王艳梅，马文双，白 静，赵宝华

(1. 解放军255医院，河北 唐山 063000；2. 河北师范大学 生命科学学院，河北 石家庄 050024)

表观遗传学因其在生命活动中，相应的遗传基因表达发生了变化，而 DNA序列没有发生改变，通过这一情形而被定义，并与许多人类疾病有关联，如癌症、心血管疾病、自身免疫疾病等.1942年，Waddington首先在《现代遗传学导论》一书中提出表观遗传学概念，当时将表观遗传认为是基因型产生表型的过程[1]，该过程于 1986年由巴克和奥斯蒙德的胚胎与环境的对应关系实验得到证实.这种基因型不变而表型发生改变的现象，没有直接涉及基因序列的信息，而是通过“表观”体现的，即在基因表达过程中，对亲代和子代的表现型都有着很重要的影响[2].此发现，为遗传学的研究又开辟了一个新的领域——表观遗传学.

随着遗传学的快速发展，人们对传统意义上的癌症有了新的认识，癌症的产生不仅是一种遗传表现，也同样受到表观遗传修饰的影响.研究表明，在癌症发生之前，存在着一定的表观遗传学的变化.所以，通过对表观遗传修饰的改变，可以进行适当的调节，这将会为癌症等疾病的研究和治疗起到重要的作用.因此，在近几年的研究热潮中，表观遗传学在医学等领域受到了很大的重视，并将为世界疾病研究及治疗领域带来深远的影响.本文对表观遗传学的主要研究内容及其对相关疾病的研究途径及进展做一综述.

1 表观遗传学的研究内容

表观遗传学是遗传学的一门分支学科，其内容包括：DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控、染色质重塑、基因沉默等.

1.1 DNA甲基化

DNA甲基化是表观遗传学修饰的主要形式之一，对维持基因组DNA的基因组印迹，染色体的稳定性及重复基因的转录沉默是至关重要的.DNA甲基化是指在 DNA甲基转移酶的催化下，以 S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将胞嘧啶转变成 5-甲基胞嘧啶.发生在胞嘧啶残基的 5’位点，序列 5’-CG- 3’范围内，因此被称为CpG二核甘酸.其存在形式分为2种：一种散步存在于DNA中，以甲基化形式存在的占大多数；另一种因为基因组的转录活性区域富含CpG二核甘酸，呈高密度聚集状态，因此称为CpG岛[3].而CpG位点的甲基化是影响基因转录的关键因素之一，在相应的转录过程中，DNA的甲基化会导致基因沉默，一旦转录沉默，就会丧失基因的部分功能，如抑癌基因等[4].当然在一些特殊的启动子里，也存在着 DNA甲基化的获得.正常状态下的区域，无论是甲基化缺失还是获得，都会影响到基因功能的丧失，从而会导致细胞生长过程中的失调和失衡[5]7.

1.2 组蛋白修饰

翻译后的组蛋白修饰，是表观遗传学中调节基因表达的一种重要的机制，多发生在组蛋白-N末端，如乙酰化、甲基化、磷酸化等共价修饰.组蛋白是真核细胞中一种丰富的保守蛋白，DNA与核心组蛋白八聚体缠绕(2分子H1, H2A, H2B, H3)，构成染色体的基本单位——核小体，核小体与DNA、组蛋白连接构成染色质纤维，所以组蛋白不仅能够影响染色体的组装，而且是基因调控的主要枢纽[6].组蛋白翻译后修饰可以调节染色质的活性状态，也能够产生特异性结合蛋白，如转录因子、染色体重塑、染色质结构蛋白等.

1.3 非编码RNA调控

非编码RNA的调控机制，起到调控细胞表观遗传学状态的作用.非编码RNA中有许多种小RNA，它们组成了细胞中高度复杂的 RNA调控网络，在调节细胞增殖、肿瘤的发生发展、干细胞分化及抗病毒等多个细胞水平中，起着重要的调控作用.

非编码RNA根据大小可分为：长链非编码RNA和短链非编码RNA.长链非编码RNA(IncRNAs)在整个基因水平发挥顺式调节作用，一些IncRNAs的转录可导致核结构的形成或改变[7].而在非编码小RNA的研究中，小干扰RNA(siRNA)和微小RNA(miRNA)的研究起步较早、研究也较深入，但相关研究发现，生物体内还存在与前两种小 RNA长度不同的另一类非编码小 RNA，即为 piRNA.其中 siRNA是一类约 21～25 nt的RNA分子，由 Dicer(RNAaseⅢ家族中对双链 RNA具有特异性的酶)加工而成，通过完全互补配对的方式与目标mRNA结合，最终引起其降解，从而导致靶基因的的沉默.miRNA是一种长度为18～25 nt的单链小分子RNA，存在 Drosha酶和剪接作用途径.它广泛存在于真核生物中，主要通过与靶标基因不完全互补结合，进而抑制翻译或促进miRNA聚腺苷酸尾巴的去除等方式调控靶基因的表达[8].miRNA的异常，会导致肿瘤抑制基因的沉默，激活致癌因子或者生长因子等.piRNA因其与 Piwi蛋白家族蛋白相互作用而被命名，长度约为30nt，该Piwi-piRNA复合物可直接影响组蛋白修饰和DNA甲基化，具有转录后调控作用[9].

