導(dǎo)語：如何才能寫好一篇表觀遺傳學主要研究，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞 表觀遺傳 高中生物 科學的本質(zhì) 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(xiàn)象提供了全新的視角，成為“后基因組”時代的重要研究內(nèi)容之一。同時，表觀遺傳學作為一個前沿領(lǐng)域，將是高中生物課程內(nèi)容的一部分。如何在高中課程中實現(xiàn)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(fā)展而來的科學領(lǐng)域

“眾所周知，DNA是生命的基本遺傳物質(zhì)，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?！北碛^遺傳學是從對經(jīng)典遺傳學理論無法解釋的“意外”現(xiàn)象的探索中發(fā)展起來的，這也使表觀遺傳學的研究格外令人著迷。

經(jīng)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(xiàn)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(fā)育過程中表現(xiàn)出不盡相同的外表特征？在生物體的發(fā)育過程中，雖然每個細胞擁有相同的遺傳物質(zhì)，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(lǐng)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(lǐng)域。

表觀遺傳現(xiàn)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(guān)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(fā)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(xiàn)象中的表型變化是“開關(guān)”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(lián)系。在“后基因組”時代，表觀遺傳學的發(fā)展對生物學研究以及人類疾病領(lǐng)域的研究都具有深遠的意義。

2 發(fā)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(xiàn)象廣泛存在于生命周期的各個過程中，表觀遺傳學的調(diào)控對生物體來說具有普遍且重要的意義。不過，目前國內(nèi)外高中生物教材幾乎都沒有完整介紹表觀遺傳學相P內(nèi)容的章節(jié)。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(fā)展迅速，屬于比較新的研究領(lǐng)域；表觀遺傳的機制非常復(fù)雜，要讓高中學生理解其內(nèi)在機制，有一定困難。然而，將表觀遺傳學的內(nèi)容納入我國的高中生物課程，已經(jīng)基本達成共識。那么，這一內(nèi)容在高中生物課程中的教育價值究竟表現(xiàn)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(fā)揮它在提升學生學科核心素養(yǎng)方面的價值。

2.1 引導(dǎo)學生深入理解科學的本質(zhì)

目前，人們對“科學的本質(zhì)”還沒有一個統(tǒng)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(zhì)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(jù)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(xiàn)象也具有預(yù)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(quán)威地位。

（3） 科學事業(yè)：科學是人類的一項事業(yè)。

表觀遺傳學的發(fā)展歷程，典型地體現(xiàn)出了科學的本質(zhì)。因此，表觀遺傳學內(nèi)容的教學，應(yīng)著力于引導(dǎo)學生更好地理解科學的本質(zhì)。

2.1.1 引導(dǎo)學生理解科學具有開放性

表觀遺傳學的發(fā)展表明，人類對遺傳現(xiàn)象和本質(zhì)的認識是不斷發(fā)展的，因此，科學知識是一個開放的系統(tǒng)。雖然遺傳學已經(jīng)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(fā)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)用之前所學的經(jīng)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(dǎo)學生感悟科學講求證據(jù)與邏輯

人們對遺傳現(xiàn)象的認知程度會隨著科學的發(fā)展而改變，但所有觀點的產(chǎn)生都不是異想天開，而是基于科學實證。表觀遺傳學從對現(xiàn)象的認知到理論的建立都是基于科學證據(jù)的積累。這期間出現(xiàn)了很多假說，也經(jīng)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(zhì)重組以及非編碼RNA等領(lǐng)域的不斷探索，人們已經(jīng)可以解釋很多表觀遺傳學現(xiàn)象?？茖W研究的發(fā)展往往從認知規(guī)律開始，進而通過科學探究來逐步揭示規(guī)律形成的機制。教學時，如果教師引導(dǎo)學生基于表觀遺傳的現(xiàn)象，科學家揭示現(xiàn)象獲得的研究事實來得出結(jié)論，既可以讓學生更好地理解表觀遺傳學內(nèi)容，知道知識是如何形成的，也能進一步引導(dǎo)他們認識到科學是重視證據(jù)和邏輯的。

2.1.3 引導(dǎo)學生理解科學的連續(xù)性

科學的本質(zhì)特征，一方面表現(xiàn)在科學知識是暫時的、可變的；另一方面表現(xiàn)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(xù)性是科學一貫的特征。高中階段學生對表觀遺傳學相關(guān)內(nèi)容的學習，既需要、也可以體現(xiàn)出科學的連續(xù)性。

經(jīng)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(jié)于DNA序列的變化。而表觀遺傳學是從“染色質(zhì)”的層面來進行研究，表型的改變歸結(jié)于染色質(zhì)狀態(tài)的調(diào)整。所以表觀遺傳學狹義的定義為：通過調(diào)整染色質(zhì)狀態(tài)，在不改變DNA序列的情況下實現(xiàn)對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)。學習有關(guān)內(nèi)容時，教師要引導(dǎo)學生認識：表觀遺傳學的發(fā)展對經(jīng)典遺傳學來說并不是一種質(zhì)疑和挑戰(zhàn)，而是一種補充，是遺傳學研究的一種延續(xù)。隨著表觀遺傳現(xiàn)象分子機制的揭開，其與經(jīng)典遺傳學以及普遍的生物調(diào)控更容易地被結(jié)合起來。這種聯(lián)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(fā)現(xiàn)和理解它?？茖W是人類的一項永無止境的事業(yè)，遺傳學的探索還將繼續(xù)為人們揭開更多生命的奧秘。

2.2 注意引導(dǎo)學生進一步建立生命觀念

“生命觀念”是理解生命的本質(zhì)所需要的觀念，是對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進行解釋后的抽象。構(gòu)建生命觀念是發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分。表觀遺傳學內(nèi)容的學習可以幫助學生完善結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀以及穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

2.2.1 注意凸顯表觀遺傳學如何體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一性

結(jié)構(gòu)與功能觀是基本的生命觀念之一。結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，功能的有效執(zhí)行必定依賴于特定的結(jié)構(gòu)。在生物體的生命歷程中，結(jié)構(gòu)與功能是一個不可分割的整體。

表觀遺傳現(xiàn)象充分體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)與功能的辯證統(tǒng)一關(guān)系。研究結(jié)果表明，在表觀遺傳學“開啟”和“關(guān)閉”兩種不同的表型狀態(tài)下，總是可以在其中的關(guān)鍵調(diào)控點找到結(jié)構(gòu)差異，即結(jié)構(gòu)決定功能。染色質(zhì)在結(jié)構(gòu)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(zhì)，又有高度濃縮使基因沉默的異染色質(zhì)。常染色質(zhì)是以一種開放式的、對轉(zhuǎn)錄等過程所需的各種酶更為敏感的構(gòu)象存在，隨時可以開啟基因的表達。而異染色質(zhì)以一種超濃縮的致密結(jié)構(gòu)存在，轉(zhuǎn)錄等相關(guān)的酶無法結(jié)合上去，從而抑制表達。這體現(xiàn)出染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的。表觀遺傳學的各種機制之間其實是相互關(guān)聯(lián)的，表觀遺傳因素通過調(diào)節(jié)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、對染色質(zhì)進行修飾等來影響基因的轉(zhuǎn)錄，從而達到調(diào)節(jié)功能的目的。

在教學中，教師可以結(jié)合表觀遺傳的實例滲透結(jié)構(gòu)與功能觀。例如，表觀遺傳學因素導(dǎo)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(zhì)狀態(tài)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(fā)育過程中，細胞內(nèi)的一條X染色體隨機濃縮而失去活性，從而呈現(xiàn)出這種黃黑相間的花色。

2.2.2 注意發(fā)揮表觀遺傳學在建立進化和適應(yīng)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(huán)境”三者之間存在很微妙的關(guān)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(yīng)環(huán)境；而環(huán)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(huán)境很好整合的過程，能夠幫助學生進一步理解三者的內(nèi)在聯(lián)系。

生物體能夠產(chǎn)生后代并穩(wěn)定遺傳依賴于穩(wěn)定傳遞的遺傳信息與精密的調(diào)控機制。表觀遺傳信息的發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象都是在生物后天的發(fā)育中表現(xiàn)出來的，體現(xiàn)出環(huán)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(huán)境因素對生命的影響，進一步理解“基因型+環(huán)境=表型”這一遺傳學命題。研究結(jié)果顯示，從單細胞到多細胞，表觀遺傳相關(guān)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(diào)控在生物進化過程中的作用。表觀遺傳信息的發(fā)現(xiàn)以及表觀遺傳調(diào)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(nèi)容引導(dǎo)學生建立穩(wěn)態(tài)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(yīng)環(huán)境從而維持穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)不是恒定不變的，而是一種動態(tài)的平衡。動態(tài)平衡無處不在，各物種與生存環(huán)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(fù)雜而精密的系統(tǒng)，在生存過程中，個體的各種結(jié)構(gòu)之間、各種調(diào)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(dǎo)學生建立相關(guān)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(shù)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(zhì)結(jié)構(gòu)之間的平衡：基因的表達與沉默是一個復(fù)雜且精密的過程。在哺乳動物中，染色質(zhì)中的常染色質(zhì)比例只占不到4%，而剩余的96%都為異染色質(zhì)。需要注意的是，沉默染色質(zhì)是動態(tài)變化的，這增加了問題的復(fù)雜性。要維持和延續(xù)染色質(zhì)的這種動態(tài)平衡狀態(tài)必定需要一個十分可靠的調(diào)控過程。因此，表觀遺傳現(xiàn)象往往是多種機制共同作用的結(jié)果。

表觀遺傳調(diào)控與環(huán)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(jīng)典遺傳學無法解釋的現(xiàn)象都歸結(jié)于“環(huán)境”的因素。研究數(shù)據(jù)表明，環(huán)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(xiàn)。數(shù)據(jù)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(diào)控與環(huán)境的變化之間存在一種動態(tài)的聯(lián)系。

綜上所述，高中階段的表觀遺傳學內(nèi)容的教學關(guān)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(dǎo)學生更好地理解科學的本質(zhì)、構(gòu)建生命觀念，從而使學生建立終生受益的素養(yǎng)基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] Watson J.D. Celebrating the genetic jubilee： A conversation with James D. Watson. Interviewed by John Rennie. Sci. Am， 2003.288： 66-69.

[2] Avery O.T.， Macleod C.M.， and McCarty M. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus Type III. J. Exp. Med， 1944. 79：137-158.

[3] 朱冰，O方霖譯. 表觀遺傳學[M].北京：科學出版社，2009：2.

[4] American Association for Advanced of Science. Project 2061： Science for All Americans. Washington D. C： American Association for Advanced of Science. 1989：1-16.

[5] 譚永平.中學生物學課程在發(fā)展學生核心素養(yǎng)中的教育價值[J].生物學教育，2016（5）：20-22.

篇2

在Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)后的50多年里，基因工程藥物在治療人類疾病中逐漸占據(jù)一席之地，人類基因組計劃的完成為基因治療開辟了更廣闊的空間。近年來隨著遺傳學的新興學科——表觀遺傳學在人類疾病治療方面獲得了越來越多的證據(jù)[1]。它從分子水平上揭示復(fù)雜的臨床現(xiàn)象，為解開生命奧秘及征服疾病帶來新希望。

表觀遺傳學是研究沒有DNA序列變化的情況下，生物的表型發(fā)生了可遺傳改變的一門學科[2]。表觀遺傳學即可遺傳的基因組表觀修飾，表觀修飾包括：DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、X染色體失活、基因組印記、非編碼RNA調(diào)控等[3]，任何一方面的異常都可能導(dǎo)致疾病，包括癌癥、染色體不穩(wěn)定綜合征和智力遲鈍[4]等。表觀遺傳的改變是可逆的，這就為治療人類疾病提供了樂觀的前景。本文從表觀遺傳學與人類疾病、環(huán)境與表觀遺傳學的關(guān)系以及表觀遺傳治療3個方面進行綜述。

1 表觀遺傳學修飾與人類疾病

1.1 DNA甲基化相關(guān)疾病

DNA甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)的催化下，將甲基基團轉(zhuǎn)移到胞嘧啶堿基上的一種修飾方式。它主要發(fā)生在富含雙核苷酸CpG島的區(qū)域，在人類基因組中有近5萬個CpG島[5]。正常情況下CpG島是以非甲基化形式(活躍形式)存在的，DNA甲基化可導(dǎo)致基因表達沉默。DNMTs的活性異常與疾病有密切的關(guān)系，例如位于染色體上的DNMT3B基因突變可導(dǎo)致ICF綜合征。有報道[6]表明，重度女襲性牙周炎的發(fā)生與2條X染色體上TMP1基因去甲基化比例增高有關(guān)。DNMT基因的過量表達與精神分裂癥和情緒障礙等精神疾病的發(fā)生也密切相關(guān)。風濕性疾病等自身免疫性疾病特別是系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)與DNA甲基化之間關(guān)系已經(jīng)確定[7]，在SLE病人的T細胞發(fā)現(xiàn)DNMTs活性降低導(dǎo)致的異常低甲基化。啟動子區(qū)的CpG島過度甲基化使抑癌基因沉默，基因組總體甲基化水平降低導(dǎo)致一些在正常情況下受到抑制的基因如癌基因被激活[8]，都會導(dǎo)致細胞癌變。

1.2 組蛋白修飾相關(guān)疾病

組蛋白的修飾包括乙?；⒓谆?、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等，組成各種組蛋白密碼。其中，研究最多的是乙酰化、甲基化。一般來說，組蛋白乙?；瘶酥局涮幱谵D(zhuǎn)錄活性狀態(tài);反之，組蛋白低乙?；蛉ヒ阴；砻魈幱诜寝D(zhuǎn)錄活性的常染色質(zhì)區(qū)域或異染色質(zhì)區(qū)域。乙?；揎椥枰阴；D(zhuǎn)移酶(HATs)和去乙酰化酶(HDACs)參與。組蛋白修飾酶異?？蓪?dǎo)致包括癌癥在內(nèi)的各種疾病，例如，H4K20的三甲基化是癌癥中的一個普遍現(xiàn)象。甲基化CpG2結(jié)合蛋白2(MeCP2)可使組蛋白去乙?；瘜?dǎo)致染色質(zhì)濃縮而失活，其中Rett綜合征就是MeCP2的突變所致。

1.3 染色質(zhì)重塑相關(guān)疾病

染色質(zhì)重塑是DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑復(fù)合物的共同作用。它通過影響核小體結(jié)構(gòu)，為其他蛋白提供和DNA的結(jié)合位點[9]。其中染色質(zhì)重塑因子復(fù)合物主要包括SWI/SNF復(fù)合物和ISW復(fù)合物。染色質(zhì)重塑復(fù)合物如果發(fā)生突變，可導(dǎo)致染色質(zhì)不能重塑，影響基因的正常表達，導(dǎo)致人類疾病。如果突變引起抑癌基因出現(xiàn)異常將導(dǎo)致癌癥，例如：小兒科癌癥中檢測到SNF5的丟失。編碼SWI/SNF復(fù)合物相關(guān)的ATP酶的基因ATRX、ERCC6、SMARCAL1的突變可導(dǎo)致B型Cockayne綜合征、Schimke綜合征甚至腫瘤。ATRX突變可引起DNA甲基化異常，從而導(dǎo)致數(shù)種遺傳性的智力遲鈍疾病如:X連鎖α2地中海貧血綜合征和SmithFinemanMyers綜合征，這些疾病與核小體重新定位的異常引起的基因表達抑制有關(guān)[10]。

1.4 X染色體失活相關(guān)疾病

哺乳動物雌性個體不論有多少條X染色體，最終只能隨機保留一條的活性。X染色體失活由X失活中心(Xic)調(diào)控，Xic調(diào)控X染色體失活特異性轉(zhuǎn)錄基因(Xist)的表達。X染色體的不對稱失活可導(dǎo)致多種疾病，例如男性發(fā)病率較高的WiskottAldrich綜合征是由于WASP基因突變所致。X染色體的PLP基因突變失活常導(dǎo)致PelizaeusMerzbacher病;X染色體的MeCP2基因突變失活導(dǎo)致Rett綜合征[11]。在失活的X染色體中，有一部分基因因逃避失活而存在2個有活性的等位基因，使一些抑癌基因喪失功能，這是引發(fā)女性癌癥的一個重要原因[12]。

