural killer cell, NK) 是天然免疫细胞, 主要来源于造血干细胞, 全身广泛分布。NK细胞通过一系列细胞生物学过程获得激活信号, 包括胞外钙离子内流、细胞骨架重排以及与靶细胞接触部位免疫突触形成, 最终通过分泌细胞因子、趋化因子及释放毒性颗粒执行清除病毒、肿瘤细胞以及发挥免疫调节功能。NK细胞功能异常导致多种疾病发生, 包括感染、肿瘤及自身免疫疾病[2,3]。近年来, 有很多学者先后报道了表观遗传学改变对NK细胞增殖、分化及功能的影响, 为NK细胞研究提供了新思路, 为新药的临床应用奠定了理论基础。本文对NK细胞的表观遗传学研究进展作一综述。
1 表观遗传学对NK细胞分化的影响
人类NK细胞表面特异性表达CD56或CD16分子, 根据其表达水平将NK细胞分为CD3-CD56bright CD16- (CD56bright) 、CD3-CD56dimCD16+ (CD56dim) 、CD3-CD56-CD16+3个亚群[4]。其中CD56bright亚群为调节性NK细胞, 可以参与适应性免疫调节, 通过分泌细胞因子和趋化因子 (IFN-、TNF-、IL-10、IL-13和GM-CSF) 对树突状细胞 (DCs) 、调节性T细胞 (Tregs) 、辅T细胞 (Ths) 及细胞毒性T细胞 (CTLs) 等进行免疫调控[5]。在类风湿关节炎中, NK细胞可以通过分泌IFN-诱导B细胞活化, 促进DC细胞成熟, 并可抑制T细胞向Th17细胞分化[6]。NK细胞分泌IFN-可以促进DC细胞分泌IL-27, 而IL-27可促进IFN-分泌, 这种正反馈参与抑制Th17介导的自身免疫疾病[7]。人和小鼠NK细胞均可通过分泌IFN-可以抑制CD4+T细胞向Tregs分化[8]。CD56dim为功能性NK细胞, 通过穿孔素/颗粒酶途径、Fas/FasL途径、TNF-а/TNFR-1途径、以及抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用 (ADCC) 完成对靶细胞的直接杀伤。近期也有研究者发现, 功能性NK细胞参与适应性免疫的调节, 直接杀伤适应性免疫细胞, 如Th17及滤泡辅T细胞 (Tfh) [9]。而CD3-CD56-CD16+亚群目前研究较少, 目前认为主要发挥ADCC作用。
表观遗传学修饰在NK细胞的分化、成熟中发挥了重要作用。早期的研究显示, IL-15受体信号通路对NK细胞的分化成熟至关重要, E4BP4 (NFIL3) 在其中发挥调节作用, 促进了造血干细胞 (HSC) 向NK细胞分化。动物实验显示, E4BP4基因缺陷小鼠NK细胞减少、功能下降, 而过表达E4BP4可增加Id2和Gata3的转录, 从而促进HSC向NK细胞分化增加[10]。在NK细胞发育中, 组蛋白甲基化也具有重要调控作用。Yin等[11]研究了zeste基因增强子同源物2 (EZH2) 对早期NK细胞分化的影响。EZH2作为重要的表观遗传修饰酶, 是PcG (polycomb group) 蛋白家族的重要成员, 在调控基因表达的过程中起关键作用[12]。EZH2主要对组蛋白H3K27进行甲基化, 从而沉默下游基因, 在细胞增殖、分化及肿瘤形成方面都有重要作用[13]。研究者[11]发现, 在小鼠及人中, 选择性失活EZH2或用小分子抑制其活性后, 可以增加IL-15受体 (CD122+) 阳性的NK祖细胞数量, 并促进成熟NK细胞增殖。NK细胞的扩增及杀伤作用还与CD122及NKG2D有关, NKG2D缺失可降低EZH2抑制剂对促进NK细胞增殖及分化的作用。另外, Tsuyama等[14]研究报道, NKT细胞淋巴瘤患者存在组蛋白去甲基化酶KDM6A基因突变, 此基因与血液肿瘤关系密切, 可能影响NK细胞的增殖。
FcRIIIA (CD16a) 由FCGR3A编码, 为NK细胞在成熟过程中获得。研究发现, 在CD16a+细胞中, FCGR3A启动子中转录起始位点的甲基化水平较CD16a-细胞和中性粒细胞明显降低。此外, 研究者还发现miR-218是NK细胞CD16a转录后的负调控因子。在NK细胞中过度表达miR-218可降低CD16a的mRNA和蛋白表达水平, miR-218在CD16a-细胞中水平明显高于CD16a+细胞。因此, 研究者推断, FCGR3A的转录起始位点甲基化及转录后miR-218的调控作用可以通过改变CD16a的表达来调节NK细胞的分化成熟[15]。
记忆性NK细胞的概念由Sun等[16]最早提出。这类NK细胞可以长期存活, 具有免疫记忆功能, 当再次接触到记忆抗原时被激活。多种病毒可以诱导记忆性NK细胞产生, 目前报道的有巨细胞病毒, 单纯疱疹病毒、人类免疫缺陷病毒等[17,18]。记忆性NK细胞表达CD57和NKG2C, 不表达FcR、SYK、DAB2、ETA-2、PLZF和ILZF2。FcR、ETA-2、SYK的缺乏均有表观遗传学机制的参与[19,20]。IL-12信号通路通过其下游转录因子信号和转录因子4 (STAT4) 的激活影响记忆性NK细胞的扩增。Rapp等[21]发现Runx1和Runx3的启动子区域是STAT4的结合位点, 在NK细胞活化过程中, STAT4的结合会诱导RUNX基因位点的表观遗传学修饰, 从而导致表达增加。在病毒感染中, Runx1和Runx3或它们的伴侣分子表达减低是影响NK细胞扩增及记忆NK细胞形成障碍的原因。该研究证明, STAT4介导的Runx转录因子表观遗传学修饰可以调节NK细胞对病毒的适应行为。
2 表观遗传学对NK细胞功能的影响
NK细胞的功能主要包括杀伤及免疫调节作用。有研究显示, 在NK细胞活化过程中, 81%的主要位点出现CpG去甲基化, 生物学分析显示差异甲基化位点主要集中在免疫调节功能中 (如TNFA、LTA、IL-13、CSF2等) [22], 这提示表观遗传学修饰参与了NK细胞的活化, 并与NK细胞功能关系密切。
2.1 表观遗传学修饰对NK细胞表面受体的调节作用
NK细胞表面激活性受体与抑制性受体的相互平衡, 在NK细胞功能中发挥了重要调节作用。如激活性受体表达占优, 则NK细胞活化, 反之, NK细胞处于静止状态。
有学者[23,24,25]检测了NK细胞免疫球蛋白样受体 (KIR) 启动子的甲基化水平, 结果发现, 处于静息状态的人NK细胞92细胞系中KIR2DL1、KIR2DL2/L3高甲基化, 同时, 细胞表面的KIR表达降低。当应用5-氮杂胞苷进行去甲基化处理后, KIR启动子去甲基化, NK细胞表面KIR表达明显增加。另外, KIR的表达受miRNA调节。PIWI样RNA可以诱导KIR双向启动子KIR3DL1产生KIR反义转录本, 影响双链DNA的合成, 可减少90%的KIR表达[25]。