1.4 染色质重塑

染色质重塑包括两种类型：一种为依赖 ATP水解释放的能量，来改变染色质构象的物理修饰，主要为染色质丝发生松动现象，所导致的顺式作用元件的暴露[10]；另一种为依赖共价结合反应的化学修饰，包括甲基化、乙酰化、泛素化等.这种修饰在一定程度上影响到核小体的结构，并且为其他蛋白提供了和DNA作用的位点[11].

2 表观遗传学与肿瘤

表观遗传学的基因调控着正常与异常细胞，因此与疾病的产生息息相关，尤其是肿瘤.目前，对于肿瘤的治疗，越来越多地通过表观遗传现象，做出定向判断，更加明确地进行靶向目标治疗.下面我们将讲述几种与表观遗传修饰相关的肿瘤表象.

2.1 肾上腺皮质肿瘤

肾上腺皮质肿瘤是一种常见的肿瘤，虽然大多数是良性肿瘤，但是，肾上腺皮质癌却是一种罕见的疾病，除了利用手术切除，并没有有效的治疗方法.肾上腺皮质肿瘤的分子遗传学仍然知之甚少.几十年来，分子遗传学研究仅依赖于少数样品，且针对目的基因.在这种方法的基础上，发现肾上腺皮质肿瘤是一种表观遗传现象，是在一些通路过程中发生变化而导致的功能性分子的变化，如IGF通路等.因此，在表观遗传学基础上研究肾上腺皮质癌，更有利于通过靶向作用于目的基因，对于此肿瘤的治疗将会有很大的发展空间.

对肾上腺皮质癌的研究中发现，H19启动子发生甲基化现象，导致在ACC中的H19和IGF2基因表达异常，并且在细胞凋亡和肿瘤抑制基因处存在甲基化现象，如 CDKN2A、GATA4、DLEC1等[12]，而高甲基化现象导致之后的转录沉默.在治疗此类癌症时，就可以通过分子标记选择特定性治疗剂，这种手段必将促进肾上腺皮质癌的治疗，使其发展到一个更高的水平.

2.2 结直肠癌

结直肠癌是常见的人类恶性肿瘤之一，有着极为复杂的发生机制，然而研究表明其表观遗传学现象涉及到癌基因的甲基化异常以及组蛋白修饰.

结直肠癌癌基因中，包含有一种重要的调控基因 p16，其为一种广谱的癌特异性甲基化基因.p16在正常人的结肠粘膜中不发生甲基化，而在结直肠肿瘤中发现p16发生甲基化[13]187.因为，当p16基因的CpG岛发生甲基化，则会使得p16的表达缺失，从而该基因在一定程度上失活.该过程一般发生在结直肠癌的早期，因此可以用以预测结直肠癌的发生[14].所以充分利用表观遗传学与结直肠癌的关系，可以在早期就做出相应的治疗.

结直肠癌的发生过程中也包含组蛋白的修饰.在人结直肠癌细胞株 ING1b基因中的低乙酰化可能是导致该基因沉默的原因，因而提高其基因的乙酰化状态，可以阻止基因沉默，抑制癌细胞的生长[13]189.陈萦亘等[15]发现，在人的结直肠癌细胞系中SW1116和Colo320基因中，提高p21WAF1基因相关染色质的乙酰化水平，可以上调p21WAF1基因的转录并相应地导致结肠癌细胞生长停滞.

2.3 淋巴造血系统肿瘤

造血是一个动态的、高度复杂的发展过程，使得人类产生了多种类型的细胞循环.在血液系统肿瘤中发现了 miRNA的表达异常，可见 miRNA和肿瘤或许存在着相关性.Bueno[16]等研究发现，miRNA-203基因缺失或者启动子区 CpG岛高甲基化导致表达沉默，引起其靶基因 ABL1、BCR-ABL1的表达上调，从而导致一系列白血病的产生，如B细胞白血病，而通过联合使用去甲基化药物和去乙酰化酶抑制剂可恢复miRNA-203的表达，从而抑制肿瘤细胞表达[17].该研究结果证明，通过淋巴造血系统肿瘤与表观遗传学的关系，利用异常基因表达的过程回复，可以为治疗肿瘤提供辅助作用.