1.5 基因組印記相關(guān)疾病

基因組印記是指二倍體細胞的一對等位基因(父本和母本)只有一個可以表達，另一個因表觀遺傳修飾而沉默。已知在人體中有80多種印記基因。印記丟失導(dǎo)致等位基因同時表達或有活性的等位基因突變，均可引起人類疾病。一些環(huán)境因素，如食物中的葉酸也會破壞印記。印記丟失不僅影響胚胎發(fā)育，并可誘發(fā)出生后的發(fā)育異常。如果抑癌基因中有活性的等位基因失活可導(dǎo)致癌癥的發(fā)生，如IGF2基因印記丟失導(dǎo)致的Wilms瘤[13]。15號染色體的表觀遺傳異?？蓪?dǎo)致PraderWilli綜合征(PWS)和Angelman綜合征(AS)，PWS是由于突變導(dǎo)致父本表達的基因簇沉默，印記基因(如SNURF/SNRPN)在大腦中高表達所致;AS是由于母本表達的UBE3A或ATP10C基因的缺失或受到抑制所致。Beckwithweideman綜合征(BWS)是11號染色體表觀遺傳突變引起印跡控制區(qū)域甲基化的丟失，導(dǎo)致基因印記丟失引起[14]。

1.6 非編碼RNA介導(dǎo)相關(guān)疾病

功能性非編碼RNA分為長鏈非編碼RNA和短鏈非編碼RNA。長鏈RNA對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變起著重要的作用。短鏈RNA對外源的核酸序列有降解作用以保護自身的基因組。小干涉RNA(siRNA)和微小RNA(miRNA)都屬于短鏈RNA，在人類細胞中小片段的siRNA也可以誘導(dǎo)基因沉默。miRNA能夠促使與其序列同源的靶基因mRNA的降解或者抑制翻譯，在發(fā)育的過程中起著關(guān)鍵性作用。轉(zhuǎn)錄的反義RNA可以導(dǎo)致基因的沉寂，引起多種疾病，如使地中海貧血病人的正常球蛋白基因發(fā)生甲基化。由于miRNA在腫瘤細胞中的表達顯著下調(diào)，P53基因可通過調(diào)控miRNA34ac的表達治療腫瘤。在細胞分裂時，短鏈RNA異常將導(dǎo)致細胞分裂異常，如果干細胞發(fā)生這種情況也可能導(dǎo)致癌癥。

2 環(huán)境表觀遺傳學

對多基因復(fù)雜癥狀性疾病來說，單一的蛋白質(zhì)編碼基因研究遠遠不能解釋疾病的發(fā)生機理，需要環(huán)境與外界因素的作用才會發(fā)病。疾病是外界因素與遺傳因素共同作用的結(jié)果。流行病學研究已經(jīng)證實，人類疾病與環(huán)境有明確的關(guān)系，高血壓、中風、2型糖尿病、骨質(zhì)疏松癥等疾病的發(fā)病率與環(huán)境有著密切的關(guān)系[15]。特別是在發(fā)育初期，不利的環(huán)境、 營養(yǎng)的缺乏都有可能導(dǎo)致出生低體重、早產(chǎn)、胎兒發(fā)育不成熟等[16]。環(huán)境與DNA甲基化的關(guān)系一旦建立，將為環(huán)境射線暴露與癌癥發(fā)生提供依據(jù)[17]。

環(huán)境污染等不利因素均有可能增加基因的不穩(wěn)定性，每個人對環(huán)境和飲食的敏感性可因先天遺傳不同而不同，環(huán)境因素與個體遺傳共同作用，決定潛在表觀遺傳疾病的危險性。有人推測上述因素肯定會在我們基因組上遺留下微量的基因表遺傳學痕跡[1]。隨著年齡增長，DNA甲基化等化學修飾改變也在長時間中錯誤積累，這也有助于解釋為什么很多疾病總是在人進入老年后才發(fā)生。由此可見，如果改變不良生活習慣、減少環(huán)境污染，都有可能降低表觀遺傳疾病的發(fā)病率。因此研究環(huán)境與表觀遺傳改變的關(guān)系對于預(yù)防和治療人類疾病都有著重要的意義。

3 表觀遺傳學藥物

人類許多疾病都可能具有表觀遺傳學的改變，表觀遺傳學治療研究如火如荼。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多藥物可以通過改變DNA甲基化模式或進行組蛋白的修飾等來治療疾病。目前，很多藥物處于研制階段，盡管其有效性尚未得到充分證實，但給癌癥、精神疾病以及其他復(fù)雜的疾病的治療帶來了希望。

3.1 組蛋白去乙?；敢种苿?/p>

目前發(fā)現(xiàn)的組蛋白去乙?；敢种苿?HDAC Inhibitor)有近百種。其中FK228主要作用機制是抑制腫瘤細胞內(nèi)組蛋白去乙酰化酶(HDAC)活性，引起乙?；M蛋白的積聚，從而發(fā)揮抑制腫瘤細胞增殖、誘導(dǎo)細胞周期阻滯、促進細胞凋亡或分化等作用[18]。FK228單獨用藥或與其他藥物或方法聯(lián)合應(yīng)用表現(xiàn)出良好的抗腫瘤作用，同時還可阻礙血管生成，具有抑制腫瘤轉(zhuǎn)移、逆轉(zhuǎn)耐藥性、調(diào)節(jié)免疫力等作用。FK228還具有治療炎癥、免疫性疾病、視網(wǎng)膜新生血管疾病及神經(jīng)系統(tǒng)等多種疾病的藥理學作用。

3.2 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑

核苷類DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑作用機理是在體內(nèi)通過代謝形成三磷酸脫氧核苷，在DNA復(fù)制過程中代替胞嘧啶，與DNMTs具有很強的結(jié)合力。核苷類似物5氮雜胞苷(5azacytidine)是第一個發(fā)現(xiàn)的甲基化抑制劑，最初被認為是細胞毒性物質(zhì)，隨后發(fā)現(xiàn)它可抑制DNA甲基化和使沉默基因獲得轉(zhuǎn)錄性，用于治療高甲基化的骨髓增生異常綜合征，低劑量治療白血病。其他核苷類DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑有5氮2脫氧核苷(5aza2′deoxycytidine)，Zebularine(5azacytidine的衍生物)[19]，5Fluoro2′deoxycytidine，RG108，Procainamide，Psammaplins(4aminobenzoic acid衍生物)，MG98(寡聚核苷酸)等。DNA甲基化抑制劑Procainamide可用于抗心律失常。另外在茶葉和海藻中提取的EGCG也顯示具有體外活性。臨床中應(yīng)用反義寡核苷酸對DNA甲基轉(zhuǎn)移酶進行抑制正在進行實驗。

3.3 聯(lián)合治療

DNA甲基化抑制劑與HDAC抑制劑聯(lián)合應(yīng)用治療疾病可能具有協(xié)同作用。進行表觀修飾治療后的細胞可能對于化療、干擾素、免疫治療更具有敏感性。在癌癥的治療方面，應(yīng)當包括遺傳治療和表觀遺傳治療兩個方面，同時運用兩種或兩種以上表觀修飾的方法對病人進行治療對人類疾病意義重大。

3.4 其他方法

人胚胎干細胞保留有正?；蛴∮?，這些干細胞可能具有治療意義[20]。另外，在女性細胞中非活性的X染色體中存在正常的野生型基因，如果選擇正確的靶點，就有可能激活這個正常但是未被利用的野生型基因，從而對其進行基因治療。有報道[21]運用RNAi技術(shù)沉默胰島β細胞相關(guān)基因，抑制胰島淀粉樣形成可能用來治療糖尿病。短鏈脂肪酸(SCFAs)丙戊酸鈉用于抗癲癇，丁酸可用來治療結(jié)腸癌[22]等。siRNA可在外來核酸的誘導(dǎo)下產(chǎn)生，通過RNA干擾(RNAi)清除外來核酸，對預(yù)防傳染病有重要作用。目前，RNA干擾已大量應(yīng)用于包括腫瘤在內(nèi)的疾病研究，為一些重大疾病的治療帶來了新的希望。

4 結(jié) 語

從表觀遺傳學提出到現(xiàn)在，人們對表觀遺傳學與人類疾病的發(fā)生有了更深入的認識。人類表觀基因組計劃(human epigenome proiect，HEP)已經(jīng)于2003年開始實施，其目的是要繪制出不同組織類型和疾病狀態(tài)下的人類基因組甲基化可變位點(methylation variable position ，MVP)圖譜。這項計劃可以進一步加深研究者對于人類基因組的認識，為表觀遺傳學方法治療人類復(fù)雜疾病提供藍圖[1]。但是，表觀遺傳學與人類生物學行為(臨床表型)有密切關(guān)系，人類對表觀遺傳學在疾病中的角色研究還處于初級階段。應(yīng)更進一步研究表觀遺傳學機制、基因表達以及與環(huán)境變化的關(guān)系，有效減少表觀遺傳疾病的發(fā)生風險，努力探索這片造福人類的前沿領(lǐng)域。

參考文獻

[1] DAVID R，MELLISSA M. Epigenetic and human disease:translating basic biology into clinical applications[J]. CMAJ， 2006，174(3):136-146.

[2] 董玉瑋，候進惠，朱必才，等.表觀遺傳學的相關(guān)概念和研究進展[J].生物學雜志，2005，22(1):1-3.

[3] 張永彪，褚嘉佑.表觀遺傳學與人類疾病的研究進展[J].遺傳，2005，27(3):466-472.

[4] GERDA E， GANGNING L， ANA A，et al. Epigenetics in human disease and prospects for epigenetic therapy[J].Nature，2004，429(27):457-462.

[5] 吳超群.表觀遺傳學和人類疾病[J].中國優(yōu)生優(yōu)育2007，13(3):112-119.

[6] 趙紅宇，李紅，張旭，等.侵襲性牙周炎的表觀遺傳學研究[J].醫(yī)藥論壇雜志，2006，27(21)：29.

[7] MARTIN H，MARCO A.Epigenetics and human disease[J].Int J Biochem Cell Biol，2009，41:136-146.

[8]李莉，李真.表觀遺傳學在腫瘤診斷及治療中的研究進展[J].重慶醫(yī)學，2008，37(11)：1250.

[9] LEWIN B.Gene Ⅷ[M]. New Jersey:Perarson Prenc Hall press， 2004:315-320.

[10] HUANG C， SLOAN E A， BOERKOEL C F. Chromatin remodeling and human disease[J].Curr Opin Genet Dev， 2003， 13 (3): 246-252.

[11] HEARD E.Recent advances in Xchromosome inactivation[J]. Curr Opin Cell Biol，2004，16:247-255.

[12] LIAO D J， DU Q Q， YU BW，et al. Novel perspective: focusing on the X chromosome in rep roductive cancers[J].Cancer Invest，2003，21(4):641-658.

[13] FEINBERG A P，TYCKO B.The history of cancer epigenetic[J].Nat Rev Cancer，2004，4(2)：143-153.

[14] ANDREW P.Phenotypic plasticity and the epigenetics of human disease[J].Nature，2007，447(24)：433.

[15] GODRREY K M， LILLYCROP K A， BURDGE G C，et al. Epigenetic mechanismsand the mismatch concept of the developmental origins of health and disease[J].Pediatr Res， 2007，61:5R-10R.

[16] WAYNE S， CUTFIELD，PAUL L.et al. Could epigenetics play a role in the developmental origins of health and disease?[J]. Pediatr Res，2007，61(5):68R.

[17] EDWARDS T M， MYERS J P. Environmental exposures and gene regulation in diseaseetiology[J]. Environ Health Perspect，2007;115:1264-1270.

[18] 南，徐克前.表觀遺傳學藥物FK228的藥理作用及機制[J].國際病理科學與臨床雜志，2008.28(4)297-300.

[19] CHENG J C，YOO C B，WEISENBERGER D J，et al.Preferential response of cancer cells to zebularine[J].Cancer Cell，2004，6(2)：151.

篇3

1 DNA甲基化和組蛋白乙?；?/p>

1.1 DNA甲基化 DNA甲基化是指在DNA復(fù)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(zhuǎn)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(gòu)象，直接或通過序列特異性甲基化蛋白、甲基化結(jié)合蛋白間接影響轉(zhuǎn)錄因子與基因調(diào)控區(qū)的結(jié)合。目前發(fā)現(xiàn)的DNA甲基化酶有兩種：一種是維持甲基轉(zhuǎn)移酶；另一種是重新甲基轉(zhuǎn)移酶。

1.2 組蛋白乙?；?染色質(zhì)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?；潜碛^遺傳學修飾的另一主要方式，它屬于一種可逆的動態(tài)過程。

1.3 DNA甲基化與組蛋白乙?；年P(guān)系 由于組蛋白去乙酰化和DNA甲基化一樣，可以導(dǎo)致基因沉默，學者們認為兩者之間存在串擾現(xiàn)象。

2 表觀遺傳學修飾與惡性腫瘤耐藥

2.1 基因下調(diào)導(dǎo)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(diào)，并與化療耐藥有關(guān)。其中研究比較確切的一個基因是hMLH1，它編碼DNA錯配修復(fù)酶。此外，由于表觀遺傳學修飾造成下調(diào)的基因，均可導(dǎo)致惡性腫瘤耐藥。

2.2 基因上調(diào)導(dǎo)致耐藥 在惡性腫瘤中，表觀遺傳學修飾的改變也可導(dǎo)致一些基因的上調(diào)，包括與細胞增殖和存活相關(guān)的基因。上調(diào)基因FANCF編碼一種相對分子質(zhì)量為42000的蛋白質(zhì)，與腫瘤的易感性相關(guān)。2003年，Taniguchi等證實在卵巢惡性腫瘤獲得耐藥的過程中，F(xiàn)ANCF基因發(fā)生DNA去甲基化和重新表達。另一個上調(diào)基因Synuclein-γ與腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。同樣，由表觀遺傳學修飾導(dǎo)致的MDR-1基因的上調(diào)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(yīng)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(zhuǎn)組蛋白八聚體中H3的第9位賴氨酸的甲基化。有關(guān)5-aza-dc治療卵巢惡性腫瘤的體外實驗研究結(jié)果表明，它能夠恢復(fù)一些沉默基因的表達，并且可以恢復(fù)對順柏的敏感性，其中最引人注目的是hMLH1基因。有關(guān)地西他濱（DAC）治療的臨床試驗，研究結(jié)果顯示，結(jié)果顯示：DAC是一種有效的治療耐藥性復(fù)發(fā)性惡性腫瘤的藥物。 轉(zhuǎn)貼于

3.2 HDAC抑制劑 由于組蛋白去乙?；腔虺聊牧硪粰C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(jù)化學結(jié)構(gòu)，可將HDACI分為短鏈脂肪酸類、氯肟酸類、環(huán)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(nèi)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(yīng)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(tǒng)腫瘤中使用VPA進行了Ⅱ期臨床試驗，結(jié)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(nèi)使用安全劑量SAHA時，可有效抑制生物靶點，發(fā)揮抗腫瘤活性。大量體外研究結(jié)果顯示，聯(lián)合使用DNA甲基化抑制劑和HDACI會起到更明顯的協(xié)同作用。

3.3 逆轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)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(lián)合使用治療白血病耐藥患者，結(jié)果說明，應(yīng)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(nèi)其療效與體內(nèi)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(jié)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(fù)發(fā)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(guān)。

4 展望

總的來說，應(yīng)用表觀遺傳學修飾機制治療腫瘤具有良好的應(yīng)用前景，與傳統(tǒng)化療藥物聯(lián)合來逆轉(zhuǎn)耐藥，將給攻克惡性腫瘤等疾病帶來新的希望。

參 考 文 獻

篇4

關(guān)鍵詞 硒 表觀遺傳修飾 表觀標志物抑制劑 抗癌藥 開發(fā)

中圖分類號：R979.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1533（2017）03-0075-04

Selenium compounds ― looking forward to be developed as epigenetic targeting selenium-containing anti-tumor drugs*

ZHU Huiqiu1**， HUA Yan1， WANG Mingli2***

（1. Anhui Huaxin Pharmaceutical Co. Ltd.， Hefei 230000， China； 2. Anhui Medical University， HeFei 230032， China）

ABSTRACT Selenium compounds can produce an intervention effect on the abnormality of epigenetic modification and then repress the occurrence and metastasis of tumor. They can be used as the inhibitors of some tumor specific epigenetic markers and expected to be developed as a new type of epigenetic targeting selenium-containing anti-tumor drugs.