NKG2D是NK细胞激活性受体, 其表达增加可增强NK细胞功能。NKG2D通过识别不同的配体家族 (MICA、MICB、ULBPs 1-6等) 参与激活效应细胞、溶解靶细胞。NKG2D基因在NKG2D+NK细胞中去甲基化, 并与组蛋白H3赖氨酸9乙酰化 (H3K9Ac) 相关。用组蛋白乙酰转移酶 (HAT) 抑制剂 (姜黄素) 可以明显下调NKG2D基因H3K9乙酰化水平, 进而下调NKG2D的转录, 导致NKG2D表达减低, NK细胞杀伤功能下降。此研究提示NKG2D在NK细胞表面表达差异是由表观遗传学机制调节的, 并可以通过表观遗传治疗改善[26]。组蛋白去乙酰化酶抑制剂丙戊酸 (VPA) 通过激活基因启动子中组蛋白K9的高甲基化和DNA甲基化, 从而下调NKG2D的表达[27]。同样, miRNA也可发挥对NKG2D的调节作用。在HCV感染患者的NK细胞中, miR-182与对照组相比过表达, miR-182表达升高可降低NKG2D的mRNA水平, 而miR-182抑制剂能降低抑制性受体NKG2A的mRNA水平[28]。
2.2 表观遗传学修饰对NK细胞细胞因子分泌水平的调节作用
NK细胞分泌细胞因子同样受到表观遗传学修饰的调节。Luetke-Eversloh等[29]报道, NK细胞受到刺激后, IFN-及T-bet位点转录增加, 并发生去甲基化, 从而增加IFN-的分泌。Li等[30]发现, 在NK细胞激活过程中, 组蛋白去甲基化酶及甲基转移酶发生明显变化。在NK92细胞系中, 与NK细胞激活密切相关的PI3KCA, 、NFATC1及TNFSF9等基因, 经PMA和依诺霉素刺激可出现H3K4me3和H3K27甲基化修饰, 从而调控上述基因表达。采用H3K4和H3K37的特异性抑制剂可以增加NK细胞脱颗粒及IFN-、TNF-的分泌[22,30]。Cribbs等[31]用染色质甲基化及乙酰化的小分子抑制剂进行筛选, 并通过基因敲除方法确定了Jumonli型组蛋白H3K27脱甲基酶是NK细胞分泌细胞因子的关键调节因子。JMJD3/UTX (含有Jumonji结构域的蛋白3) H3K27去甲基化酶抑制剂GSK-J4可引发细胞因子转录起始位点H3K27甲基化, 并造成NK细胞IFN-、TNF-、GM-CSF、IL-10分泌下降。GSK-J4可以明显抑制类风湿性关节炎患者外周血或组织中分离出的NK细胞的细胞因子分泌, 抑制破骨细胞形成及骨破坏。除甲基化外, 组蛋白乙酰化修饰也对NK细胞细胞因子分泌起调节作用。VPA可抑制NK细胞对白血病细胞的溶解, 并且有剂量依赖性。VPA预处理可降低NK细胞IFN-分泌, 破坏CD107A脱颗粒, 并通过激活PD-1/PD-L1途径诱导细胞凋亡[27]。
H3K4me3脱甲基酶KDM5A调节基因转录并参与肿瘤的发生。Zhao等[32]研究证明KDM5A缺陷使IFN-产生减少, 并损害NK细胞的活化。KDM5A (-/-) 小鼠对单核细胞增生李斯特氏菌 (LM) 感染高度敏感。在NK细胞活化过程中, KDM5A的缺失影响STAT4磷酸化和核定位, 并增加了细胞因子信号转导抑制因子1 (SOCS1) 的表达。进一步研究揭示其机制为KDM5A与P50结合, 并与静止NK细胞中的SOCS1启动子区结合, 抑制染色质重塑, 导致在SOCS1启动子中H3K4me3修饰显著减少。
另外, Lee等[19]在研究记忆性NK细胞时发现, 人巨细胞病毒感染后, NK细胞Syk转录起始位点甲基化, Syk基因沉默, 可引起表达IFN-水平升高。BHLHE40为转录调节因子, 在活化的NK细胞中去甲基化, 诱导细胞因子分泌 (如IL-2、IL-12、IL-15、IFN、TNFA等) , 增强NK细胞功能。NFAT转录因子家族通过与启动子及增强子区域结合来增加NK细胞因子的表达。在活化的NK细胞中, NFATC1内含子9明显去甲基化, 可调节NK细胞分泌细胞因子[22]。
3 引起NK细胞表观遗传学变化的因素
多种疾病状态下, NK细胞的表观遗传学修饰会发生变化, 如巨细胞病毒感染会激活NK细胞, 引起81%的位点发生DNA去甲基化[22]。在儿童哮喘患者中, NK细胞DNA去甲基化, 引起NK细胞活性升高[33]。在类风湿关节炎及强制性脊柱炎中, NK细胞均存在表观遗传学改变[31,32,33,34]。
一些药物可以引起NK细胞的表观遗传修饰变化。Misale等[35]报道, 糖皮质激素可以通过影响H3K27me3来降低IFN-的表达, 从而抑制NK细胞的免疫功能。5-氮杂胞苷可引起NK细胞DNA去甲基化, 诱导相关基因激活, 促进NK细胞活化[36]。
运动也可以引起NK细胞表观遗传学修饰发生改变。Zimmer等[37]选取30例非霍奇金淋巴瘤患者及10名健康人, 干预组每人每天骑车运动30min。运动组的患者血清巨噬细胞游走抑制因子 (MIF) 及IL-6水平升高, NK细胞组蛋白H3、H4乙酰化水平降低。近期, 研究者再次证明运动可以通过升高组蛋白乙酰化水平及NKG2D的表达, 改善正常人NK细胞活化状态[38]。
压力及年龄的增长对NK细胞的表观遗传学也有明显影响。创伤后应激综合征可以加速NK细胞由年龄造成的甲基化水平升高, 从而影响机体免疫状态[39]。
综上所述, 表观遗传学修饰影响着NK细胞的增殖、分化、杀伤、免疫调节等, 在NK细胞调控中, 扮演重要角色。但目前, NK细胞表观遗传学研究多集中在基础实验阶段, 在临床疾病中的应用很少。NK细胞参与肿瘤、自身免疫疾病及感染的发病, 其异常是否与表观遗传学修饰有关?进一步研究NK细胞表观遗传学异常在疾病发生中的作用, 将基础研究向临床应用转化, 开拓疾病中NK细胞功能异常的新思路, 并为新型药物在临床中的应用提供研究基础, 将是本课题组今后努力的方向。
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篇6
[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。
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篇7
中图分类号：R979.19 文献标识码：A 文章编号：1006-1533（2013）03-0013-04
Current status of epigenetic targeting treatment of myelodysplastic syndrome
DING Qianqian*， CHEN Qinfen**
（Department of Hematology， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）
ABSTRACT DNA methylation and histone deacetylation are the important part of epigenetics abnormalities of myelodysplastic syndrome （MDS）. Currently epigenetically active drugs， including DNA methyltransferase inhibitors and histone deacetylase inhibitors， have become a novel targeting epigenetic modifiers therapy in MDS field. This review summarizes the current status of epigenetic treatment of MDS in order to provide reference information for clinical practice.