2.4 甲状腺肿瘤

甲状腺是内分泌系统中最常见的恶性肿瘤，也是人体所有恶性肿瘤中一级亲属患病率最高的肿瘤[18]，近几年由于环境及其他因素的影响，伴随甲状腺部位出现多种不良症状，其发病率呈逐年上升趋势，其中乳头状甲状腺瘤是很严重的一种恶性肿瘤，因其具有较高的遗传性状，要深入了解肿瘤，就必须了解其表观遗传学机制.

基因组广泛低甲基化是肿瘤的一个普遍特征，其与染色体结构不稳定有关，在甲状腺的研究中发现甲基化在不同的基因中表现为：TIMP3基因的缺失，5’端 CpG岛的甲基化抑制了基因的转录和翻译；MLH1基因的错配；CDH1高甲基化导致的功能性沉默已经组蛋白乙酰化等都导致了甲状腺肿瘤的发生.因为如果通过有效的过程修复或阻拦，都会在肿瘤的治疗中起到良好的作用，例如 HDAC抑制剂丁酸钠和丁氨酸联合维甲酸诱导的促分化，均可使肿瘤细胞恢复摄碘能力，为相应的患者提供有效的I治疗[19].

3 表观遗传学的发展前景

表观遗传学在一定意义上补充了“中心法则”的范围，解决了两个问题：核酸并不是存储遗传信息的唯一载体及正常的基因转录和翻译是由某些因素决定的，同时解释了 DNA序列所不能解释的奇怪现象等[20].因此随着表观遗传学的发展，人们开始通过研究表观遗传学各种现象及机理，来处理相应的肿瘤或疾病，这在肿瘤治疗方面将会有很大的发展前景.目前，表观遗传学的诊断和治疗过程中，通常使用蛋白质作为肿瘤标志物，如癌胚抗原(CEA)和α-甲胎蛋白(AFP)；使用特定分子用于癌症分子的针对性治疗，如细胞表面受体.例如，根据乳腺癌组织中HER2的表达状态，与曲妥珠单抗的靶向抑制反应预测HER2的功能.

表观遗传学中 DNA甲基化已经在癌症诊断中得到研究并应用.例如，检测血浆/血清中循环 DNA (游离DNA )，在通常情况下，癌症患者的血清/血浆中循环DNA的水平比健康人高.该循环DNA被认为是肿瘤细胞的凋亡或衍生坏死产生的.一些报道表明，在一系列肿瘤类型的不同基因中，某些肿瘤组织中的启动子发生了甲基化.在癌症中，存在某些基因的甲基化，这些甲基化的基因似乎是特异性针对某些类型的肿瘤.不同的肿瘤类型，DNA甲基化异常将导致基因组的不稳定或者肿瘤抑制基因的失活[5]8.一般情况下，在血清或者血浆中，原发肿瘤与 DNA的甲基化具有一致性；而在大多数情况下，如果检测到血清或血浆中 DNA甲基化，则原发肿瘤也将会发生正相关的变化.因此根据研究报道的发现，可以通过检测血清或血浆中的 DNA甲基化的变化，确定癌症患者；对肿瘤组织做分子诊断，也可以进行癌症的靶向治疗.

应用于癌症治疗的药物研究，主要是一些DNA甲基化抑制剂，包括地西他滨、嘧啶胞苷(Dacogen核苷类似物)、阿扎胞苷和非核苷抑制剂肼苯哒嗪.阿扎胞苷和地西他滨已被批准用于骨髓增生异常综合征(MDS)的治疗，包括难治性贫血和慢性髓性白血病(CML).

表观遗传学和新陈代谢也有着高度的关联，异常代谢酶可能改变养分的供应状态，从而导致肿瘤微环境的变化以至癌基因突变.酶介导的细胞表观遗传，是通过组蛋白修饰和 DNA基因翻译后修饰表达来影响代谢，反之新陈代谢的异常又在肿瘤的发生过程中起到了致病作用.这在一定程度上为肿瘤的治疗提供了一条新的途径，即针对肿瘤细胞微环境重新建立正常的新陈代谢，例如应用化学制剂和天然化合物，如叶酸、胆碱、黄酮类化合物等[21].

肿瘤病因及其发病机制相对复杂，虽然我们对肿瘤与表观遗传修饰及表观遗传机理的关系了解相对较少，但在肿瘤的发生发展过程中，可以通过研究表观遗传的变化，进行早期诊断及之后的判断.同时，由于表观遗传修饰具有可逆性，可以通过一些药物治疗等手段，将异常修饰调控基因恢复正常，从而起到抗肿瘤的作用.尽管我们对表观遗传的研究和应用还不够纯熟，仍有一些待于深入探讨的问题，但是一些肿瘤治疗药物已经得到了临床应用.所以，肿瘤的表观遗传治疗为我们提供了一个全新的视野，拥有着广阔的应用前景，并将成为肿瘤治疗的一部分.

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