KEy WORDS selenium； epigenetic modification； inhibitors of epigenetic markers； anti-cancer drugs； development

硒最重要的生物學功能是抗癌，并以多種機制發(fā)揮其抗癌作用。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，硒又可對表觀遺傳學調(diào)控機制異化產(chǎn)生干預(yù)影響，特別是對在腫瘤發(fā)生機制中的特異性靶點進行干預(yù)，進而阻抑腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移。硒化物是某些腫瘤特異性表觀標志物有效的抑制劑。硒的這個功能不僅對臨床腫瘤診斷、治療、預(yù)防具有現(xiàn)實意義，更為“含硒表觀靶向抗癌藥物”開發(fā)提供了科學依據(jù)?！昂碛^靶向抗癌藥物”是期待開發(fā)的新型抗癌藥?，F(xiàn)就近些年在這些方面的相關(guān)研究作一簡要介紹。

1 表觀遺傳學

什么是表觀遺傳學？從孟德爾遺傳規(guī)律講，親代（一代）把遺傳信息傳遞給子代（二代），主要由攜帶遺傳信息的脫氧核糖核酸（DNA）分子中堿基的排列順序（即堿基序列）來決定，并在細胞核內(nèi)遺傳。但人們在研究中發(fā)現(xiàn)，在DNA堿基序列以外還有一套調(diào)控機制，包括 DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑以及非編碼RNA等，它們在不涉及改變DNA堿基序列的情況下，影響轉(zhuǎn)錄活性并調(diào)控基因的表達，改變機體的性狀，并且是一種可以預(yù)和逆轉(zhuǎn)的遺傳機制。這種非孟德爾遺傳現(xiàn)象，稱作表觀遺傳學[1-2]。

2 硒對表觀遺傳修飾異常產(chǎn)生干預(yù)及逆D作用

腫瘤發(fā)生發(fā)展的主要生物學原因是原癌基因活化和抑癌基因失活[3]。研究顯示，DNA甲基化水平同這些基因的表達密切相關(guān)。通常情況下，甲基化水平同基因表達呈負相關(guān)，甲基化程度越高，基因表達活性越低，甲基化程度越低，基因表達越活躍[4]。

DNA甲基化主要表現(xiàn)為基因組整體甲基化水平降低和局部CpG島[在哺乳動物中富含胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤（CpG）二核苷酸的一段DNA稱為CpG島]甲基化程度的異常升高，人類基因組的甲基化主要發(fā)生在CpG島[5]。

研究表明，實體瘤普遍存在基因組廣泛低甲基化現(xiàn)象，低甲基化使原癌基因活化，癌細胞異常增殖；低甲基化還使腫瘤轉(zhuǎn)移增加，例如胃癌的甲基化水平越低，癌細胞浸潤、轉(zhuǎn)移的傾向越明顯[6]。

CpG島的甲基化程度異常升高，會導(dǎo)致某些抑癌基因表達沉默，進而參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。在正常情況下，CpG島為非甲基化。當腫瘤抑癌基因的啟動子區(qū)域（CpG島）過度甲基化，就會使抑癌基因的表達沉默。其間DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）家族中的DNMT1發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，它的高表達導(dǎo)致抑癌基因在CpG島失活。所以，CpG島高甲基化成了多種腫瘤特異性表觀標志物，已成為臨床多種腫瘤早期診斷的依據(jù)和指標[7]。

近年來，作為表觀遺傳學調(diào)控機制之一的組蛋白修飾在腫瘤研究領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。組蛋白乙?；山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）和組蛋白去乙?；福℉DACs）共同調(diào)控，而編碼HAT或HDAC的基因如果發(fā)生染色體易位、擴增等突變會導(dǎo)致某些腫瘤的發(fā)生。

可見，DNA甲基化和組蛋白乙?；缺碛^遺傳修飾異常是腫瘤發(fā)生的另外一個機制。而近年研究發(fā)現(xiàn)，硒通過靶向干預(yù)可逆轉(zhuǎn)甲基化和乙?；惓５倪^程，從而抑制腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移。硒化物成了潛在的治癌新藥物，是亟待開發(fā)、臨床應(yīng)用前景可觀的“含硒表觀靶向抗癌藥物”。

2.1 硒對DNA甲基化產(chǎn)生干預(yù)作用

研究表明，膳食硒通過干預(yù)表觀遺傳過程顯示出其抗癌潛力，膳食缺硒時組織呈現(xiàn)整體低甲基化[8]。Davis等[9]早些時候研究發(fā)現(xiàn)，給大鼠喂食缺硒膳食，其肝臟和結(jié)腸都出現(xiàn)顯著DNA低甲基化，而經(jīng)硒處理的人結(jié)腸癌細胞株Caco-2 DNA甲基化水平顯著高于未經(jīng)硒處理的對照組，據(jù)此研究者認為，膳食缺硒會增加肝臟和結(jié)腸腫瘤的發(fā)生。Remely等[8]研究表明，膳食硒營養(yǎng)缺乏會引起動物組織和人體結(jié)腸癌DNA低甲基化。我國學者徐世文等[4]通過實驗也發(fā)現(xiàn)，飼料硒缺乏可導(dǎo)致雞肌肉組織 DNA甲基化水平降低。硒對DNMT有抑制作用，缺硒會導(dǎo)致DNMT活性增加，使原癌基因活化，引起結(jié)腸癌等多種腫瘤發(fā)生。保持硒等營養(yǎng)素均衡攝入，有利于維持DNA甲基化正常水平及抑制DNMT活性[6]。

CpG島DNMT1的高表達是使抑癌基因失活的重要機制。抑制DNMT1靶酶活性，使失活的抑癌基因復(fù)活，是腫瘤治療中探索的新途徑。硒在多種腫瘤中有去甲基化的生物學功能，能誘導(dǎo)失活的抑癌基因重新活化和表達[3]。研究發(fā)現(xiàn)，硒可以直接干預(yù)DNA甲基化，抑制腺癌細胞株DNMT的高表達[8]。膳食硒干預(yù)DNA甲基化的方式之一是通過去甲基化過程來調(diào)節(jié)DNMT1活性的；研究還證實，亞硒酸鈉和苯甲基氰酸硒（BSC）、1，4-苯雙（亞甲基）氰酸硒（p-XSC）兩種合成硒化物對人大腸癌細胞核提取物中DNMT的活性都有抑制作用[10]。

各方面的研究驗證，硒對DNA甲基化產(chǎn)生干預(yù)影響，是靶酶DNMT有效的抑制劑。

2.2 硒干預(yù)影響組蛋白的乙?；?/p>

近年來，國內(nèi)外學者研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白去乙酰化酶與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。HDACs家族中的HDAC1高表達可明顯增加腫瘤細胞的增殖能力。在食管鱗癌、前列腺癌等多種腫瘤中均發(fā)現(xiàn)HDAC的高表達，靶酶HDAC已成為首選的攻擊靶點。

目前，人們通過體內(nèi)、體外的研究鑒定出了硒、丁酸鹽、曲古抑菌素A（TSA）等一些HDAC的抑制劑，這些抑制劑可在體外誘導(dǎo)多種腫瘤細胞的生長停滯、分化或凋亡[2]。Somech等[11]通過臨床試驗表明，HDAC抑制劑對人體白血病及實體瘤進行治療，表現(xiàn)出明顯的抗腫瘤增殖效果，研究者認為，各類HDAC抑制劑是另一類新型抗癌藥物、“癌癥治療的新工具”。

Xiang等[12]的研究證明，硒可以通過下調(diào)DNMT和抑制HDAC活性，活化人前列腺癌LNCaP細胞系中因高甲基化沉默的基因GSTP1， APC和CSR1。這些基因是具有保護免受氧化損傷的抗癌活性物質(zhì)、化學致癌物解毒劑或腫瘤抑制劑。

甲基硒酸（MSA）是近年來新研制成的一種人工低分子量有機硒化合物，是很具潛力的抗癌制劑。Kassam等[13]通過對彌漫性大B細胞淋巴瘤細胞系（DLBCL）w外研究首次發(fā)現(xiàn)，MSA可以抑制該細胞系HDAC的活性。研究者認為，有關(guān)MSA抑制HDAC活性的作用以前從未報道過，從而為人們提供了硒元素一種新的機制，MSA是日后臨床試驗中可以使用的硒化物。

我國科研人員胡琛霏[2]通過蛋白質(zhì)免疫印跡的方法，檢測到MSA可抑制食管鱗癌細胞系HDAC的活性，降低HDACl和HDAC2的蛋白表達，引起細胞內(nèi)組蛋白乙?；斤@著升高；同時，還檢測到硒甲硫氨酸（SLM）對食管鱗癌細胞系KYSEl50細胞和MCF7細胞的作用，在SLM處理細胞24 h后，細胞中組蛋白去乙酰化酶的活性也顯著降低。

這些年，越來越多的含硒組蛋白去乙?；敢种苿┍话l(fā)現(xiàn)和驗證。亞硒酸鈉、酮C甲基硒丁酸鹽（KMSB）、甲基硒代半胱氨酸（MSC）、甲基硒丙酮酸（MSP）等硒化物都可以抑制HDAC活性，提高組蛋白乙?；剑鳛闈撛诘腍DAC抑制劑，發(fā)揮其抗腫瘤的作用[14]。Fernandes 等[15]介紹，KMSB 和 MSP在體外作為HDAC的競爭性抑制劑發(fā)揮抗癌作用；還報道，合成的SAHA含硒類似物（5-苯甲酰戊氰硒）二硒醚和5-苯甲酰戊氰硒對不同肺癌細胞株HDAC抑制效果比SAHA更好。SAHA是氧肟酸類HDAC抑制劑，是目前在臨床上以皮膚T淋巴細胞瘤（CTCL）為適應(yīng)癥而廣泛應(yīng)用的表觀靶向抗癌藥物。這也提示，含硒類抑制劑對靶酶HDAC抑制效果優(yōu)于無硒類抑制劑。

為何上述各種硒化物都可靶向抑制DNMT和HDAC活性，研究發(fā)現(xiàn)不管其結(jié)構(gòu)如何改變，硒都是這些化合物生物活性的中心元素，發(fā)揮著關(guān)鍵作用，硒的這一生物學功能對含硒抗癌藥物的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義[16]。

2.3 硒對非編碼RNA調(diào)控機制產(chǎn)生干預(yù)效應(yīng)

表觀遺傳學的一個重要調(diào)控機制是非編碼RNA。非編碼RNA是指不能翻譯為蛋白質(zhì)的RNA分子。近年來，非編碼RNA一族中的微小RNA-200（miR-200）受到人們的高度關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，miR-200家族中的成員微小RNA-200a（miR-200a）與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，miR-200a在腫瘤組織中呈現(xiàn)明顯低表達。因此，miR-200a的表達下調(diào)是腫瘤發(fā)生的重要因素之一，miR-200a也成了腫瘤特異性表觀標志物[17]。

胡琛霏[2]通過TaqMan芯片，檢測了MSA處理食管鱗癌細胞后細胞中微小RNA（miRNA）的變化情況，發(fā)現(xiàn)MSA可以上調(diào)細胞中miR-200a 的表達水平，miR-200a 表達升高后，負性調(diào)控Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（Keap1）的表達，使Keap1蛋白水平下降，上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2（Nrf2）蛋白水平并提高其轉(zhuǎn)錄活性（Nrf2活性受其細胞質(zhì)接頭蛋白Keap1的調(diào)控），從而活化Keap1-Nrf2信號通路。而Keap1-Nrf2信號通路在抗氧化、預(yù)防腫瘤發(fā)生等諸多方面有重要作用[18]。

體外研究顯示[19] ，人腦膜瘤組織中miR-200a表達明顯低于正常組織，β-循環(huán)蛋白（β-catenin）和其下游靶基因細胞周期蛋白D1表達顯著增高，二者和miR-200a呈現(xiàn)負相關(guān)，上調(diào)miR-200a可降低β-catenin的表達，進而阻斷Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)通路來抑制腦膜瘤的生長。胡琛霏課題組前期研究也發(fā)現(xiàn)MSA可以抑制食管鱗癌細胞系中β-catenin的表達[2] 。研究已證實，Wnt/β-catenin信號通路的激活和高表達可促進腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移及抑制腫瘤細胞的凋亡[20]。

由此可見，MSA可能介導(dǎo)、調(diào)控著miR-200a表達及參與復(fù)雜的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而抑制腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移。

3 展望

加強硒與表觀遺傳學之間關(guān)聯(lián)的研究，有著重要的生物醫(yī)學意義。它有可能解釋硒化學抗腫瘤的新機制，從理論上證明硒元素可能具有表觀遺傳學的效應(yīng)[21] 。綜上所述，硒在腫瘤形成中對表觀遺傳修飾異常產(chǎn)生干預(yù)影響，靶向抑制腫瘤特異性表觀標志物，逆轉(zhuǎn)表觀遺傳修飾發(fā)生異化過程，使我們認識了硒化學抗癌的新機制、新作用，硒化物是潛在開發(fā)的新型靶向抗癌藥物。Fernandes 等[15]指出，硒化物都是癌癥治療藥。目前，非表觀類含硒靶向抗癌藥如硒唑呋喃、依布硒啉、乙烷硒啉等早已進入臨床研究[16]，展示出很有希望的臨床應(yīng)用前景。而含硒表觀靶向抗癌藥物是亟待開發(fā)的抗癌藥“富礦”，加快開發(fā)含硒表觀靶向抗癌藥物，可為臨床腫瘤治療增加一種“新的工具”，為癌癥患者戰(zhàn)勝病魔增添一份新的希望。人們熱切期盼“含硒表觀分子靶向抗癌藥物”早日問世。

致謝：本課題研究得到華中科技大學徐輝碧、黃開勛兩位教授和安徽醫(yī)科大學張文昌碩士的支持，在此表示衷心感謝。

參考文獻

[1] 王杰， 徐友信， 刁其玉， 等. 非孟德爾遺傳模式： 表觀遺傳學及其應(yīng)用研究進展[J]. 中國農(nóng)學通報， 2016， 32（14）： 37-43.

[2] 胡琛霏. 甲基硒酸調(diào)控食管鱗癌細胞表觀遺傳改變的機制研究[D]. 北京： 北京協(xié)和醫(yī)學院， 中國醫(yī)學科學院， 2014.

[3] 華巖. 硒?生命的營養(yǎng)素[M]. 北京： 北京大學出版社， 2015： 97-98.

[4] 徐世文， 蔣智慧， 王超， 等. 硒缺乏對雞肌肉組織DNA甲基化水平的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學學報， 2012， 43（9）： 42-46.

[5] 陸嶸， 房靜遠. 表觀遺傳修飾與腫瘤[J]. 生命科學， 2006， 18（1）： 10-14.

[6] 騰麗娟， 張長松， 李克. 營養(yǎng)與腫瘤表觀遺傳學關(guān)系的研究進展――DNA甲基化機制[J]. 醫(yī)學研究生學報， 2008， 21（1）： 95-97.

[7] 尹惠子， 單明， 尤子龍， 等. 腫瘤發(fā)生過程中表觀遺傳學機制――DNA甲基化的研究進展[J]. 實用腫瘤學雜志， 2015， 29（2）： 173-177.

[8] Remely M， Lovrecic L， de la Garza AL， et al. Therapeutic perspectives of epigenetically active nutrients[J]. Br J Pharmacol， 2015， 172（11）： 2756-2768.