KEY WORDS myelodysplastic syndrome； epigenetics； DNA methylation； histone deacetylation
表观遗传学（epigenetics）是研究基因的核苷酸序列不发生改变、但基因的表达发生了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。“epigenetics”一词最早由Waddington于1942年提出[1]，是一种与遗传学（genetics）相对应的概念，主要研究基因型和表型的关系。Holiday[1]在1987年对表观遗传学作出了更为系统的论述，即指“没有DNA序列变化、但可遗传的基因表达改变”。表观遗传学的分子机制包括DNA甲基化（DNA methylation）、组蛋白修饰（histone modification）、染色质重塑（chromatin remodeling）和RNA干扰（RNA interference）4种。骨髓增生异常综合征（myelodysplastic syndrome， MDS）是一组起源于造血干细胞的异质性髓系克隆性疾病，其特点是髓系细胞分化及发育异常，表现为无效造血、难治性血细胞减少和造血功能衰竭，可高风险向急性髓系白血病（acute myeloid leukemia， AML）转化。MDS的发生是一个多因素、多步骤的过程，除有一系列的细胞遗传学改变外，表观遗传学的异常在MDS的发病机制中也起着非常重要的作用。由于表观遗传改变具有可逆性，故能逆转表观遗传异常的药物成为近年MDS治疗的新策略[2]。
MDS的表观遗传异常主要涉及DNA甲基化和组蛋白去乙酰化（histone deacetylation）等。DNA甲基化由DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase， DNMT）催化；组蛋白乙酰化则受两种作用相反的酶即组蛋白乙酰转移酶（histone acetyltransferase， HAT）和组蛋白去乙酰酶（histone deacetylase， HDAC）的调控[3]。抑癌基因的DNA甲基化或组蛋白去乙酰化会导致抑癌基因的静默，与MDS的发生、发展和预后密切相关。DNMT抑制剂和HDAC抑制剂的临床应用不仅为MDS治疗提供了新的手段，而且也为其他肿瘤的治疗提供了借鉴，因为表观遗传异常也普遍存在于其他实体或非实体肿瘤中[4]。
1 DNMT抑制剂治疗MDS
甲基化异常是最常见、也是目前研究得最多的肿瘤表观遗传改变。肿瘤细胞DNA在基因启动子区域的CpG岛的高度甲基化会改变染色质的构象、抑制基因的转录，从而使基因表达静默。迄今为止，美国FDA共批准过两个具有表观遗传疗效的药物用于MDS的治疗，它们分别是阿扎胞苷（azacytidine， 即5-氮杂胞苷， 5-AZA）和地西他滨（decitabine， 即5-氮杂-2’-脱氧胞苷， DAC）[5]。这两个药物均为核苷类DNMT抑制剂，可通过磷酸化后掺合到基因组DNA中与DNMT形成共价复合物、抑制DNMT与DNA结合而发挥转甲基活性、最终诱导DNA去甲基化[3，6]。
1.1 5-AZA
5-AZA于1963年被合成，此后曾进行用于治疗AML的临床研究并被证明有效[7]，2004年5月被美国FDA批准用于MDS治疗[8]，是第一个靶向表观遗传的DNMT抑制剂，批准依据是一项代号为“美国癌症与白血病研究组B（Cancer and Leukemia Group B， CALGB）9221”的随机、对照临床研究数据[8-10]。该研究纳入191例《国际预后评分系统（International Prognostic Scoring System， IPSS）》评分为高危、中危-2和中危-1并伴进行性血细胞减少的MDS患者，比较了5-AZA与最佳支持治疗（best supportive care， BSC）的疗效。结果显示，接受5-AZA皮下注射75 mg/（m2·d）共7 d、每4周重复1个疗程治疗患者的生活质量明显改善、输血需求明显减少且高危MDS患者向AML转化或死亡的时间明显延迟。在另一项代号为“AZA-001”的国际多中心、平行、开放试验中，358例高危MDS患者被随机分成5-AZA治疗组和传统治疗（BSC、小剂量阿糖胞苷、强诱导化疗）组。结果显示，5-AZA组患者的总生存期明显改善：5-AZA组和传统治疗组的中位生存期分别为24.5和15个月（p＝0.000 1），2年生存率分别为51%（42.1%～58.8%）和26%（18.7%～34.3%）。5-AZA组的完全缓解率达17%、总有效率为49%，均优于传统治疗组[11]。这些数据表明，5-AZA治疗可有效延长高危MDS患者的总生存期及进展至AML或死亡的时间。5-AZA治疗也可有效延长老年高危MDS患者的总生存期及进展至AML或死亡的时间[12]。Musto等[13]回顾性分析了74例接受5-AZA治疗的低危或中危-1 MDS患者的情况，发现总反应率为45.9%，其中64例患者经4个疗程治疗后的总反应率为51.6%、中位反应时间为6个月、中位随访15个月时的生存率为71.0%，证明5-AZA治疗不仅可以延缓高危MDS进展、而且对低危MDS患者也有一定的疗效。
美国FDA批准的5-AZA治疗方案原为皮下注射75 mg/（m2·d）共7 d、每4周重复1个疗程，至少连续用4个疗程；2007年1月，美国FDA又批准了5-AZA的经静脉内给药方案[14]。5-AZA已于2010年被美国国家癌症综合网络发表的《临床实践指南》列为对中危-2和高危MDS患者有Ⅰ类证据的优选治疗药物[15]，是中危和高危MDS、尤其是不能耐受化疗的老年MDS患者的重要治疗选择。
1.2 DAC
5-AZA是DAC的一种前体药物。DAC于1964年被合成，在体外的去甲基化作用较5-AZA高30倍以上，最初亦用于AML治疗研究[7]。对DAC的研究几乎与5-AZA同时进行[4]。DAC在高剂量时有细胞毒作用、在低剂量时有去甲基化作用，治疗MDS有剂量低和毒性低的优势[16]。DAC于2006年5月被美国FDA批准用于中危-2和高危MDS治疗，是第2个靶向表观遗传的DNMT抑制剂，批准依据是一项代号为“NCT 00071799”的在美国和加拿大共22家医院的临床中心进行的国际多中心、随机、对照试验数据。该试验纳入358例高危MDS患者，结果显示与BSC组相比，DAC治疗组的总缓解率和总改善率明显更高，且有8%患者的细胞遗传学改善，说明DAC可以改变MDS的病程[11，17]。2008年9月，中国国家食品与药品监督管理局也批准DAC用于中危-2和高危MDS治疗[18]。