[9] Davis CD， Uthus EO， Finley JW. Dietary selenium and arsenic affect DNA methylation in vitro in caco-2 cells and in vivo in rat liver and colon[J]. J Nutr， 2000， 130（12）： 2903-2909.

[10] Speckmann B， Grune T. Epigenetic effects of selenium and their implications for health[J]. Epigenetics， 2015， 10（3）： 179-190.

[11] Somech R， Izraeli S， J Simon A. Histone deacetylase inhibitors―new tool to treat cancer[J]. Cancer Treat Rev， 2004， 30（5）： 461-472.

[12] Xiang N， Zhao R， Song G， et al. Selenite reactivates silenced genes by modifying DNA methylation and histones in prostate cancer cells[J]. Carcinogenesis， 2008， 29（11）： 2175-2181.

[13] Kassam S， Goenaga-Infante H， Maharaj L， et al. Methylseleninic acid inhibits HDAC activity in diffuse large B-cell lymphoma cell lines[J]. Cancer Chemother Pharmacol， 2011， 68（3）： 815-821.

[14] Rajendran P， Ho E， Williams DE， et al. Dietary phytochemicals， HDAC inhibition， and DNA damage/repair defects in cancer cells[J/OL]. Clin Epigenetics， 2011， 3（1）： 4. doi： 10.1186/1868-7083-3-4.

[15] Fernandes AP， Gandin V. Selenium compounds as therapeutic agents in cancer[J]. Biochim Biophys Acta， 2015， 1850（8）： 1642-1660.

[16] 寶泉， 史艷萍， 李彩文， 等. 基于硒元素的抗癌藥物研究進展[J]. 化學通報， 2011， 74（8）： 709-714.

[17] 汪建林， 楊西勝， 李小磊， 等. miR-200a與腫瘤關(guān)系[J].現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學， 2013， 21（12）： 2853-2856.

[18] 殷園園， 武夏芳， 武端端， 等. 核因子E2相關(guān)因子2在肝癌發(fā)生發(fā)展及治療中作用的研究進展[J]. 環(huán)境與健康雜志， 2016， 33（2）： 178-181.

[19] Saydam O， Shen Y， Würdinger T， et al. Downregulated microRNA-200a inmeningiomas promotes tumor growth by reducing E-cadherin and activating the Wnt/beta-catenin signaling pathway[J]. Mol Cell Biol， 2009， 29（21）： 5923-5940.

篇5

一般意義上的遺傳學指基于DNA序列改變導(dǎo)致基因表達水平的變化,如基因突變、基因雜合丟失和微星不穩(wěn)定等,表觀遺傳學指非DNA序列改變,是細胞內(nèi)除了遺傳信息以外的其它可遺傳物質(zhì)發(fā)生的改變。表觀遺傳學研究主要包括染色體重塑、組蛋白修飾,DNA甲基化,非編碼RNA調(diào)控等。

真核細胞的特征是有細胞核,細胞核包含了真核生物幾乎所有的遺傳物質(zhì)。真核生物基因組DNA儲存在細胞核內(nèi)的染色質(zhì)中,核小體( nucleosome) 是構(gòu)成真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)單位。各核小體串聯(lián)而成染色質(zhì)纖維,核小體DNA長度約為165個堿基對,其中纏結(jié)在組蛋白八聚體周圍的核心DNA( core DNA) 約1. 65圈,約合147個堿基對,而相鄰的核小體之間的自由區(qū)域( linber DNA) 為20 - 50個堿基的長度,也就是基因組的75% ~ 90% 被核小體所占據(jù)。組蛋白八聚體由H2A、H2B、H3和H4各2個拷貝組成,每個核心組蛋白都有兩個結(jié)構(gòu)域: 組蛋白的球形折疊區(qū)和氨基末端結(jié)構(gòu)像一條尾巴( tail) 位于核小體的球形結(jié)構(gòu)以外,可同其它調(diào)節(jié)蛋白和DNA發(fā)生相互作用,染色體的高級結(jié)構(gòu)和基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控都與組蛋白密切相關(guān)。核小體組蛋白的尾巴可以發(fā)揮信號位點的作用。

上面已談到表觀遺傳學是指非DNA序列改變,而是改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致基因表達水平的變化。那么,染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變?nèi)绾螌?dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄和表達水平改變的呢?

其一,在細胞里,DNA-染色質(zhì)的形式存在,核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位,75% ~ 90% 的基因組存在其中,核心組蛋白的尾巴的各種位點通過多種轉(zhuǎn)移酶的作用,發(fā)生共價修飾,組蛋白通過電荷相互作用( 組蛋白尾巴帶正電荷,DNA帶負電荷) 如組蛋白乙?；揎椏梢酝ㄟ^電荷中和方式削弱組蛋白-DNA或核小體 - 核小體的相互作用,或引起構(gòu)象的變化,破壞核小體結(jié)構(gòu),使DNA接近轉(zhuǎn)導(dǎo)機構(gòu),激活轉(zhuǎn)錄。

其二,為保證染色質(zhì)的DNA與蛋白質(zhì)的動態(tài)結(jié)合,細胞內(nèi)產(chǎn)生了一系列特定的染色體重塑復(fù)合物,也稱重塑子,它們利用水解ATP的能量通過滑動、重建、移除核小體等方式改變組蛋白與DNA結(jié)合狀態(tài),使蛋白質(zhì)易于接近目標DNA。依據(jù)重塑子包含的ATP酶中催化亞基結(jié)構(gòu)域的不同,把重塑子分為SWI/SNF、ISWI、CHD、IN080四大家族。組蛋白修飾后如乙酰化的組蛋白可以募集轉(zhuǎn)錄復(fù)合物進入到一個基因位點,影響轉(zhuǎn)錄。

2 認知過程中的表觀遺傳學機制

通過新信息或經(jīng)驗獲得的記憶可保持數(shù)月、數(shù)年,甚至終生,而長時間保持存活的蛋白質(zhì)或mRNA的半衰期只有24 h,顯然,二者之間存在很大的矛盾,那么記憶的物質(zhì)基礎(chǔ)到底是什么? 1984年,Crick提出了一個假設(shè),即記憶編碼在染色體的DNA上,雖然當時他并不是十分確信,但現(xiàn)已澄清,染色體是信息的攜帶者,而且可以代代傳下去,染色體結(jié)構(gòu)或化學上的改變與認知功能的關(guān)系可作如下的理解: 表觀遺傳學的改變是對來到大腦的信息、應(yīng)激和神經(jīng)元活性改變做出結(jié)構(gòu)上的適應(yīng),最終將信息帶至并激活特異性基因表達程序。目前研究證明,在腦的一些區(qū)域發(fā)生的表觀遺傳學改變?nèi)缃M蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化可以穩(wěn)定地改變動物的行為,包括學習、記憶、抑郁、藥物依賴、突觸可塑性等等,為長記憶的形成、鞏固和突觸可塑性的形成、維持提供解釋[5,6,7,8]。

閱讀近十幾年發(fā)表的有關(guān)表觀遺傳學文章后,解決了長期以來認知過程中令人費解的一些問題,本文著重介紹在腦的不同區(qū)域( 主要是海馬和腦皮層) 組蛋白修飾和DNA甲基化在認知過程中的作用及其可能的機制。

2. 1組蛋白乙?；痆9,10,11]一系列表觀遺傳學改變都能影響記憶過程,其中組蛋白乙?；?具有明確、顯著地促進記憶的形成和鞏固。組 蛋白乙酰 化是通過 組蛋白乙 ?；? HATs) 催化完成的。HATs將帶正電荷的乙?；D(zhuǎn)移到組蛋白N末端尾區(qū)內(nèi)賴氨酸側(cè)鏈的-氨基。組蛋白乙?；副环殖?個主要家族: GNAT超家族,MYST家族和P300 /CBP家族。將乙?；鶑慕M蛋白移走,由組蛋白去乙?；? HDACs) 催化完成,HDACs被分成4類: Ⅰ類,鋅依賴型HDACs,Ⅱ類和Ⅳ類HDACs,Ⅲ類NAD依賴性HDACs。在哺乳動物中,海馬在記憶形成中起重要作用。許多學者以海馬區(qū)域作為研究對象,研究了組蛋白乙?；瘜l件性恐懼中的背景記憶( contextual memory) 和空間記憶的影響。研究證明組蛋白乙?；蛞种艸DACs活性都能增強條件性恐懼中的背景記憶和Morris水迷宮中的空間記憶以及增加突觸可塑性( synaptic plasticity) 。應(yīng)當指出的是,腦中組蛋白乙?；皇仟毩⒂谄渌M蛋白修飾而存在,而是在組蛋白乙酰化的同時,也往往存在組蛋白磷酸化、甲基化。組蛋白乙?；魅趿私M蛋白與DNA之間的靜電親和力,從而促進染色體結(jié)構(gòu)接近轉(zhuǎn)錄基因機構(gòu),引起基因持續(xù)性改變,增加神經(jīng)元活動,乙?；?飾后的組 蛋白也可 以募集其 它相關(guān)因子[10,11,12,13],如轉(zhuǎn)錄復(fù)合物,進入到基因位點,影響轉(zhuǎn)錄。

2. 2 組蛋白乙?；恼{(diào)節(jié)機制[14,15,16]

2. 2. 1神經(jīng)元活性與組蛋白乙酰化組蛋白乙?；捎稍S多類型的神經(jīng)元活性所調(diào)節(jié),例如,KCl介導(dǎo)的神經(jīng)元去極化引起海馬培養(yǎng)中的核心組蛋白H2B乙?；脑黾?再如,特異性受體激動劑可興奮多巴胺能、乙酰膽堿能、谷氨酸能途徑,增加小鼠海馬H3K14和H3S10的乙?；?在所有這些情況下,組蛋白乙?；及橛屑毎庹{(diào)節(jié)激酶ERK( MAPK家族中的一員) 的激活,直接激活MAPK-ERK信號途徑可增加組蛋白乙酰化,而MAPK-ERK抑制劑則可阻斷組蛋白乙?；痆16,17,18],這些研究表明,神經(jīng)元活性引起組蛋白乙酰化是通過MAPK依賴性途徑的激活,而且也可能是通過H3S10磷酸化之間的對話。后者常與在蛋白乙?；瑫r存在,從染色體脫離的HPAC2引起的神經(jīng)活性,也能改變組蛋白的乙?；?用BDNF刺激皮層神經(jīng)元,能引起HDAC2在胞嘧啶262和274位的硝基化及隨后組蛋白的高乙酰化及隨后組蛋白的乙?；?并伴有神經(jīng)營養(yǎng)因子依賴性基因表達的增強。已知MECP2可增加BDNF的表達,但被HDAC2負面調(diào)節(jié)。因此,神經(jīng)活性參與了以HDAC2和BDNF為中心的正性反饋,該系統(tǒng)導(dǎo)致組蛋白乙?；突蜃陨淼某掷m(xù)表達。

2. 2. 2突觸可塑性與組蛋白乙?；L時程突觸可塑性涉及突觸維持和交流有關(guān)基因表達的改變,已有充分材料證明,組蛋白乙?；龠M這一改變,例如在海兔( Aplysia) 組蛋白乙?；苷T導(dǎo)長期易化 ( LTF) 并伴有CREB結(jié)合蛋白CBP的增加[19],類似的改變也在突觸素( synapsin) 的啟動子區(qū)域觀察到,突觸素與LTF和LTD均有關(guān)。不過,伴有CREB乙?；臏p少,正常情況下,誘導(dǎo)LTF需施加強電刺激,但如果提前給予RNA干擾( RNAi) ,弱的電刺激也能誘導(dǎo)LTF。這一發(fā)現(xiàn)提示,組蛋白乙?；潭扰c突觸可塑性程度密切相關(guān),HDAC1能增加天然存在的突觸傳遞過程,在哺乳動物的LTP也與組蛋白乙?；接嘘P(guān)。LTP誘導(dǎo)可平行出現(xiàn)H3和H4組蛋白乙?；脑黾?從研究中還明顯看出LTP促進乙?；?改變特異地存在于與突觸傳遞有關(guān)基因如Reelin和BDNF啟動子區(qū)域,這一結(jié)果與前述看法一致,即在組蛋白乙?；^程中存在一個基因自身持續(xù)性改變的正性反饋系統(tǒng)。此外,有關(guān)HATCBP的研究表明,增加組蛋白乙?；艽龠MLTP,部分或完全缺失CBP功能的小鼠出現(xiàn)組蛋白乙?；降南陆岛蚅TP形成受阻。不過,不依賴轉(zhuǎn)錄的早期LTP不受影響。

2. 2. 3記憶形成與組蛋白乙酰化[20,21]在低等生物和哺乳動物進行的研究證明,不管哪種記憶類型或哪種記憶時相( 記憶獲得,鞏固和再現(xiàn)) 都能對組蛋白乙?；M行調(diào)節(jié),例如背景性和線索性恐懼記憶( fear memory contextual and fearmemory cued) 都能增加H3乙?；?小鼠眨眼條件反射( eyeblink conditioning) 和大鼠潛伏抑制 ( latent inhibition) 能分別增加組蛋白H3和H4乙?；?大小鼠物體識別記憶( Objectrecognition memory) 伴有H3和H4乙?；脑黾?此外優(yōu)先食物轉(zhuǎn)換( social transmission of food preference) 和食物厭惡記憶( food aversion memory) 等均能增加H3乙?；?空間記憶( spatial memory) 伴有H2B,H3和H4乙酰化。

從上述組蛋白乙酰化研究的論述可得出以下幾點結(jié)論:

( 1) 組蛋白乙?；?不是脫離開其它組蛋白修飾而獨立存在,即在發(fā)生組蛋白乙?；耐瑫r,也有組蛋白磷酸化、甲基化等的發(fā)生,其它表觀遺傳學改變對組蛋白乙?；鹆藚f(xié)同作用。

( 2) 神經(jīng)元活性可調(diào)節(jié)組蛋白乙?；?神經(jīng)元活性的啟動需要MAPK-ERK信號途徑的激活。

長記憶和突觸長時程增強均涉及許多基因的轉(zhuǎn)導(dǎo)和表達,最常見和最重要的基因包括即早基因Zif/268,Creb,Bdnf和Reelin等。

( 3) 許多種類的神經(jīng)活性存在一個以BDNF和HDAC2為中心的正性反饋系統(tǒng),該系統(tǒng)可導(dǎo)致組蛋白乙?；突蜃陨沓掷m(xù)表達程序。

( 4) 在多種生物體和細胞研究中觀察到各種不同類型的記憶模式和不同記憶時相都能引起組蛋白乙?；?進而促進記憶和有關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達。

( 5) 組蛋白乙?；芤痖L記憶的形成和鞏固,但對無須轉(zhuǎn)錄的短記憶和早期LTP沒有影響。

2. 3神經(jīng)元活性是如何引起組蛋白乙酰化,它的作用機制是什么?[11]途徑之一,神經(jīng)元活性包括LTP和學習激活G蛋白偶聯(lián)受體( GPCRs) ,然后依次激活腺苷環(huán)化酶( AC) 產(chǎn)生c AMP,后者激活PKA,PKA磷酸化MEK( MAPK家族中的一員) ,MAPK的家族成員能直接磷酸化組蛋白,隨后啟動組蛋白乙?；?。

途徑之二,神經(jīng)元活性可通過鈣內(nèi)流引起膜去極化,然后激活CAMKⅡ,后者磷酸 化甲基-CPG結(jié)合蛋白2( MECP2) ,使MECP2從染色體脫離出來,Calmodulin刺激BDNF啟動子區(qū)域的基因轉(zhuǎn)導(dǎo)。BDNF激活一氧化氮合酶導(dǎo)致組蛋白乙?；?( HDAC2) 的硝基化,在硝基化作用下,HDAC2從染色體中脫離出來并強化硝基化,結(jié)果引起B(yǎng)DNF表達并參與正性反饋系統(tǒng),進而促進記憶 - 持續(xù)性基因表達的改變( 見Fig 1) 。