DAC的治疗方案有3 d和5 d方案两种，分别是每8小时经静脉内输注（＞3 h）1次15 mg/m2连用3 d、每6周为1个疗程和每天经静脉内输注（＞1 h）20 mg/m2连用5 d、每4周为1个疗程。5 d方案的耐受性和治疗反应率均更好，常见不良反应是骨髓抑制、恶心和皮疹等（存在个体差异）。低危MDS患者接受DAC每天皮下注射20 mg/m2连用3 d或每周3次治疗也可获得良好的疗效[19]。
2 HDAC抑制剂治疗MDS
组蛋白修饰比DNA甲基化复杂得多，包括组蛋白的乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化、糖基化、二磷酸腺苷核糖基化和羰基化等，其中研究得最多的是乙酰化。染色质转录状态依赖于组蛋白编码，HDAC在染色质构象改变中也起部分作用。组蛋白尾部赖氨酸残基的局部修饰会影响染色质的构象和转录。通常，组蛋白赖氨酸残基的乙酰化与转录激活状态的染色质（常染色质）相关，而组蛋白的去乙酰化与转录失活状态的染色质（异染色质）相关[20]。组蛋白的磷酸化主要影响信号传导通路中相关基因的转录。组蛋白的乙酰化和磷酸化都是可逆的，但组蛋白的甲基化一直被认为是不可逆的过程。组蛋白甲基化和DNA甲基化会联合作用和共同参与基因静默，并通过DNA复制而传递下去[21]。鉴于组蛋白乙酰化具有可逆性的特征，目前MDS的表观遗传药物除DNMT抑制剂外还有HDAC抑制剂。
HDAC抑制剂是通过促进肿瘤细胞分化、抑制肿瘤细胞增殖和（或）凋亡、调控细胞周期而使静默的抑癌基因重新表达的[22-23]。HDAC抑制剂可依化学结构分为4类：①短链脂肪酸类物质，如丙戊酸（valproic acid）、丁酸酯类物质；②异羟肟酸（氧肟酸）类物质，如曲古抑菌素A、伏立诺他（vorinostat）、LBH589/LAQ824、PXD101；③环肽类物质，如FK228、缩酚酸肽；④苯甲酰胺类物质，如地那林（tacedinaline）、MS-275[23-25]。20世纪90年代以来，越来越多的HDAC抑制剂被发现及用于血液系统肿瘤和实体瘤的治疗研究。新型HDAC抑制剂可在小剂量、低浓度下诱导肿瘤细胞分化和选择性凋亡，抗肿瘤谱广且对正常细胞无毒性。其中，丁酸酯类物质是第一类得到验证的HDAC抑制剂；vorinostat于2006年10月被美国FDA批准用于皮肤T细胞淋巴瘤治疗，是第一个被美国FDA批准的HDAC抑制剂[25]。
2001年起，HDAC抑制剂开始被用于MDS治疗研究。Kuendgen等[26]用丙戊酸联合全反式维甲酸治疗MDS，低危、中危-1、中危-2和高危MDS组的总反应率分别为8%、11%、22%和50%，治疗反应主要见于低危核型组。其他HDAC抑制剂苯丁酸酯（phenylbutyrate）、缩酚酸肽、LBH589、vorinostat和MS-275也在进行治疗MDS的Ⅰ或Ⅱ期临床试验，尽管反应率较DNMT抑制剂低，但显示有良好的安全性[26]。丙戊酸是一种抗癫痫药，在抗癫痫有效治疗浓度时表现出很强的HDAC抑制活性，国内研究也显示其治疗MDS有效[27-28]。
3 表观遗传药物的联合治疗
基于DNA甲基化和组蛋白修饰对抑癌基因静默的共同作用，推测DNMT抑制剂和HDAC抑制剂联合应用应有良好的协同作用。近年来进行的DNMT抑制剂5-AZA或DAC联合HDAC抑制剂丙戊酸或苯丁酸酯治疗MDS的Ⅰ、Ⅱ期临床试验显示，总反应率为54%、完全反应率为22%[25]。Gore等[29]发现，在治疗的第1个疗程就有与治疗相关的DNA甲基化逆转。但也有研究指出，合用丙戊酸并未提高疗效。Issa等[30]用DAC联合或不联合丙戊酸治疗67例MDS和AML患者，发现是否合用丙戊酸对疗效没有显著影响，推测这可能与DNA高甲基化水平仅部分通过组蛋白去乙酰化而致基因静默有关。当然，这些临床试验的病例数还偏少，最终结论仍待进一步的更大规模的临床随机试验的揭示。
4 结语
作为一种靶向治疗手段，表观遗传药物治疗MDS这种难治性恶性克隆性疾病有一定的疗效和优势，今后的研究将着重于表观遗传药物的理想剂量及治疗方案、表观遗传药物的精确作用机制、是否有可用于预测疗效或耐药的生物标记以及新药开发等方面。5-AZA的口服前体药物2’，3’，5’-三乙酰基-5-阿扎胞苷（2’，3’，5’-triacetyl-5-azacitidine， TAC）目前已经完成动物试验，即将进入临床试验。作为5-AZA的前体药物，持续口服TAC可使患者持续暴露于小剂量、低毒性的5-AZA治疗中，有利于延缓DNA低甲基化作用并减缓MDS向AML的进展[31]。
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篇8
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。
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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）46-0165-02
遗传学是生命科学中最核心的学科，也是发展最为迅速的学科之一。例如差不多每期顶级期刊《细胞》（Cell）、《自然》（Nature）和《科学》（Science）（国内简称CNS）都会发表遗传学方面重要突破的文章。但是遗传学教材的内容则相对滞后，原因是教材的编写和出版周期较长，加之教材内容主要是结果比较确定的内容，因此往往要比实际进展滞后5～10年或者更长时间。对遗传学这样发展极快的学科来说，如果课程内容多年不更新，每年讲同样的内容，恐怕是不恰当的。另外，传统课堂教学中注重知识传授，忽视知识获得方法的情况也显著存在。
为了改善这种状况，遗传学教学要注重结合教师的科研理念和前沿知识的介绍，而且这两方面差不多是统一的。有研究表明，教师的科研成果和教师的教学效果呈现较为显著的正相关，表明大学教师的科研和教学存在相互促进的关系。注重科研的教师，更会将学科最前沿的信息带到课堂，从而激发学生的求知欲和好奇心。这要比只会照本宣科的教师更有利于培养学生的创造能力。老一代著名科学家钱伟长先生早就指出：“教师的提高，不是靠听课进修，而是主要靠做科研工作，边研究边学习，这是积极有效的方法。”“教师的教，主要不是把知识教给学生，而是要把获取和处理知识的能力教给学生。”“讲课不应只讲具体的知识。具体的知识学生是很容易懂的，教师应讲重大的概念，讲过去和当前发展的情况，发展的趋势和走向，讲你自己的观点，用你头脑里的一把火去点燃千百学生头脑里的一把火。”