其他一些學者的研究工作指出: 激動NMDA受體,抑制磷酸二酯酶( PDE) ,增加細胞內(nèi)鈣等多種途徑均可激活PKA,PKA則可直接激活CBP,如前所述。含有乙酰轉(zhuǎn)移酶活性的CBP與CREB結(jié)合,是提高突觸可塑性形成長記憶的必備條件; NO啟動組蛋白影響記憶的機制有二,一是激活N0-cG MP-Ca MKII-CREB磷酸化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑; 二是NO依賴性的HDAC的5-硝基化,可增加組蛋白乙?；?而NO供體與5-硝基谷胱甘肽,可抑制HDAC活性,因而,也能增加組蛋白乙?；４送?神經(jīng)元活動或突觸活動引起胞外鈣內(nèi)流入神經(jīng)細胞內(nèi),使Me CP2的S421磷酸化,S80去磷酸化,后者從染色質(zhì)分離出來,發(fā)揮對神經(jīng)可塑性和記憶的調(diào)控作用。

2. 4 RNA干擾 ( RNA interference,RNAi)指內(nèi)源性或外源性雙鏈RNA( dsRAN) 介導(dǎo)細胞內(nèi)mRNA發(fā)生特異性降解,導(dǎo)致靶基因表達沉默,產(chǎn)生相應(yīng)功能表型缺失,RNA干擾下的基因沉默是表觀遺傳學的重要內(nèi)容,人工合成的小RNA( SiRNA) 包括miRNA和SiRNA。小RNA序列較短,能指導(dǎo)Argonaute蛋白識別的靶分子并導(dǎo)致基因沉默。

已證明,組蛋白去乙?；窰DAC阻遏學習記憶,并在細胞內(nèi)有廣泛分布,人工合成HDACi顯然有重要的治療價值,HDAC2的結(jié)構(gòu)很接近HPAC1,盡管如此,科學家們還是合成許多類型的HDACi,上述各種類型學習記憶和突觸可塑性模型證明使用HDAC2i可促進記憶,增強LTP,阻遏記憶下降。

3 組蛋白和 DNA 甲基化[20,21]

甲基化可發(fā)生在組蛋白,也可發(fā)生DNA上。盡管這二種甲基化產(chǎn)生的方式、調(diào)節(jié)機制和涉及的酶與蛋白等有所區(qū)別,但二者甲基化的結(jié)果是一致的,即他們都能激活基因的轉(zhuǎn)錄與表達,從而促進長記憶的形成和提高突觸可塑性。這點學術(shù)界的看法一致,沒有任何異議。下面將重點介紹組蛋白和DNA甲基化是如何形成,又如何影響基因轉(zhuǎn)錄及長記憶和突觸可塑性的?

真核細胞中,甲基化只發(fā)生在胞嘧啶第五位碳原子上,是由甲基轉(zhuǎn)移酶所催化,以S-腺苷甲硫氨酸( S-adnosylmethionine,SAM) 作為甲基供體,將甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶上,DNA甲基化主要發(fā)生在Cp G雙核苷酸序列的胞嘧啶上,哺乳動物異染色質(zhì)的DNA約有80% 的CPG被甲基化,根據(jù)作用方式和反應(yīng)酶不同,DNA甲基化分為兩種: 維持甲基化( maintenance methylation) 和從頭甲基化 ( de novo methylation) ,前者與DNA復(fù)制相關(guān)聯(lián)。當甲基化的雙鏈DNA被復(fù)制生成兩條的新的雙鏈DNA后,只有親代鏈是甲基化的,甲基轉(zhuǎn)移酶是DNMT1,后者則是DNA上甲基化狀態(tài)的重新構(gòu)建,它不依據(jù)DNA復(fù)制在完全非甲基化的DNA堿基位點上引入甲基,是甲基化的建立機制。甲基轉(zhuǎn)移酶依賴于DNMT3a和DNMT3b的活性。

對基因轉(zhuǎn)錄的影響: 目前研究發(fā)現(xiàn),組蛋白精氨酸甲基化常伴隨轉(zhuǎn)錄的激活,賴氨酸殘基上的甲基化則因賴氨酸所在的位置不同而有差別,賴氨酸甲基化發(fā)生在組蛋白H3的第4,第9,第27,第36,第79( K4,K9,K27,K36,K79) 位及H4K20位上,其中,在酵母和哺乳動物細胞中H3K4和H336位點被甲基化可以激活轉(zhuǎn)錄,而H3K9 K27 K79和H420的賴氨酸甲基化則可抑制轉(zhuǎn)錄。

DNA甲基化對基因表達的調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)為抑制轉(zhuǎn)錄活性,一種可能的機制是由于DNA甲基化直接抑制了轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合,不能形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體,從而也就抑制了基因轉(zhuǎn)錄活性[16,18,20]。

對記憶的調(diào)節(jié)作用: Swati Gupta及其同事[21]研究了組蛋白甲基化對成年動物海馬部位記憶形成的影響,他們的研究得出如下主要結(jié)果: 恐懼記憶能觸發(fā)海馬CA1區(qū)H3K4三甲基化( 轉(zhuǎn)錄激活標志) 和H3K9二甲基化( 轉(zhuǎn)錄抑制標志)的變化; H3K4特異的甲基化轉(zhuǎn)移酶MⅡ缺失的小鼠出現(xiàn)長記憶形成障礙; 改變組蛋白甲基化與去乙?；? HDAC) 抑制相偶聯(lián); H3K4三甲基化明顯增加兩種基因 ( Zif/268和Bdnf) 的啟動子,這一事件出現(xiàn)在記憶鞏固期間,已知這兩種基因在記憶形成和神經(jīng)可塑性中起重要作用。這些發(fā)現(xiàn)支持組蛋白甲基化在長記憶鞏固中扮演重要作用,其他許多學者也都證明DNA甲基化與記憶形成和儲存有關(guān),如甲基化CpG結(jié)合蛋白1( methyl-Cp G-binding protein1) 基因缺失出現(xiàn)空間記憶能力喪失,甲基化CpG結(jié)合蛋白2 ( methyl-Cp Gbinding protein 2) 基因缺失的突變小鼠出現(xiàn)恐懼記憶、空間記憶和物體識別記憶的障礙。

海馬DNA甲基化,對記憶形成起重要作用,但海馬的改變是短暫的,訓(xùn)練后1 d之內(nèi)便恢復(fù)到基礎(chǔ)水平,長記憶以及記憶的鞏固和儲存依賴于腦的不同區(qū)域,據(jù)信長記憶的形成和鞏固主要依賴于背側(cè)前額葉前扣帶皮層( dm DFC) ,為此探討皮層組蛋白甲基化是否能促進長記憶的形成和鞏固十分必要。Miller等采用背景性恐懼記憶試驗探查皮層DNA甲基化對長記憶的影響,報道認為大鼠恐懼條件化環(huán)境中的背景記憶可維持數(shù)月,在這期間,近期( recent) 記憶會轉(zhuǎn)變成遠期( remote) 記憶,也即記憶從海馬( HPC) 轉(zhuǎn)變成依賴于dmP FC的記憶。首先,采用Me DIP即甲基化DNA免疫沉淀法測定皮層三種基因Zif/268,reln和Ca N的甲基化水平。動物試驗則觀察訓(xùn)練后7 d的背景記憶,將動物分為背景組( C) 、休克組( S) 和背景加休克組( CS) 。結(jié)果表明,在所有組和所有測定時間點,即早基因Zif/268均為去甲基化,說明環(huán)境刺激能廣泛地改變dm PFC Zif/268的甲基化狀態(tài),相反的,一個記憶正性調(diào)節(jié)基因Reln僅在受訓(xùn)練的動物即CS組動物訓(xùn)練后1 h內(nèi)出現(xiàn)高甲基化,隨后即回歸對照水平,訓(xùn)練后短時間內(nèi)Ca N( 一種記憶抑制基因) 的甲基化無改變,但在訓(xùn)練后1 d,這一基因出現(xiàn)持久的甲基化,隨后用BSP描繪訓(xùn)練后7 d Ca B甲基化的改變,發(fā)現(xiàn)僅CS組動物有顯著的Ca N甲基化。為了解皮層DNA甲基化是否能反映聯(lián)合學習,動物在訓(xùn)練前注射NMDA受體拮抗劑MK-801,證明MK-801干擾了訓(xùn)練后7 d動物恐懼記憶的獲得( acquisition) ,也阻斷了訓(xùn)練后2 d dmP FC Ca N和Reln的高甲基化,但不影響Zif/268的甲基化,進一步支持Ca N和Reln高甲基化是一種對聯(lián)合性環(huán)境信號的特異性反應(yīng)。Frankland等前期研究觀察了訓(xùn)練后不同時間對ACC( anterior cingulate) 恐懼記憶再現(xiàn)( retrieval) 的干擾。結(jié)果證明ACC在18 ~ 36 d( 近期記憶) 經(jīng)干擾失去記憶再現(xiàn),但不是訓(xùn)練后1 d或3 d( 近期記憶) ,從這一結(jié)果估計記憶的鞏固出現(xiàn)在訓(xùn)練后3 ~18 d,研究還證明皮層DNA甲基化可能在訓(xùn)練后1周內(nèi)出現(xiàn),該時段也是皮層留下記憶痕跡的時間,隨后的實驗證明訓(xùn)練后立即向背側(cè)HPC( CA1) 注射NMDA受體選擇性抑制劑AVP,證明APV不但能干擾學習,也能阻止訓(xùn)練后7 ddmP FC Ca N和Reln甲基化,表明一次性海馬 - 依賴性學習經(jīng)驗就足以驅(qū)動皮層長時間、基因特異性甲基化改變,為了進一步探討皮層DNA甲基化是否伴隨長記憶的形成,觀察了訓(xùn)練后30 d的皮層甲基化及記憶鞏固的情況,結(jié)果證明在CS動物皮層的Ca N甲基化仍十分明顯,而且與長記憶的出現(xiàn)和維持的時間段相吻合,此外還觀察到在HPC有快速甲基化,而在dm PFC有持久的甲基化,以上研究闡明了以下幾個問題: 第一,海馬HPC可啟動學習記憶,產(chǎn)出過渡性短記憶,第二,長記憶的形成和鞏固依賴于dm PFC,第三,海馬和皮層記憶的形成均緣于海馬和皮層DNA的甲基化,或甲基化與其它組蛋白修飾的協(xié)同作用,第四,重要的記憶相關(guān)基因和受體包括Zif/268,Reln,Bdnf和NMDA受體。組蛋白甲基化是如何調(diào)整認知過程,它的生物學機制是什么?Day和Sweatt提出了闡明組蛋白甲基化是表觀遺傳學標志的假說[20],如在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)變成功能性后果,出現(xiàn)三種可能性: 第一、DNA甲基化驅(qū)使神經(jīng)細胞的反應(yīng)狀態(tài)發(fā)生了改變,即它允許、容納其它機制參與進來產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)和維持更加長遠的改變; 第二、甲基化事件積極參與和改變基因的讀出,促進記憶的進行,例如增加突觸強度和突觸可塑性; 第三、表觀遺傳學機制幫助神經(jīng)細胞無增殖( aplastic) ,在神經(jīng)元無增殖的情況下可以以穩(wěn)定突觸數(shù)量( synaptic weight) 的分布,后者是穩(wěn)定記憶的必需條件,這一假設(shè)強調(diào)了突觸可塑性在記憶過程中的重要性,事實上,國際上近年的研究表明老年癡呆認知功能的衰減與老年斑、A腦內(nèi)沉積及神經(jīng)纖維纏結(jié)無明顯相關(guān),由于突觸在信息傳遞、信息加工中的重要作用,許多學者都支持突觸功能降低( 包括突觸效能下降和突觸丟失) 是造成認知功能障礙乃至老年癡呆的主要原因,當前治療老年癡呆和各種認知障礙的治療方向都在尋找加強突觸效能,防止突觸丟失、增加突觸新生的新藥。

3. 1組蛋白磷酸化[25,26,27]組蛋白磷酸化修飾跟乙?；图谆揎椧粯泳哂姓{(diào)節(jié)認知功能的作用,這一修飾發(fā)生在組蛋白的H3、S1和S10絲氨酸殘基上,由一組蛋白激酶包括絲裂原和應(yīng)激激酶( MSKI) 和Aurora激酶家族催化完成。組蛋白磷酸化可被蛋白磷酸酶PP1和PP2a所逆轉(zhuǎn),這兩種脫磷酸化酶又可被其它分子級聯(lián)包括多巴胺和c AMP調(diào)節(jié)的磷酸蛋白32( DARPP32) 所抑制。最具特色的磷酸化標志存在于H3第10位( H3K10) 絲氨酸上,這一修飾招募了含有HAT活性的GCN5,因而能增加鄰近組蛋白賴氨酸殘基K9和K14的乙?；?這解釋了為什么組蛋白乙?；土姿峄３Ｍ瑫r存在。另外,H3S10磷酸化通過改變DNA和組蛋白尾部間的交互作用增加轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合。

許多研究工作已揭示組蛋白的磷酸化具有調(diào)節(jié)記憶形成的作用,編碼RSK2的基因突變能產(chǎn)生低咖啡攝入綜合癥( coffin-lowry) ,有精神遲緩、精神異常等表現(xiàn)。在動物模型上的研究,背景性恐懼條件反射形成后,H3S10磷酸化和H3S10 / K14磷酸乙?；杆僭黾?但ERK抑制后可阻斷其增加。同樣的,缺失MSKI的小鼠出現(xiàn)恐懼記憶和空間記憶障礙,這一缺陷卻不因給予HDAC抑制劑所逆轉(zhuǎn),提示組蛋白磷酸化途徑與組蛋白乙?；⑿卸皇俏挥谝阴；南掠?與此相協(xié)調(diào)的是,組蛋白磷酸化酶PPI受抑制,能改善長時程物體識別記憶和空間記憶而不影響短記憶,從這些發(fā)現(xiàn)推測: 通過抑制PPI來增加組蛋白磷酸化對治療學習記憶障礙可能是一個有明顯特色甚至是互補的治療策略。

除學習記憶外,H3S10磷酸化也與藥物成癮行為學反應(yīng)有關(guān)聯(lián)?？煽ㄒ蚩梢鸺y狀體H3S10磷酸化的增加,敲除MSKI的小鼠出現(xiàn)對服用可卡因行為反應(yīng)的障礙。核內(nèi)積累的DARPP-32能影響對可卡因和蔗糖獎勵的行為反應(yīng)。組蛋白磷酸化也已被證實是抗精神病和抗巴金森氏癥下游的一個重要靶標,針對表觀遺傳學這一組蛋白磷酸化修飾設(shè)計和開發(fā)有治療潛能的化合物是很有意義的。一項有意義的研究指出,MSKI主要存在于神經(jīng)元和紋狀體、杏仁核、海馬等腦區(qū),MSKI這一選擇性分布是治療干擾藥物成癮的一個很好的候選者。

哺乳動物細胞Aurora激酶家族成員的結(jié)構(gòu)和功能在進化上保守,根據(jù)該家族成員在細胞內(nèi)的定位可分為3種: Aurora-A,Aurora-B和Aurora-C。Aurora-B是有絲分裂中組蛋白H3的第四位絲氨酸磷酸化所必需的激酶。組蛋白H3磷酸化主要由Aurora-B激酶控制,除MSK和Aurora外,IB激酶( nuclear,IKK) 復(fù)合物中的異構(gòu)體( IKK) 也可以調(diào)控海馬區(qū)域組蛋白的磷酸化修飾,IKK是核因子B的一種去抑制調(diào)控子,抑制IKK可以阻止背景性環(huán)境下長期記憶的再鞏固( reconsolidation)[24]。

組蛋白磷酸化促進長記憶形成和鞏固的機制主要是磷酸基因攜帶的負電荷中和了組蛋白上的正電荷,造成組蛋白與DNA親和力的下降,使DNA容易接近轉(zhuǎn)錄機構(gòu),激活基因轉(zhuǎn)錄,這是長記憶形成所必需的,也解釋了為什么組蛋白磷酸化不影響短記憶。