不注重知识获得过程，只注重结论的传授，会阻碍学生对科学本质的理解;而不注重前沿知识的教学，则容易造成科学教育的“片断化”。前沿知识的教育，可以让学生了解学科的迅速发展，结果日新月异，体验前沿激动人心的进展，能激发他们的认知兴趣，引发探究欲望。此外，注重课堂教学中渗透科研理念和前沿知识，可以防止学生对教材和书本的盲信盲从和过度依赖，有助于学生对科学发现和科学本质深刻了解，养成科学精神。其实不止科学类课程是如此，文科教学也应如此。在这方面一些文科方面的大师给我们做出了很好的榜样。据历史学大师陈寅恪学生和女儿的回忆：“寅师授课，创见（Discovery）极多，全非复本（Reproduction）。”“即使每年开同以前一样的课程，每届讲授内容都必须有更新，加入新的研究成果、新的发现，绝不能一成不变。”
教师在在课堂教学中结合自己的研究，适当介绍研究对象的进展情况，所用遗传学方法的利用情况，将亲身经历和体会告诉学生，是很能提高学生的学习兴趣和加深学生对相关知识的掌握的。例如，结合我的科研工作，在遗传学教学中适当章节介绍互补测验、分子标记在基因克隆中的重要作用，以及上位性在进行遗传学分析和分子机理揭示方面的作用，都加深了学生对所学知识的印象，提高了教学效果。另外，本身是搞科研的教师，通常不会干巴巴介绍书本上的结论，有意注重经典实验的介绍。如Avery-MacLeod-McCarty的R型细胞向S型细胞转化试验和Hershey-Chase的噬菌体侵染大肠杆菌（Escherichia coli）试验证明生物的遗传物质是DNA。Watson和Crick的DNA三维结构模型，是在DNA碱基的Chargaff规律和DNA的X射线衍射照片的基础上提出的。证明DNA和染色体的半保留复制，需要介绍Meselson-Stahl对大肠杆菌DNA的超速离心实验及利用BudR对复制染色体的标记实验。三联体密码子的存在和解码，需要介绍Crick利用噬菌体T4的rII突变体的遗传分析，Nirenberg和Mathaei利用无细胞的体外翻译方法破译遗传密码。
在农科遗传学教学中，我们发现很多前沿知识需要补充。目前随着包括人类、果蝇、拟南芥、水稻等在内的模式生物基因组测序工作的完成，遗传学进入了后基因组时代，即功能基因组学时代。在基因组、转录组、蛋白质组等水平上的系统研究手段需要让学生有所了解。此外，一些观念需要更正。如在真核生物基因组中存在着大量的非编码的DNA，原来以为它们没有什么功能，称之为“垃圾DNA”，现在人们发现事实并非如此，这些“垃圾DNA”可以通过编码微RNA（microRNA，miRNA）而发挥功能。
在基因表达调控领域，是研究相当活跃的遗传学领域之一。表观遗传学（epigenetics）机制和微RNA的作用，都需要在适当章节加以简介。不少遗传学课本这方面的内容极少，甚至有的课本提都不提。表观遗传是基因结构未改变但基因表达发生变化或染色质调节基因转录水平改变的遗传变化，主要内容包括DNA甲基化作用（DNA methylation）、组蛋白修饰作用（histon modification）、染色质重塑（chromatin remodeling）、遗传印记（genetic imprinting）、X染色体失活（X chromosome inactivation）及非编码RNA（non-coding RNA s）等，这些内容对理解生物基因表达调控奥秘，运用表观遗传学技术来改变或调整基因表达方面都具有重要意义。微RNA是一类在基因表达调控、细胞分化等过程中发挥重要的作用的RNA分子，大小约21-25个核苷酸，一般来源于染色体的非编码区域。微RNA通过RNA干扰作用机制发挥生物学功能，是21世纪生命科学的重要发现。这些重要突破将来获得诺贝尔奖的可能性是很大的，呼声也是很高的。
即使在经典遗传学领域，目前在揭示遗传规律和遗传现象发生机制方面也取得了长足的进步。例如在讲授孟德尔分离规律时，F1代表现显性性状，而不表现隐性性状。我们可以提一下日本奈良尖端科学技术大学院大学高山诚司（Seiji Takayama）课题组2006年发表在《自然-遗传学》和2010年发表在《自然》上的两篇文章。他们的研究表明，显性基因表达，而隐性基因表达被抑制的原因是，由于位于显性基因附近的某种基因指导合成了一种顺式作用的小分子非编码RNA（24-nucleotide sRNA），导致隐性基因甲基化，从而隐性基因作用被遏制。
由于遗传学教师的实际科研工作可能只集中在相关生物遗传的某一个很窄的方面，如果要在课堂教学中渗透前沿学科知识，就需要经常性阅读遗传学方面的国外版本更新较快的专著、教材如Krebs JE、Goldstein ES、Kilpatrick ST编写的《基因》（Levin’s GENE XI），期刊如英国《自然》（Nature）、美国的《科学》（Science）和《细胞》（Cell）网页中全文（或摘要）、科技新闻及评论。此外，遗传学教师在有条件的情况下，宜泛览《自然-遗传学》（Nature genetics）、《自然综述遗传学》（Nature reviews genetics）、《遗传学年评》（Annual Review of Genetics）、《遗传学趋势》（Trends in Genetics）、《美国人类遗传学杂志》（American Journal of Human Genetics）、《基因组研究》（Genome Research）、《遗传与发育新见》（Current Opinion in Genetics & Development）等国际著名的遗传学期刊，并将最新的遗传学领域最新和最重要的发现、进展和动态介绍给学生，这对开阔学生专业视野、提高学生的学习兴趣大有裨益。
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分子生物学是在分子水平上研究生命现象与生命本质的科学。作为生命科学的共同语言，主要阐明生物大分子的结构、代谢途径、调控机制以及人体各种生理和病理状态的分子机制，是推动新的诊断、治疗和预防方法。对于中西医结合医学生而言，学习医学分子生物学，不仅是为未来的专业课的学习打下基础，也为将来的工作和继续深造学习提供知识储备。学生在学习时靠死记硬背，缺乏对知识的思考，不能将分子生物学的知识和临床学科的内容进行横向联系，导致基础理论知识和临床实际应用严重脱节。这无疑更不利于优秀的中西医结合人才的培养。因此，针对目前社会对高素质中西医结合人才的要求，必然需要我们针对中西医结合专业的特点，优化分子生物学的教学内容，探索有效的教学方法，以激发学生的学习兴趣，强化学生对知识的记忆，培养学生将理论知识应用到其他课程学习及今后临床工作中的能力，真正发挥分子生物学在医学研究领域的重要作用。
一分子生物学课程教学的总体设计
分子生物学作为医学临床和科学研究的基本工具，发展速度快、应用广泛。根据中西医结合人才培养的目标与要求，以“理论适度，突出应用”为原则，优化教学内容，对教材内容进行更新、精简和重组。同时对教学学时加以调整，做到重点主要讲，拓展自学为主，并且改变教学模式，采用多种教学方法。
（一）教学内容整合和优化
分子生物学内容改革主要是以基础知识为主体，积极反映本学科发展的新动向、新进展，力求做到“少而精”，由浅入深，循序渐进，既注意层次分明，又注意知识的连贯性及实用性。拟对教学内容包括以下几点更新和优化。目前我校采用的《分子生物学》教材是第八版《生物化学与分子生物学》，之前采用过新世界中医药院校创新教材《分子生物学》第一版。中西医结合专业分子生物学大纲要求授课内容包括绪论、基因与基因组、DNA的生物合成、RNA的生物合成、蛋白质的生物合成、基因表达与调控、基因工程与癌基因。在培养设计中，《分子生物学》一般在《生物化学》之后学习。为了增强知识的连贯性和整体性将原来基因与基因组这章的内容与基因表达调控内容进行整合，重点介绍基因的结构，病毒、原核和真核生物基因组的特点。原癌基因和癌基因这章的内容，适度减少，原因是为了适应当前知识的更新，在此处只做基本概念的介绍，同时，提醒学生要紧跟科学发展，追踪相关知识的更新。其他章节适度增加科学研究的新进展，而教学内容基本不变。除此之外，需要对一些章节的知识进行更新。例如基因表达牵涉到遗传学和表观遗传学的内容，尤其是表观遗传学是近几年生命科学研究的热点，其对基因表达的调控涉及生殖发育、环境适应和疾病的产生。而目前《分子生物学》的“基因表达调控”一章只介绍了“原核生物的表达调控”和“真核生物表达的调控”两节内容，没有表观遗传学的内容，应予以适当添加，考虑到学时的限制，我们拟在表观遗传学的基本概念、调控方式和研究策略上做简单的概括性的介绍。另外，在目前的分子生物学研究中，常常牵涉到基因组学的研究，其内容涉及海量的生物学信息的推导和计算。例如引物设计、测序比对、同源分析、表观遗传位点分析和组学研究分析等等。这就牵涉到一个重要的工具学科—生物信息学的学习。但是目前许多中医类院校忽视对此内容的学习。考虑到此学科的难度，我们拟简单介绍生物信息学的基本内容和常用的生物软件的用途及使用方法，为他们在以后的工作和研究中打下基础。再而，细胞通讯和信号转导是目前中医药科学研究重点强调的内容，但目前本章的学习内容主要在强调基础知识，忽视了与科研和临床实际问题相结合。因此在本章中，我们拟整合和提炼基础知识，重点讲授与常见生理病理（例如糖尿病、细胞凋亡等）密切相关的信号转导通路。
（二）课时的合理分配
分子生物学是从分子水平探索生命现象、生命活动的规律和本质的一门学科。因此，学习的内容牵涉到蛋白质、核酸等分子。本科阶段的教学目标是通过本课程的学习，使学生掌握分子生物学的基本理论、基本技能和最新进展，并特别注重与基础医学和临床医学的结合，从而为学生进一步学习其他专业课程和开展医学研究工作奠定医学分子生物学基础。因而，在课时分配上注重对基本理论和基本技能的侧重。安徽中医药大学中西医结合专业分子生物学的总学时是36学时，其中理论27学时，实验时。理论学时中，绪论1学时，基因与基因组2学时，DNA的生物合成•4学时，RNA的生物合成4学时，蛋白质的生物合成4学时，基因表达与调控4学时，基因工程6学时和癌基因2学时将原来的DNA生物合成的4学时变为5学时，原癌基因与抑癌基因由2学时变为1学时。原来的基因表达调控由4学时变为6学时（将基因与基因组的内容整合到基因表达调控章节之前）。实验学时的分配没有变化，PCR技术应用3学时，核酸的制备和测定6学时。
二教学方法的革新
在教学过程中我们要根据教学内容采用一定的教学方法，这主要是由于不同的教学方法都有其适用性，而教学方法本身不存在绝对的优劣。《分子生物学》各章内容都有其关键知识点，而每一知识点都有其特点，任何单一的教学方法对每一关键知识点而言并不总是最适合的。学生有了实际的参考的物质加以想象后就很容易理解这些抽象的知识要点，再进行理解记忆就变得相对简单了。且有了这样的类比经验可以启发学生产生更多的想象，让这个分子生物学的某些知识变得简单易懂。归纳和总结一直是医学基础课学习的重要方法。分子生物学的许多概念、分子结构特点和反应过程比较相近，学生易于混淆。例如，重叠基因与重复序列、启动子与增强子等。诸如这类概念或化学过程相近的知识点，关键是使学生掌握两者的相同和不同点，因此对比归纳式教学方法就有其优越性。教师通过对有联系的知识点的对照归纳分析，有助于突出重点、易化难点，有助于将知识条理化、系统化，使学生把握住知识点内在的联系和区别，达到认识其本质的目的。基于上述原因，对优化后的各章关键知识点，采用不同教学方法如类比联想、归纳比较、引导启发和理论联系实际等方法进行讲授，比较各教学方法在此知识点的适用性和优劣性，最终优化出一套适合中西医结合临床专业多元教学方法体系。
三紧密联系临床实际应用
分子生物学学习的目的是为临床服务的，因此在教学上需要多联系实际的医学问题，即理论联系实际的教学方法。例如，在讲授DNA是遗传信息载体的时候，可以将DNA指纹联系到实际医学的基因诊断和基因治疗；在基因表达调控中，将遗传学（单基因与多基因遗传病）和表观遗传学调控，如DNA甲基化（组蛋白修饰）的表观遗传调控与心血管等疾病联系在一起；在癌基因与抑癌基因内容时，可以将临床实际遇到的癌症的遗传特点和检测方式中加以引入。通过这种和实际的医学诊断和治疗相结合的方法使学生认识到学习内容可以直接解决实际的健康问题，将极大地调动学习热情和兴趣，提高学习效果。四建立科学合理的评价体系为了提高学生的质量，使其更能适应社会需求，安徽中医药大学积极进行教学改革，要求转变教育思想，改变以前课堂教学的形式和对学生的评价体系。为此，在中西医结合专业分子生物学的评价体系中，初步建立形成性评价。评价体系主要包括考勤（10%）、课堂问题（20%）、每章科学问题讨论（20%）和试卷成绩（50%）课堂提问主要是每次课教师准备三个问题，让学生回答，根据回答情况，进行评分。每章科学问题讨论采用PBL形式，分组完成，最后给于评价。这种方式实施极大的调动学生的积极性，根本上改变之前仅依靠期末试卷带来的学生惰性式学习习惯，培养了学生的学习兴趣，课堂气氛活跃，学生课下投入的时间大大提高，学习的自主性和能动性都得到大大增强。和一些形成性评价相似，课时、场地的限制和教师与学生比例失调限制了这种评价体系的实施。五结语分子生物学是生命科学的分支，是中西医结合临床医学生必须熟练的基本知识和基本技能。在分子生物学的教学过程中，要密切联系临床的实际应用，及时联系科学研究动态，才能激发学生的学习兴趣，培养学习的积极性和调动学生自主学习的能力，使他们不仅能现在掌握分子生物学的基本知识，还能在未来工作中继续跟踪医学分子生物学的发展，适应社会对新型中西医结合专门医疗人才的要求。