在正常生理和表觀遺傳學的生化反應(yīng)中,磷酸化使蛋白質(zhì)和基因活化,隨后的生化和生物學反應(yīng)才能繼續(xù)進行,所以在細胞繁殖、分化、細胞存活、DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)導(dǎo)和重組、細胞凋亡以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。

3. 2 其它組蛋白修飾與認知功能[27,28,29]

組蛋白泛素修飾涉及三類催化酶: 泛素激活酶( ubiquitin activating enzyme,E1 ) ,泛素接合酶 ( ubiquitin conjugatingenzyme,E2) 和泛素連接酶 ( ubiquitin protein ligase,E3 ) 。依賴這三種酶分三步進行泛素化修飾,第一步E1利用ATP形式存在的能量與泛素結(jié)合成高能硫酯鍵,構(gòu)成泛素 - E1偶聯(lián)物將泛素激活; 第二步,通過轉(zhuǎn)酯作用將活化的泛素轉(zhuǎn)移到泛素結(jié)合酶E2的活性半胱氨酸殘基上; 隨后,E2將活化的泛素轉(zhuǎn)移至泛素連接酶E3上,形成高能量E3 - 泛素偶聯(lián)物,最后E3可直接或間接地促使泛素轉(zhuǎn)移到特異靶蛋白上,使泛素的羧基末端與靶蛋白的賴氨酸的-氨基形成肽鏈或轉(zhuǎn)移到已與靶蛋白相連的泛素形成多聚泛素鏈,有一個去泛素酶大家族,從賴氨酸殘基上移去泛素。

組蛋白泛素化有廣泛的細胞功能,最著名的是控制轉(zhuǎn)錄的啟動和延長,泛素酶/去泛素酶與其它組蛋白修飾,特別是與組蛋白甲基化有牽連,組蛋白泛素化與神經(jīng)退性病變之間的關(guān)聯(lián)來自亨廷氏病,Huntington與泛素連接酶h PRC12存在交互作用。在多個亨廷氏病動物模型上觀察到泛素化的H2A的增加和泛素化的H2B減少,導(dǎo)致組蛋白甲基化模式的改變和基因轉(zhuǎn)錄下調(diào),故以泛素連接酶為靶標設(shè)計藥物對亨廷氏病可能有潛在的治療價值。

多聚( ADP-核糖) 聚合酶[poly( ADP ribose) polymerases,PARPS]在與記憶行為有關(guān)的組蛋白修飾中起一定作用,PARPs可催化ADP核糖單位從NAD+轉(zhuǎn)移到組蛋白靶位點上,不僅可影響染色質(zhì)的局部結(jié)構(gòu),還可影響轉(zhuǎn)錄因子及染色質(zhì)重塑復(fù)合體的結(jié)合,在操作性條件反射和位置回避實驗中均證明PARP1可增加長記憶的形成。

3. 3衰老和神經(jīng)退行性疾病的表觀遺傳學[27,28,29,30]衰老和年齡相關(guān)性神經(jīng)退行性疾病是一個非常復(fù)雜的過程,過去有大量報道衰老與神經(jīng)退行性疾病沒有太多差異,如老年癡呆出現(xiàn)各種病理改變也在衰老過程中出現(xiàn),但從未從表觀遺傳學方面去尋找原因,現(xiàn)有的研究揭示,表觀遺傳學的異常修飾是衰老和神經(jīng)退行性疾病的主要機制,其主要病理特征表現(xiàn)在兩個方面:

其一,組蛋白和基因組DNA甲基化的減少,在衰老和神經(jīng)退化性疾病中表現(xiàn)突出,如神經(jīng)細胞和基因組DNA亞甲基化( hypomethylation) 和甲基轉(zhuǎn)移酶( HAT) 活性缺失,在AD患者的病理性神經(jīng)元和基因組DNA的亞甲基化水平更低。Mastroeni等用免疫組化方法檢測了死后AD和非AD( ND) 病人眶內(nèi)皮層Ⅱ神經(jīng)元的DNA甲基化和8種甲基化維持因子的免疫反應(yīng)性,發(fā)現(xiàn)ND和AD神經(jīng)細胞核具有甲基化胞嘧啶免疫反應(yīng)陽性的神經(jīng)細胞數(shù)分別為91. 7% 1. 3% 和39. 9% 3. 4% ,甲基化胞苷呈陽性的細胞數(shù)分別為91. 1% 1. 3% 和51. 8% 6. 1% ,即AD病人的兩種甲基化模式比ND病人明顯降低,DNMT,MOD2和P662均系甲基化維持因子,在ND病人神經(jīng)元呈免疫反應(yīng)陽性,而AD病人神經(jīng)元免疫呈陰性,此外,RPL26和5. 8 SrRNA也有量的減少。

其二,HDAC2表達增加,研究證明神經(jīng)退行性改變、衰老和長期應(yīng)激都能引起HDAC2表達增加,如在神經(jīng)退行性疾病和衰老時,神經(jīng)毒性因子如A,氧化應(yīng)激( H2O2) 和細胞內(nèi)D25和CDK5激活,糖皮質(zhì)激素受體( GR) 與臨近組蛋白HDAC2啟動子區(qū)的GR反應(yīng)元件( CRE) 結(jié)合,增加腦內(nèi)HDAC2水平,HDAC2優(yōu)先與學習、記憶、神經(jīng)可塑性有關(guān)的基因如BDNF結(jié)合,同時降低組蛋白乙酰化和基因的表達,破壞BDNF介導(dǎo)的正性反饋系統(tǒng),從而降低神經(jīng)可塑性和記憶的形成與鞏固。

篇6

在高校遺傳學教學中存在許多經(jīng)典案例，如：果蠅的翅型、體色、眼色等性狀的遺傳；豌豆的性狀遺傳以及玉米籽粒的形狀和顏色性狀的遺傳等。其中，還有一個非常重要的經(jīng)典案例，即血型遺傳。自20世紀初至今,ABO血型遺傳一直是復(fù)等位基因的一個不可缺少的經(jīng)典案例。隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展，血型的經(jīng)典內(nèi)涵得到不斷提升，新的研究結(jié)果使血型遺傳所涵蓋的遺傳學知識點越來越多，內(nèi)容越來越豐富。因此，以我們身邊最常見的表型--血型為案例開展遺傳學教學不僅可以將復(fù)雜的知識點簡單化、形象化，便于理解，還可以將繁多的基礎(chǔ)知識串聯(lián)起來，便于記憶。另外，以血型遺傳作為經(jīng)典案例在遺傳學的教學中還可以不斷加人新的研究和新的應(yīng)用，使經(jīng)典的內(nèi)涵不斷得到新的提升，讓學生的視野接觸到前沿的科學知識，為日后的科研接力打好基礎(chǔ)。

1血型與遺傳學之間的重要關(guān)系

開展案例教學，案例的選擇是關(guān)鍵。血型是人類血液由遺傳控制的個體性狀之一，與人類的生活關(guān)系密切，用途廣泛。自1900年到2005年，已檢測出約29個血型系統(tǒng)[21。臨床上最常用的有“ABO血型系統(tǒng)”、“Rh血型系統(tǒng)”、“MN血型系統(tǒng)”和“HLA血型系統(tǒng)”。這些血型系統(tǒng)涵蓋了復(fù)等位基因、基因互作之上位效應(yīng)等遺傳學的孟德爾定律拓展原理，基因的表達調(diào)控及群體遺傳等遺傳學的精髓內(nèi)容。透過這個知識窗口，可以看到遺傳學在血型中的奧秘。

孟德爾遺傳定律從建立、發(fā)展到不斷拓展完善，一直都是貫穿高校遺傳學教學的核心知識點。由于現(xiàn)在大學生從高中開始就接觸孟德爾定律，如果大學教學還是重復(fù)高中階段所涉及的內(nèi)容，學生的學習興趣難以提高。在高中知識的基礎(chǔ)上，開展案例教學，引入現(xiàn)代遺傳學在人類血型上的最新認識，則不但可以給學生一種似曾相識的感覺，還能自然地激起他們深入探索的興趣。血型的遺傳特征及生化基礎(chǔ)可以清晰明了地向?qū)W生闡述清楚孟德爾定律的一些重要的延伸知識內(nèi)容。從紅細胞血型到白細胞血型，從常見的ABO血型到罕見的孟買、Rh血型，對于假基因、等位基因、復(fù)等位基因和擬等位基因等不容易理解的基因概念以及基因之間的相互作用都可以通過血型案例，把學生帶入情境之中，在教師的指引下由學生自己依靠其擁有的基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)和背景，在血型案例情境中發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，比較輕松地掌握這些容易混淆不清的概念和一些難以理解的遺傳學現(xiàn)象，如非等位基因之間的相互作用之上位效應(yīng)等。

此外，人的血紅蛋白基因在不同發(fā)育時期的表達調(diào)控還涉及遺傳學中的表型和基因型之間的關(guān)系，真核生物中的基因表達調(diào)控模式等知識點。對血型相關(guān)的一些遺傳疾病進行分析，還可以引申出基因突變和染色體缺失突變及一些重要的遺傳標記。血型的遺傳學檢測方法及臨床上的輸血原則和溶血、血型互配等現(xiàn)象也與受基因表達調(diào)控的紅細胞的細胞膜糖基的特征和生化機制密切 相關(guān)，引導(dǎo)遺傳學從理論到實驗，再到實踐中的應(yīng)用。血型與疾病的關(guān)聯(lián)分析，把科研思維引入高校遺傳學教學中，讓學生緊跟時展的步伐，理論聯(lián)系實際，為日后的科研工作打好基礎(chǔ)。

遺傳學中兩大重要的主題是遺傳和變異，主要包括孟德爾遺傳和連鎖遺傳、基因突變和染色體畸變。通過以復(fù)旦大學遺傳學教學大綱為參考，與劉祖洞主編的《遺傳學》和喬守怡主編的《現(xiàn)代遺傳學》教材內(nèi)容相比較發(fā)現(xiàn)，血型遺傳案例除了與上述遺傳學四大內(nèi)容關(guān)聯(lián)外，還涉及到基因的表達調(diào)控、群體遺傳、表觀遺傳等知識點，其中大部分知識點都是要求學生重點掌握的內(nèi)容。目前，血型案例所涵蓋的主要遺傳學知識內(nèi)容及在遺傳學學科中的重要意義的歸納見表1。因此，把血型作為經(jīng)典案例，開展遺傳學的案例教學既貼近生活，引發(fā)學生深刻的思考，又能代表性地進一步闡述探討遺傳學的生物知識。

2血型案例在遺傳學教學中的開展

在以血型為案例的教學過程中，我們首先根據(jù)高校遺傳學的教學目標和培養(yǎng)目標的要求，在學生掌握了一些遺傳學的基礎(chǔ)知識和理論知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合遺傳學的教學進度逐步有序地進行介紹：1.血型基本知識介紹；2.紅細胞血型的細胞膜糖基特征和生化機制；3.紅細胞血型與輸血；4.血型的遺傳學規(guī)律特征，包括(I)ABO血型復(fù)等位基因遺傳及其應(yīng)用，（II)ABO血型基因的克隆，（III)ABO血型的遺傳學鑒定；5.ABO血型的拓展，包括(I)孟買血型與擬孟買血型，（II)紅細胞血型與白細胞血型。下面主表1血型與高校遺傳學教學的重要關(guān)系

要選取兩個方面闡述在遺傳學教學中的開展過程。

    2.1血型基本知識在教學中的開展

ABO血型系統(tǒng)是第一個被描述的紅細胞血型系統(tǒng)，也是最具有臨床意義的一個系統(tǒng)。因此，在進行血型基本知識介紹時往往以ABO血型為例。隨著以分子生物學為基礎(chǔ)的血型研究的發(fā)展，ABO血型的基因遺傳背景目前已比較清楚。在介紹血型基因的基本知識同時也涵蓋著遺傳學知識的傳播，而且隨著血型基因知識的不斷豐富完善，涵蓋的遺傳學知識也越來越廣泛。

ABO血型由3個復(fù)等位基因控制，即iA、產(chǎn)和i°o在開展遺傳學相關(guān)教學活動時，一般都用此作為分析生物界中復(fù)等位現(xiàn)象的經(jīng)典例證。這些基礎(chǔ)知識對于高校學生來說可能在高中的時候就已經(jīng)獲得。因此，在大學開展相關(guān)教學時，除了簡單介紹這3個主要的復(fù)等位基因外，還可以深入講述新的研究結(jié)果，到目前為止通過分子生物學方法已經(jīng)確定了160多個^50等位基因，只是目前國際上以4川7基因作為等位基因的參比序列，其他基因均與其緊密相關(guān)，非常保守。在此基礎(chǔ)上ABO血型又可分為許多亞群，其中A血型表現(xiàn)出最多的亞型。在紅細胞血型系統(tǒng)中還有一種Rh血型，分為Rh陽性和Rh陰性。Rh血型主要由3個緊密連鎖的基因D/d、C/c、E/e決定，這3個基因以單倍型方式傳遞，屬于擬等位基因。這樣在講解原有知識基礎(chǔ)上，又不局限于原有知識范圍，由ABO血型到Rh血型，由復(fù)等位基因引出擬等位基因，在教學方法上可以通過相互比較，舉例分析，擴大學生的知識面，提

高他們的學習興趣。

人類的血型是不是一生恒定不變的？面對這個問題，很多學生都會認為血型是由遺傳決定，不會改變。其實人類的血型也會發(fā)生變異，如急性白血病以及再生障礙性貧血可以使血型抗原減弱，骨髓增生異常綜合征可以導(dǎo)致血型抗原丟失等。而且，健康人也存在血型變異的現(xiàn)象，但是這個是與細胞表面血型物質(zhì)受到掩蓋以及人體存在一些稀有ABO等位基因有關(guān)。這些新的知識可以向?qū)W生很好地展示“遺傳和變異”，利用身邊的血型案例調(diào)動學生的學習積極性，使他們積極主動地掌握遺傳學的精髓。

此外，最近幾年疾病引發(fā)基因甲基化和突變的研究'又可以結(jié)合表觀遺傳學的內(nèi)容開展教學。

2.2紅細胞血型的細胞膜糖基特征和生化機制在教學中的開展

人類ABO基因位于9號染色體長臂(9q34)，其基因產(chǎn)物是一些專一性的糖基轉(zhuǎn)移酶，可以催化血型抗原前體特定部位的糖基轉(zhuǎn)移，從而控制ABO血型抗原的生物合成。其中4基因編碼產(chǎn)物為N-乙酰-D-半乳糖胺轉(zhuǎn)移酶(簡稱A酶)，可以產(chǎn)生常見的A抗原；S基因編碼產(chǎn)物ci-l，3-D-半乳糖轉(zhuǎn)移酶(簡稱B酶)，可以產(chǎn)生常見的B表面抗原；和S基因同時存在產(chǎn)生的等位基因，其編碼產(chǎn)物具有A酶和B酶的特異性，在紅細胞表面上產(chǎn)生不同強度的A和B抗原；而O基因則是第258位和第349位堿基缺失導(dǎo)致的密碼子移位，使終止密碼提前出現(xiàn)，合成了無酶活性的短肽，因而體內(nèi)沒有A酶和B酶，也不能催化糖基轉(zhuǎn)移，只有前體物質(zhì)H的產(chǎn)生為H抗原(圖1)。因此ABO血型有時也稱為八811型[71。這樣，不同的、B、0基因編碼不同的多肽，產(chǎn)生具有不同功能的糖基轉(zhuǎn)移酶，非常簡單地引出了遺傳學中經(jīng)典的基因與酶的關(guān)系的“一個基因一條多肽(一個基因一個酶)假說”,使學生很容易獲得一個基因決定一條相應(yīng)的多肽鏈(酶)的結(jié)構(gòu)，并相應(yīng)地