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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]。
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端粒理论指的是，所有的细胞染色体都有一个端粒（Telomere），年轻细胞的端粒很长，但在细胞不断复制的过程中会逐渐变短，当端粒太短时，细胞就会衰老，进而死亡，于是便引起生物和人的衰老，然后是死亡。不过，端粒酶（telomerase）可以延长和保护端粒，因而可以延长寿命。2009 年的诺贝尔生理学或医学奖授予美国加利福尼亚旧金山大学的伊丽莎白・布莱克本、美国巴尔的摩约翰・霍普金斯大学医学院的卡罗尔・格雷德和美国哈佛医学院的杰克・绍斯塔克，就是表彰他们发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理。
长寿基因和衰老基因平衡理论是指，人和生物体内有长寿和衰老两类基因，它们的相互制约和平衡控制着寿命，这两类基因都不止一个和一种，而是有多种和多个。早在2008年，德国基尔大学医学院布拉德利・威尔科克斯等人就比较了德国388位逾100岁老人与731位年纪较小者的基因组成，发现100岁老人中频繁出现一种名为FOXO3A的基因，这种基因中的一种碱基变异让人更长寿。同时，该研究对3741名逾95岁日本老人的基因检测后，也获得了同样结论。因此，研究人员认为，FOXO3A基因是长寿基因的一种。
如今，韩国成均馆大学医学院分子细胞生物学教研室的申在均等人又通过老鼠试验证明，P62基因也是一种长寿基因，如果缺少这种基因，细胞内线粒体的功能会衰减，使生物体快速老化。P62基因能稳定名为Nrf2的转录因子，从而使称为Nqo1的抗氧化酵素维持在一定水平，结果会让细胞内的氧化物质和自由基减少，因而抑制老化，延长寿命。实验也证明，正常老鼠到老年时，体内的P62基因会急剧减少，也无法抑制老化。
相反，P16则是典型的衰老基因，它编码的蛋白质会使细胞进入衰老环节，让人呈现衰老外貌。
氧化剂理论是指，由于细胞中新陈代谢会产生氧化剂，后者可导致细胞的损害，这种损害累积到一定程度就引起衰老，最后导致生命的终结。因为，细胞分解食物获取能量的过程和持续燃烧过程非常相似，就像火炉里燃烧木柴、煤或燃气，即便燃料很环保，其氧化燃烧释放的污染物也可生成氧化剂和自由基，对细胞造成很大伤害。因此，衰老和死亡会不可避免地产生。
研究人员认为，任何针对这几种长寿和衰老机理的方式，如基因调控和服用药物都有可能抗御衰老和延长寿命。
基因调控仍然处于动物试验阶段
研究人员发现，一些动物，如燕鸥的细胞端粒比与其同样大小的其他动物的端粒变短的速度要慢得多，而且燕鸥的端粒酶能对缩短的端粒进行补充或维持端粒的长度。大部分动物在出生后不久端粒酶就失去功能，但燕鸥的端粒酶在整个生命期间都能保持活性，因而能让端粒维持长度，延缓衰老。其中的原理目前尚没有揭秘，但是，研究人员通过对涡虫的研究获得了一些答案。
一种叫做真涡虫（Planarian）的扁形蠕虫有着惊人的组织修复能力，把它们切成两段后，两边能再生出新的肌肉、皮肤、肠道甚至完整的大脑，而且这种再生好像能无限地进行下去。英国诺丁汉大学生物学院的阿齐兹・阿博贝克等人发现，真涡虫的成熟干细胞能修复缺损的组织和器官，避免老化。此外，它的染色体能主动保持端粒的长度，似乎能让真涡虫永生。
阿博贝克等人在实验中发现，有一种端粒酶基因在维持着真涡虫端粒的长度。在关闭该基因的活性后，真涡虫端粒开始变短，于是出现衰老的体征。但是，这种基因又与它们的繁殖方式有关。研究人员用两种真涡虫做实验，一种是有性繁殖，另一种是无性繁殖（克隆）。结果发现，无性繁殖的真涡虫再生时，端粒酶基因的活性大大增加，使干细胞能在分裂中保持端粒长度，但有性繁殖的真涡虫却没有出现这样的情况。
不过，研究人员现在对无性和有性繁殖造成的涡虫的端粒酶基因活性差异的机理并不十分清楚，如果能弄清其中的机理，对生物和人的长寿是有帮助的。因为，如果是无性繁殖增加了端粒酶的活性，从而保持端粒不变短以延长寿命，就说明这种方式能延长人和动物寿命。但是，无性繁殖对于人和高等生物来说是不可能的，尽管有人希望克隆人，但却为人类社会伦理和法律所不容，因此，目前要用这样的方式来增加寿命显然行不通。
但是，无性繁殖增加了端粒酶基因的活性也可能有另外的机制，因此，可以绕开无性繁殖来增加端粒酶基因活性。目前，这也只是一种想象，离现实还比较遥远。
当然，基因调控并非只是针对端粒和端粒酶，还有其他分子机制，如其他的基因调控。以色列巴伊兰大学的哈伊姆・科恩等人发现，Sirt基因能延长小鼠的寿命。此前，研究人员发现，包括人类在内的许多生物体内都有Sirt基因家族的成员，Sirt系列基因能延长线虫和果蝇的寿命。但哺乳动物通常拥有7种Sirt基因，确认这类基因能延长小鼠的寿命还是首次。不过，该种基因只是延长了雄鼠的寿命。
科恩等人首先在实验中发现，老鼠如果没有Sirt6基因，其生存状态就会出现与衰老相似的表现，于是他们通过转基因技术培养出Sirt6基因更为活跃的两个小鼠种群，并观察它们的寿命。结果表明，这两个种群中的雄鼠平均寿命分别延长了14.8%和16.9%，但雌鼠未发生类似变化。
目前，研究人员还不能解释这其中的原理，更不能解释为何Sirt6基因只使雄鼠延长了寿命而对雌鼠不管用。不过，即便可以通过转基因技术来移植Sirt6基因或通过基因调控使人体内的Sirt6基因活性提高，目前对人也还做不到。因此，让这一技术增加人的寿命也还只是一种希望。
表观遗传左右寿命
尽管长寿基因和衰老基因功能的平衡影响着人们的寿命，但是，要让基因发挥作用，尤其是让长寿基因发挥作用并同时抑制衰老基因的功能，就需要一种调整和修饰基因外观从而让特定基因发挥作用的机制，研究这种机制的科学就是表观遗传学（表观基因组学）。当然，表观基因组学更为严谨和学术的表述是，研究在基因组序列不变的情况下，一些遗传密码是如何调控基因表达并可稳定遗传下去的学科。
例如，DNA的后天性修饰（如甲基化修饰）、组蛋白的各种修饰等都是表观基因组的内容。人们都知道，同卵双胞胎由于有相同的基因，他们的相貌、性格、身高和行为方式等几乎一模一样。但是，生活中也有一些孪生子在成人后出现性格、健康和相貌方面的较大差异。以前，这种现象长期困扰着遗传学家。现在表观遗传已经能解释这种现象了。
一些遗传密码或分子可以在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修饰，这种改变不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去。因此，这类变异被称为表观遗传修饰，也是导致遗传物质一致的孪生子出现个体差异的主要原因。