影響這個多肽(以及由單條或多條多肽鏈組成的酶）的功能這種遺傳學思想，達到良好的教學效果。

此外，最新研究發(fā)現(xiàn)ABH抗原除表達在血細胞表面以外，還可以出現(xiàn)在除腦脊液外的分泌液中；有大約80%的個體具有產(chǎn)生這些可溶性抗原的遺傳基因；這種分泌抗原的表達由雙結(jié)構(gòu)基因控制，即第19號染色體2個緊密連鎖的Ft/n(用和基因座。ABO血型抗原都由前體H物質(zhì)合成，SeAe基因和丑冷基因都可以控制合成H物質(zhì)；簡單來說，基因的表達決定體液中是否出現(xiàn)ABH抗原，H/h基因的表達決定紅細胞上是否出現(xiàn)ABH抗原。但是，并不是所有帶m基因的個體唾液中都分泌ABH物質(zhì)，還要受到Wh基因的制約，其中hh型(即孟買型)均為非分泌型[7]。這樣又引出了遺傳學中一個很重要的概念--上位基因，很重要的遺傳學現(xiàn)象--上位效應(yīng)。這些屬于遺傳學中基因互作的重點內(nèi)容，而且發(fā)生基因相互作用的非等位基因仍然遵循孟德爾分離和自由組合定律，后代的基因型及其比例是可預(yù)計的，所以在遺傳學教學中還可用于親子鑒定、重大遺傳疾病的關(guān)聯(lián)分析、人種演化、群體遺傳分析等相關(guān)內(nèi)容。

2.2相關(guān)技術(shù)的拓展應(yīng)用

ABO血型的分子檢測是分子遺傳學教學中PCR技術(shù)拓展應(yīng)用的案例。血型基因的表達影響血型的表現(xiàn)型，表型相同的個體其基因型不一定相同。如何區(qū)分iAiA、Pi0在表現(xiàn)型都是A型和iBiB、iBi0在表現(xiàn)型都是B型的個體，可以根據(jù)A、B、0血型基因堿基的差異，應(yīng)用聚合酶鏈式反應(yīng)-限制性片段多態(tài)性(PCR-RFLP)技術(shù)分型人類ABO血型的方法。這種方法可以對個體血型(血型基因型)進行判定：是屬于AA型、AO型，還是BB型或BO型。在這個基礎(chǔ)上，我們進行了改進，并結(jié)合教學進程，作為自選實驗在學生中開設(shè)，獲得了學生的好評。在135個學生中開展自選實驗，其中有80%的學生選擇ABO血型鑒定這個實驗，并表示對這個實驗很感興趣。

此外，還可通過分析核苷酸來確定分泌型ABH血型的Se基因型。主要基因分型技術(shù)有：（l)PCR-序列特異性引物(PCR-SSP)，這是一種新的基因多態(tài)性分析技術(shù)，根據(jù)基因座某一堿基的差異設(shè)計一系列引物，特異性引物僅擴增與其對應(yīng)的等位基因， 而不擴增其他的等位基因；（2)PCR-DNA測序法，先通過PCR擴增基因的主要片段，然后測定序列;(3)PCR-限制性內(nèi)切酶法，用對位點特異的限制性內(nèi)切酶消化基因，再通過Southernblot分析來確定。目前，PCR-SSP常用于胎兒血型鑒定及白血病引起的血型抗原異常等血型鑒定。隨著450基因結(jié)構(gòu)和研究方法的迅速發(fā)展，AB0血型定型也將進入基因定型的時代，揭示更多的關(guān)于AB0基因和AB0血型表觀遺傳學等方面的奧秘。

在教學過程中還可以設(shè)計一系列與血型相關(guān)的論題，引導(dǎo)學生査閱相關(guān)方面的最新進展，總結(jié)出血型與人類疾病和性格之間的關(guān)系以及蘊涵的遺傳學原理。學生可以分組制作PPT討論，還可針對某一論題，學生組隊分為正反兩方，開展辯論式討論。一學期可以安排一次課時(45分鐘)開展辯論式討論,前30分鐘讓學生正反方陳述觀點，列舉證據(jù)開展辯論，后15分鐘用于總結(jié)和點評。在這個模式下，幾乎所有的學生都積極主動地參與進來，將引導(dǎo)、鼓勵與考評相結(jié)合，充分調(diào)動了學生學習的積極性[11]。開展“血型是否可以決定性格”類似專題的辯論式討論，既增加了遺傳學教學的興趣性及可接受性，還可以使學生的思維在辨析中得到操練。正反兩方隊員通過收集資料和案例，與同學辯論解釋的過程中，不僅掌握了深奧的科學知識，而且還與現(xiàn)實生活相聯(lián)系，并且將遺傳學應(yīng)用于實際，填補了傳統(tǒng)教學在知識靈活認知與實踐中的不足。

3以血型為案例開展遺傳學教學的優(yōu)點

作為日常生活中被人們廣泛熟知的遺傳學常識，血型遺傳學的研究歷程符合遺傳學的發(fā)展規(guī)律與教學規(guī)劃，其作為遺傳學教學案例有著不可替代的優(yōu)勢：

篇7

【關(guān)鍵詞】早期經(jīng)驗；幼兒；表觀遺傳學；大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育

【中圖分類號】G610 【文獻標識碼】A 【文章編號】1004-4604（2017）03-0027-06

科學家發(fā)現(xiàn)，在基因組中除DNA和RNA序列外，還存在其他能夠調(diào)控基因的信息。雖然這些信息無法改變基因序列，但可以通過其他方式影響和調(diào)節(jié)遺傳基因的功能和特性，并通過發(fā)育和細胞增殖過程穩(wěn)定傳遞這些功能和特性，這就是表觀遺傳。表觀遺傳學是研究在基因DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達的可遺傳變化。換言之，可將其理解為環(huán)境因素與遺傳因素之間的相互作用，即生活環(huán)境與經(jīng)驗對個體基因表達的影響?？茖W家運用表觀遺傳學來解釋為何環(huán)境、飲食等外在因素可以改變生物體的表現(xiàn)型，甚至改變基因型。

大腦發(fā)育對早期經(jīng)驗和環(huán)境非常敏感，其結(jié)構(gòu)的成熟和基礎(chǔ)功能的好壞取決于發(fā)育時期的主觀和客觀環(huán)境。生理活動創(chuàng)造的經(jīng)驗會強烈影響大腦的結(jié)構(gòu)，也極大地影響著由基因調(diào)控的神經(jīng)細胞的化學變化?！?〕研究顯示，有早期不良經(jīng)驗的兒童在大腦容量、大腦皮層發(fā)育和大腦結(jié)構(gòu)方面都與無早期不良經(jīng)驗的兒童有著顯著差異?！?〕生理活動創(chuàng)造的經(jīng)驗會導(dǎo)致表觀遺傳的變化，控制神經(jīng)細胞中基因的表達?！?〕早期經(jīng)驗對幼兒大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的影響詳述如下。

一、社會信息獲得

幼兒與撫養(yǎng)者的交流，是其社會性發(fā)展的重要途徑之一。幼兒通過與撫養(yǎng)者交流來獲得社會信息，并逐漸學會情緒辨別。研究表明，幼兒在出生后的0～3個月里就已經(jīng)形成社會和情緒腦機制的核心腦區(qū)，〔4〕且在此后的一段時間里會繼續(xù)發(fā)生改變。

幼兒對外界刺激的學習可以促進大腦高級功能的發(fā)育。例如，觀察卡通面孔或類似視覺組合符號，能夠激活右半球，有利于幼兒腦內(nèi)視覺系統(tǒng)與邊緣系統(tǒng)的整合?！?〕這種整合可以促進幼兒情緒能力及處理其他視覺刺激類型能力的發(fā)展。〔6〕同時，兒童期是大腦網(wǎng)絡(luò)區(qū)域合作和功能連通性發(fā)展的關(guān)鍵時期。神經(jīng)連通性方面的缺陷對于解釋學習困難和自閉癥有重要意義。〔7〕

二、師幼關(guān)系

新近的科學研究揭示了情感發(fā)展依賴于多個腦區(qū)中復(fù)雜的神經(jīng)回路的形成、成熟和相互關(guān)聯(lián)，包括前額葉皮層、邊緣系統(tǒng)、基底前腦、杏仁核、下丘腦和腦干等。這些包含了情感調(diào)節(jié)的腦回路又和那些與“執(zhí)行功能”（如計劃、判斷和決策等）相關(guān)的腦回路相互影響。良好的情感會增強執(zhí)行功能，反之則會削弱。〔8〕隨著幼兒的發(fā)展，其情感經(jīng)驗會被逐漸內(nèi)化到其大腦結(jié)構(gòu)之中。

研究發(fā)現(xiàn)，幼兒與教師之間安全的依戀關(guān)系，能促進其認知發(fā)展，提高其注意能力和閱讀技能。若幼兒與教師沒有建立正常的依戀關(guān)系，則會影響其認知發(fā)展。例如，未與教師建立正常依戀關(guān)系的幼兒往往表現(xiàn)出較弱的口頭表達能力、計算能力和言語理解能力，且在總體學術(shù)成就上落后于師幼間依戀關(guān)系良好的幼兒。〔9〕教師的情感支持會對幼兒的大腦發(fā)育造成影響。對幼兒唾液中的皮質(zhì)醇含量和α-淀粉酶測定發(fā)現(xiàn)，較低教師情感支持的幼兒可能處于慢性應(yīng)激狀態(tài)，其HPA軸（下丘腦-垂體-腎上腺軸）與交感神經(jīng)系統(tǒng)活動均比有較高教師情感支持的幼兒強，顯示其緊張和壓力程度較后者高?！?0〕

三、撫養(yǎng)者抑郁

撫養(yǎng)者抑郁會影響親子關(guān)系，危害幼兒的健康成長，尤其是長期和嚴重的母親抑郁。

幼兒與成人之間的互動，就像乒乓球中的發(fā)球和接球，是經(jīng)驗積累的有效途徑。〔11〕例如，當嬰兒牙牙學語時，成人用眼神、手勢或語言予以恰當回應(yīng)，這將會讓嬰兒在大腦中建立相應(yīng)鏈接，從而達到支持和強化其交流和社會技能發(fā)展的目的。一旦抑郁影響了撫養(yǎng)者為嬰幼兒及時提供恰當回應(yīng)的能力，嬰兒大腦中本該形成的鏈接將無法建立?？梢哉f，是否生活在一個能夠得到恰當回應(yīng)的環(huán)境里，決定了嬰幼兒大腦結(jié)構(gòu)發(fā)展的強弱，這是個體以后學習和行為發(fā)展的基礎(chǔ)。

神經(jīng)科學研究表明，當母親有慢性抑郁癥時，會通過兩種病態(tài)的養(yǎng)育模式破壞親子間的“發(fā)球和接球互動”：敵意-侵入模式和脫離-沉默模式。〔12〕處于敵意或侵入狀態(tài)的母親看似在以某種方式“發(fā)球”，卻會使幼兒的“接球”變得困難。相反，若母親是脫離和撤退的，幼兒則會成為發(fā)球者，而母親卻沒有接球。在以上兩種情況中，患抑郁癥的母親都不能為幼兒提供積極、和諧的互動，將對幼兒的大腦結(jié)構(gòu)發(fā)展產(chǎn)生不利影響。一旦親子間建立起的是一種消極互動，即使隨后母親的抑郁情緒有所改善，這種互動模式也將持續(xù)，并可能使幼兒和其他重要成人間也產(chǎn)生消極的互動?！?3〕

除母親等撫養(yǎng)者外，幼兒園教師作為幼兒在幼兒園的主要接觸者，其抑郁也會對幼兒的大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育造成顯著影響。研究表明，教師的抑郁程度與幼兒在園內(nèi)表現(xiàn)出的行為問題次數(shù)呈顯著正相關(guān)?！?4〕

四、虐待與忽視

嬰兒在6～12個月時就有了恐懼體驗并具有將恐懼從其他情緒中區(qū)分開來的能力。如果幼兒生長在父母有心理健康問題、藥物濫用、家庭暴力或社區(qū)暴力的環(huán)境中，又或初入幼兒園時適應(yīng)困難，但被幼兒園教師忽視、責罵等，都會使幼兒出現(xiàn)持續(xù)恐懼和焦慮情緒，情感發(fā)展會受到很大威脅?！?5〕研究表明，消極經(jīng)驗，如虐待和暴力等，會導(dǎo)致幼兒產(chǎn)生恐懼和慢性焦慮情緒。如若這種壓力反應(yīng)系統(tǒng)長期被激活，會導(dǎo)致其恐懼和慢性焦慮情緒過載。幼年的持久恐懼和慢性焦慮可以通過擾亂大腦的發(fā)展架構(gòu)而造成終身的不良后果?！?6〕持續(xù)恐懼和焦慮還會削弱幼兒感知和回應(yīng)威脅的能力，使其失去區(qū)分安全和危險的能力，嚴重的焦慮和恐懼還會影響幼兒的學習能力和執(zhí)行功能發(fā)展。

1.虐待

幼兒遭遇的虐待主要有：（1）身體虐待，如毆打、體罰。（2）精神虐待，如言語攻擊。（3）待。任何類型的虐待都會對幼兒的大腦發(fā)育帶來負面影響，如家庭暴力、社區(qū)暴力和幼兒園虐待等。

在教師辱罵中成長的幼兒，其表情加工能力往往出現(xiàn)異常，對負性情緒更加敏感。幼兒和易怒、有攻擊性的撫養(yǎng)者或教育者互動，容易產(chǎn)生恐懼和焦慮情緒，可能導(dǎo)致潛在的應(yīng)激有害化學物質(zhì)增加?！?7〕這種反復(fù)出現(xiàn)的生理反應(yīng)不僅會影響幼兒大腦發(fā)育，阻滯幼兒的學習能力發(fā)展，增加情感障礙的風險，〔18〕而且可能造成器質(zhì)性、生理功能性損傷，導(dǎo)致幼兒情緒緊張、認知功能低下，出現(xiàn)心理障礙?！?9〕對遭遇過待或有其他童年受虐待經(jīng)驗的兒童進行的磁共振掃描發(fā)現(xiàn)，其海馬、胼胝體及額葉的體積減小，這些腦區(qū)結(jié)構(gòu)和功能的改變會影響兒童的學習、記憶、情緒控制、同伴交往及左右半球的信息傳遞。〔20〕

研究者對虐待影響大腦發(fā)育的原因做了解釋：虐待導(dǎo)致幼兒長期處于高壓狀態(tài)，造成有關(guān)焦慮反應(yīng)和恐懼反應(yīng)的神經(jīng)回路和相關(guān)腦區(qū)被經(jīng)常激活，使得這些神經(jīng)回路和腦區(qū)過度發(fā)育，而其他功能的神經(jīng)回路和腦區(qū)則出現(xiàn)發(fā)展延緩現(xiàn)象?！?1〕同時，虐待還會導(dǎo)致皮質(zhì)醇受體的數(shù)量減少，致使下丘腦和垂體收到的反饋信息減少，增加了促皮質(zhì)素釋放因子（CRF）的釋放，延長了壓力反應(yīng)?！?2〕

有童年受虐待經(jīng)驗的父母在養(yǎng)育子女時常會表現(xiàn)出虐待行為。研究發(fā)現(xiàn)，有兒童期受虐待驗的成年人右側(cè)腹外側(cè)前額葉體積較小，且功能受到損害，導(dǎo)致這些成人容易出現(xiàn)情緒失調(diào)和攻擊性，增加出現(xiàn)虐待行為的概率?！?3〕

2.忽視

忽視是指照看者對幼兒缺少照看，包括缺乏對幼兒健康和教育的關(guān)注、缺乏情感支持、無視幼兒生理需求的滿足及危險的防護等?！?4〕忽視現(xiàn)象不僅會發(fā)生在家庭中，幼兒園里也會產(chǎn)生不同程度的忽視問題。研究表明，忽視對幼兒造成的心理傷害并不亞于其他形式的虐待，其“潛在影響可能是由長期的、彌漫性的、自然的疏忽而產(chǎn)生的。它可能反映出整個家庭、幼兒園功能紊亂的一般性水平”?！?5〕