现在，长寿和衰老、人类多种重大疾病、干细胞研究、体细胞重编程研究和大脑功能等，都与表观遗传有重要联系。西班牙、葡萄牙和中国研究人员合作的一项研究证明，人的衰老与表观遗传有很大的关系。西班牙巴塞罗那市贝尔维特戈生物医学研究所癌症表观遗传学与生物学项目主任马尼尔・埃斯特尔等人比较了1名103岁老年男子和1名新生男婴的DNA样本，发现他们基因组上的甲基化修饰是不一样的。
在人类基因组中的1600多万个位置上，DNA都会通过甲基化的过程而被修饰。但是新生儿DNA的全部可能甲基化的位置约80%被甲基化了，百岁以上老人DNA可能甲基化的位置只有73%被甲基化。
总体而言，百岁老人DNA的甲基化区域比新生儿少50万个，这提示百岁老人存在不适当的基因转录模式。此后，埃斯特尔等人又对更多的新生儿和90～99岁老人的DNA进行分析和观察甲基化的情况。结果发现，90～99岁老人也比新生儿的DNA甲基化减少了。为了进行更多的比较，研究小组又对中年人的DNA甲基化进行了观察，结果发现，中年人的DNA甲基化水平介于高龄老人和新生儿之间。
研究人员认为，这些结果提出了一种解释衰老的机理，表观基因组的一些小变化，如DNA的甲基化，可以随着时间推移而变化，在导致基因表达和细胞功能更广泛的变化的同时，影响人的寿命。但是，表观遗传中的DNA甲基化是如何影响人的寿命的，还需要更多和更深入的研究来揭示。
与此同时，另一项研究表明，衰老基因与表观遗传存在一种互动关系，这种互动关系可能影响人的寿命。英国伦敦大学国王学院的研究人员与威康信托基金会桑格研究所的研究人员合作，发现一组衰老基因与表观遗传有关，也影响老年人的健康和寿命。
研究人员分析研究了172对32～80岁的双胞胎，主要观察他们的DNA表观遗传变化。在进行表观基因组扫描分析时，研究人员发现了490个与年龄有关的表观遗传变化，其中4个基因的表观遗传变化与胆固醇、肺功能和女性长寿等有关。
这表明，许多与年龄有关的表观遗传变化在一个人的整个生命过程中不断发生，而且，这些变化可能在生命的早期阶段就开始了。如果沿着这一思路研究下去，可以帮助了解衰老的机理，从而根据这些机理开发未来抗衰老的药物和疗法。
更为重要的是，也有很多研究表明，人的行为方式也能改变表观遗传，即改变某种DNA的修饰，从而延长寿命。因此，表观遗传是解开人和生物衰老奥秘的另一条重要线索。
清除体内的氧化剂
随着年龄增长和食物的消化供能，人体内堆积的垃圾和污染物，如氧化剂越来越多，从而损坏细胞，促进衰老和死亡。那么，使用能减少氧化剂的技术或药物是否能增寿呢？
美国南加利福尼亚大学的列奥纳多・戴维斯老年医学研究所教授凯文・戴维斯等人发现，随着细胞老化，它们调动一种天然抗氧化剂――Lon蛋白酶的能力会大大下降，而Lon蛋白酶负责把损坏的蛋白质分解并清除掉。这就意味着，如果能补充Lon蛋白酶，就有可能延长寿命。
在动物和人的细胞中有一种细胞器叫做线粒体，它是分解和利用能量的中心。在分解和利用能量过程中，氧气会跑出来与其他元素结合，生成具有破坏性的氧化剂，如过氧化氢，后者能损害或杀死细胞和组织。但是，Lon蛋白酶能从线粒体中清除被氧化了的蛋白质，因而能保护线粒体，并维持线粒体再生。
Lon蛋白酶是由南加州大学的研究人员于2002年发现的。随着年龄的增长，生物体内的线粒体功能会随机体老化而下降，而且，Lon蛋白酶的数量也会减少。正常情况下，当氧化剂攻击细胞时，细胞会召集Lon蛋白酶抵抗氧化剂。但是，老年人细胞的Lon蛋白酶明显减少，因而无力对抗氧化剂。
研究人员把人的肺细胞暴露在过氧化氢之中，观察肺细胞应对氧化剂的反应。结果发现，年轻细胞能在5小时内使细胞中的Lon蛋白酶数量增加1倍，并保持一整天。而且，在一些实验中，年轻细胞甚至能将Lon蛋白酶数量增加到7倍，这就大大增加了细胞抵御氧化剂从而防止衰老的能力。
但是，中年细胞要花一整天才能调动Lon蛋白酶，使其数量成倍增加，在此期间肺细胞则暴露于有害的氧化蛋白中。在老年细胞中，Lon蛋白酶只能调动起一半，而且在24小时内并无Lon蛋白酶赶来增援。这也意味着，中年人和老年人的细胞由于缺少Lon蛋白酶，其抗氧化的能力下降，也就不能阻止衰老。或者说，衰老的原因之一是由于缺少Lon蛋白酶。
但是，是否可以通过生产Lon蛋白酶让人服用来增强细胞的抗氧化能力，从而延缓衰老和延长寿命呢？目前，研究人员的回答是否定的。因为，Lon蛋白酶到达细胞之前，就会被消化系统分解成氨基酸。但是，是否能用注射来避免Lon蛋白酶被破坏呢？研究人员认为，这是一种方向，还需要大量的研究来证实。不过，通过其他方法提高人体内自身的Lon蛋白酶也是一种方法，当然，这也需要研究来证明。
药物的作用
很多人一直相信保健品和药物可以延年益寿，但是，使用保健品和药物延长寿命的研究却一直未能给出满意的答案。
早在2009年，美国得克萨斯大学健康科学中心、杰克逊实验室和密歇根大学的研究人员就用2000只实验鼠进行了延长老鼠寿命的药物研究，这种药物是一种免疫抑制剂――雷帕霉素。此前，曾有研究显示此类药物能延长酵母菌、线虫、果蝇等无脊椎动物的寿命。
研究人员在对小鼠的研究中发现，从小鼠20个月（相当于人类的60岁）开始，将雷帕霉素作为食物补充剂喂食小鼠，可使雄性小鼠的平均寿命延长9%，雌性小鼠的平均寿命延长13%。研究人员认为，雷帕霉素延长小鼠寿命的机理可能与饮食限制法相似，即采取了一种与热量限制法相同的生化路径，使得小鼠的细胞分裂繁殖的速度减慢，从而延长了寿命。
但是，杰克逊实验室的主要研究人员大卫・哈里森表示，要想让人服用这一药物以延长寿命恐怕难以实现，因为在人年轻时就开始服用这种药物，会让人遭受长时间的副作用影响，药物会抑制免疫系统，从而使得服用该类药物的人更易遭受感染和传染病的侵袭。而且，雷帕霉素的用药量也是一个障碍。人服用雷帕霉素的剂量通常为每天2～5毫克，而给实验鼠服用雷帕霉素以延长寿命的剂量高达每天每千克体重2.24毫克，以此观之，人类难以承受。
既然服用雷帕霉素延长寿命不现实，研究人员的目光又转移到延长端粒上面来，这就是用一种端粒酶来保护和延长端粒，从而延缓或不让细胞死亡，以延长寿命。人的端粒酶主要由三部分组成，一是端粒酶逆转录酶（TERT），二是端粒酶RNA，三是一种假尿嘧啶合成酶。现在，美国哈佛大学的研究人员发现，给老鼠使用TERT能延长其寿命，而TERT也就可以当作一种药物来使用。
研究人员发现，TERT是一个环状结构，在外形上与HIV病毒中的逆转录酶相似。研究人员用TERT对老鼠进行实验。他们首先饲养了一些经基因改造的老鼠，使这些老鼠因缺乏端粒酶造成端粒缩短而未老先衰，出现嗅觉衰退、脑部缩小、不育、肠部和脾脏受损等疾病和症状，另外，它们的皮肤、大脑、内脏和其他器官也迅速老化。