忽視可能會導(dǎo)致幼兒大腦器質(zhì)性的損傷，同時被忽視的經(jīng)驗會導(dǎo)致大腦結(jié)構(gòu)異常，如造成胼胝體縮小。〔26〕Perry 等人發(fā)現(xiàn)，受忽視幼兒會出現(xiàn)大腦腦室增大及皮層萎縮現(xiàn)象?！?7〕遭受嚴重忽視的幼兒，其大腦皮質(zhì)、邊緣系統(tǒng)及中腦的結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)發(fā)育異常，全腦明顯小于正常幼兒?！?8〕這些被忽視的幼兒對負性情緒更加敏感，并缺乏情緒控制技巧?！?9〕一些因為被忽視而遭受饑餓、寒冷的幼兒，因為需要集中精力關(guān)注自己的生存情況而導(dǎo)致壓力反應(yīng)系統(tǒng)發(fā)育異常，進而造成學習、記憶、情緒認知等能力的受損?！?0〕

五、幼兒學習和游戲經(jīng)驗

重復(fù)高度緊張的經(jīng)驗會導(dǎo)致表觀遺傳的變化，從而損傷逆境管理系統(tǒng)。而積極的環(huán)境和豐富的學習經(jīng)驗則會使個體產(chǎn)生積極的表觀遺傳標記，激活基因潛力。積極學習經(jīng)驗會刺激與激活大腦語言、記憶等回路，進而促使表觀遺傳變化，提高學習能力。例如，有關(guān)幼兒語言學習的研究發(fā)現(xiàn)，語言是大腦不同系統(tǒng)協(xié)作的共同機能，幼兒在1～3歲時語法信息加工能力的不斷提高會促使大腦左半球后部得到更好的發(fā)展?！?1〕幼兒早期接受藝術(shù)教育也會刺激大腦突觸發(fā)育并刺激左右半球連接，進而促使全腦均衡發(fā)展。〔32〕雖然隨著年齡的增長，新的經(jīng)驗會繼續(xù)改變表觀基因組，但胎兒和嬰兒時的經(jīng)驗可以對腦部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響并持續(xù)一生?！?3〕個體的基因表達實際上受很多環(huán)境因素的影響。在幼兒的早期發(fā)展中，基因的表達處于一種不定時、不定位會發(fā)生改變的開放性狀態(tài)，因而為幼兒提供積極學習經(jīng)驗是非常必要的。

游戲是幼兒早期的主要活動和經(jīng)驗，是幼兒表達自我的方式。幼兒通過游戲感知外部世界，并在相互作用中獲得外界的第一手資料。大腦具有高度的經(jīng)驗可塑性。游戲可促進幼兒音樂、美術(shù)、語言、運動、思維、執(zhí)行功能等認知能力及其對應(yīng)腦功能的發(fā)展，對與情緒發(fā)展相關(guān)的神經(jīng)回路的建立也有重要作用。

從表觀遺傳學視角看，除上述早期經(jīng)驗可直接影響大腦結(jié)構(gòu)的發(fā)育外，還有一些因素會間接影響大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育，如家庭貧富、社會支持、撫養(yǎng)者受教育水平等。

六、對不良早期經(jīng)驗的預(yù)防和干預(yù)

綜上所述，早期經(jīng)驗可以修改表觀基因組，影響大腦結(jié)構(gòu)的發(fā)育。積極的早期經(jīng)驗有助于大腦結(jié)構(gòu)的發(fā)育和其他社會能力的發(fā)展。不良的早期經(jīng)驗不僅會損害大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育，而且會影響幼兒的環(huán)境適應(yīng)和人際交往能力，故應(yīng)做好早期預(yù)防和干預(yù)工作，從源頭上阻止不良經(jīng)驗對大腦結(jié)構(gòu)及功能的傷害。此外，以往認為不良早期經(jīng)驗造成的表觀基因組的改變是永久的，但近來有動物實驗表明，一些類型的表觀遺傳基因在一定情況下能夠逆轉(zhuǎn)?！?4〕這些研究為不良早期經(jīng)驗的干預(yù)和治療提供了支持。

1.創(chuàng)建安全友好的居住環(huán)境

在生命早期，慢性和強烈的恐懼會影響壓力反應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展和情緒記憶的處理。早期暴露于極可怕的事件下（如受虐待等），會嚴重影響大腦的發(fā)育。尤其是隨著時間的推移不斷重復(fù)發(fā)生的可怕事件，很有可能影響幼兒的學習、問題解決及與他人交流能力的發(fā)展。因此，為幼兒提供一個安全友好的居住環(huán)境，讓幼兒遠離暴力和恐怖事件，有助于幼兒大腦的發(fā)育和學習能力的發(fā)展。

2.關(guān)注撫養(yǎng)者的心理健康并為其提供專業(yè)指導(dǎo)

撫養(yǎng)者有嚴重的心理健康問題，對幼兒的負面影響比患有生理疾病的影響更大。有研究表明，母親的抑郁在胎兒出生前就會影響胎兒的大腦發(fā)育。抑郁的母親在懷孕期間會產(chǎn)生高水平的應(yīng)激化學物質(zhì)，減緩胎兒生長并增加流產(chǎn)風險，降低胎兒出生后的免疫功能?！?5〕因此，要更多關(guān)注撫養(yǎng)者的心理健康，對已有問題進行及時干預(yù)。

3.加強幼兒園教師的培養(yǎng)與管理

教師是除撫養(yǎng)者外幼兒接觸最多的人。作為幼兒的主要教育者，教師不僅需要專業(yè)技能，還需為幼兒建設(shè)積極健康的成長環(huán)境，為其腦結(jié)構(gòu)和功能的發(fā)展創(chuàng)造條件。因此，關(guān)注幼兒園教師的心理健康問題很有必要。幼兒園教師要有健康的心理狀態(tài)，能夠及時覺察自己的消極情緒，如憤怒、抑郁等，并能控制自己的消極情緒，以避免對幼兒造成身體傷害和心理傷害。對有過激行為傾向（如虐待幼兒、打罵或忽視幼兒等）的教師，應(yīng)及早進行心理干預(yù)，杜絕因教師的心理健康問題對幼兒大腦發(fā)展可能造成的傷害。

〔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〕.山東警察學院學報，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燦，劉艷，陳麗.社會負性環(huán)境對流動和留守兒童問題行為的影響：親子和同伴關(guān)系的調(diào)節(jié)作用〔J〕.心理科學，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〕王成剛.腦科學視野中的兒童早期教育〔D〕.上海：上海師范大學，2005.

〔32〕蘇丹.幼兒早期創(chuàng)意美術(shù)教育研究與實踐〔D〕.杭州：中國美術(shù)學院，2014.

〔33〕ROTH T L，LUBIN F D，F(xiàn)UNK 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8

[關(guān)鍵詞] 宮頸癌；DKK-3基因啟動子；甲基化；臨床意義

[中圖分類號] R711.74 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2013）12（b）-0087-03

宮頸癌的發(fā)病機制與基因啟動子甲基化等表觀遺傳學改變密切相關(guān)，目前發(fā)現(xiàn)越來越多的基因參與了宮頸癌的發(fā)病，可作為宮頸癌病情及預(yù)后評估的標志物[1-2]。Dickkopf相關(guān)蛋白3（Dickkopf-related protein 3，DKK-3）基因具有抑制細胞增殖作用，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及預(yù)后緊密相關(guān)，其基因啟動子甲基化在多種腫瘤中可反映病情及預(yù)后，成為腫瘤基因水平的標志物[3-4]。本研究比較了宮頸癌患者和健康女性的DKK-3基因啟動子甲基化狀態(tài)，研究DKK-3基因啟動子甲基化在宮頸癌中的臨床意義，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2009年1月～2012年12月確診的80例宮頸癌患者為研究對象，均經(jīng)臨床表現(xiàn)、體格檢查、影像學檢查、細胞學和病理組織學檢查確診，年齡31～80歲，平均（50.9±12.7）歲；病理類型：鱗癌53例，腺癌16例，腺鱗癌11例；根據(jù)FIGO 2009分期標準，Ⅰ期16例，Ⅱ期33例，Ⅲ期21例，Ⅳ期10例。另以同期參加健康體檢的80例健康女性作為比較對象，年齡30～80歲，平均（51.1±14.6歲）。兩組研究對象在年齡等一般資料方面比較，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），具有可比性。

1.2 DKK-3基因啟動子甲基化檢測方法

對所有研究對象宮頸取活檢組織或術(shù)后病理標本后立即提取基因組DNA，采用甲基化特異性PCR檢測DKK-3基因啟動子甲基化。將提取的基因組DNA行重硫酸鹽轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的樣本進行PCR擴增。引物采用Methprimer設(shè)計，序列見表1，反應(yīng)體系為25 μl，反應(yīng)條件為95℃預(yù)變性12 min，95℃變性1 min，64℃退火45 s，72℃延伸45 s，共35個循環(huán)，最后一輪72℃延伸10 min。擴增后的產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳后檢測。

1.3 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 11.5統(tǒng)計學軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，計數(shù)資料比較采用χ2檢驗或Fisher精確概率法計算，以P

2 結(jié)果

2.1 宮頸癌患者和健康女性DKK-3基因啟動子甲基化的比較

宮頸癌患者中有49例宮頸活檢組織檢測到DKK-3基因啟動子甲基化，甲基化率為61.3%；健康女性中有2例檢測到DKK-3基因啟動子甲基化，甲基化率為2.5%，宮頸癌患者DKK-3基因啟動子甲基化率顯著高于健康女性（P

2.2 不同臨床病理因素中DKK-3基因啟動子甲基化差異的比較

宮頸癌患者宮頸活檢組織DKK-3基因啟動子甲基化率在年齡、吸煙史、酗酒史和病理類型中差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05），在HPV感染、分化程度、腫瘤直徑、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠處轉(zhuǎn)移和FIGO分期中的差異均有統(tǒng)計學意義（P

3 討論

DNA甲基化是表觀遺傳學最主要的調(diào)控基因表達方式，是一種非DNA序列改變的轉(zhuǎn)錄前基因調(diào)控，甲基化CG位點導(dǎo)致DNA序列致密化，結(jié)合甲基結(jié)合蛋白后可阻遏轉(zhuǎn)錄因子形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物從而抑制基因表達，目前研究發(fā)現(xiàn)DNA甲基化調(diào)控主要集中在富含CG位點的基因啟動子區(qū)域[5]。大量的體內(nèi)外實驗表明基因啟動子甲基化導(dǎo)致基因處于表達抑制狀態(tài)，抑癌基因的表達下降導(dǎo)致正常細胞失去調(diào)控而癌變，在眾多腫瘤中可檢測到抑癌基因啟動子的甲基化狀態(tài)[6-7]。DKK-3屬于DKK基因家族成員之一，經(jīng)典的DKK家族被認為是Wnt信號傳導(dǎo)通路的調(diào)控因子，但目前對DKK-3的功能尚未完全清楚，大多數(shù)研究表明其具有促進細胞凋亡和腫瘤血管產(chǎn)生的作用，在多種腫瘤細胞中表現(xiàn)為低表達狀態(tài)[8]。目前研究發(fā)現(xiàn)，DKK-3基因啟動子在消化道腫瘤、呼吸系統(tǒng)腫瘤等眾多腫瘤中處于高甲基化狀態(tài)，且其甲基化與病情及預(yù)后緊密相關(guān)，可作為這些腫瘤的生物標志物，較傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)水平分子標志物具有更高的靈敏度及特異性[9]。本研究提示，宮頸癌患者DKK-3基因啟動子甲基化率顯著高于健康女性，表明與其他腫瘤基本相似，宮頸癌患者DKK-3基因啟動子處于高甲基化抑制狀態(tài)。

本研究比較了不同臨床病理因素下DKK-3基因啟動子甲基化率的差異，發(fā)現(xiàn)分化程度越低、腫瘤直徑越大、有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠處轉(zhuǎn)移及FIGO分期晚的宮頸癌患者DKK-3基因啟動子甲基化率高于分化程度越高、腫瘤直徑越小、無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、無遠處轉(zhuǎn)移及FIGO分期早的患者，這些證據(jù)表明DKK-3基因啟動子甲基化與宮頸癌的病情及預(yù)后密切相關(guān)。因為腫瘤的分化程度和臨床分期是目前公認的與宮頸癌病情及預(yù)后的指標，DKK-3基因啟動子甲基化可作為宮頸癌的生物標志物，可為宮頸癌的診斷、病情與預(yù)后評估提供證據(jù)，值得一提的是本研究樣本數(shù)較少，且缺乏遠期隨訪證據(jù)，該結(jié)論有待進一步研究。

[參考文獻]

[1] 崔華英，周栩茹，韓慶，等.宮頸癌RAS相關(guān)區(qū)域家族1A基因啟動子甲基化檢測及臨床意義研究[J].中國全科醫(yī)學，2011，14（14）：1529-1531，1534.

[2] 巫劍紅，田玉翠，萬治安，等.宮頸癌性別決定基因9基因啟動子區(qū)甲基化水平檢測對宮頸癌的價值研究[J].中國全科醫(yī)學，2013，16（6）：618-620.

[3] 陶累累.Wnt信號通路拮抗因子DKK-3在腫瘤中的研究進展[J].臨床腫瘤學雜志，2012，17（8）：752-755.

[4] 柯楊.DKK-3基因啟動子甲基化在非小細胞肺癌中的臨床研究[D].武漢：華中科技大學，2012.

[5] 王先火，趙秀娟，邱立華，等.腫瘤發(fā)生的表觀遺傳學：進展與臨床意義[J].北京大學學報·醫(yī)學版，2012，44（5）：701-707.

[6] 康靜婷，梁前進，梁辰，等.表觀遺傳學研究進展[J].科技導(dǎo)報，2013，31（19）：66-74.

[7] 李穎，唐世倩，翟瑞芳，等.S100A4及其甲基化與早期宮頸癌淋巴轉(zhuǎn)移的相關(guān)性研究[J].山西醫(yī)科大學學報，2013，44（8）：641-644，

[8] 吳建軍，叢顧俊，劉繼斌，等.肝癌中拮抗Wnt信號通路的CpG島甲基化表型與臨床病理特征之間的關(guān)系[J].現(xiàn)代檢驗醫(yī)學雜志，2012， 27（6）：34-36.

篇9

表觀遺傳學

惡性腫瘤的發(fā)生涉及多種基因功能的異常，導(dǎo)致異常的除了以往我們研究得很多的基因突變、基因缺失等遺傳改變外，近年來表觀遺傳學成為了研究熱點。1999年Jones等在Nature上撰文“Cancer epigenetics comes of age”[1],表明腫瘤研究進入了新的時期。表觀遺傳是指DNA序列不發(fā)生變化，但基因表達卻發(fā)生了改變，并且此種變化在發(fā)育和細胞增殖過程中能穩(wěn)定傳遞[2]。表觀遺傳學的主要研究方向包括以下幾個方面：DNA甲基化修飾；組蛋白修飾(組蛋白的乙?；?、去乙?；傲姿峄?、去磷酸化等)；基因印跡等。和很多傳統(tǒng)遺傳學改變不同的是，許多表觀遺傳的改變是可逆的，這便為很多疾病尤其是惡性腫瘤的診斷與治療開拓了廣闊的前景。

DNA甲基化概況

DNA甲基化是目前研究得最多的表觀遺傳學機制，它是一種常見的DNA修飾，指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）催化下將甲基加到CG二核苷酸的胞嘧啶上，使之變成5′-甲基胞嘧啶（5-mc）的化學修飾過程[3]。CpG二核苷酸在基因組中呈非隨機分布，在5′端啟動子區(qū)CpG位點高度聚集在一起，稱為CpG島。目前已經(jīng)研究證實有三種與DNA甲基化相關(guān)的酶，DNMT1、DNMT3a、DNMT3b，普遍認為DNMT3a和DNMT3b可以催化新生甲基化形成，而DNMT1主要在DNA復(fù)制時維持其甲基化狀態(tài)。很多研究都表明，腫瘤細胞DNA總體甲基化水平低于正常細胞，但某些CpG島甲基化程度增高?；蚪MDNA過低甲基化可促進雜和性丟失（LOH）[4]，導(dǎo)致基因組有害基因轉(zhuǎn)錄表達，例如激活原癌基因，使癌基因或相關(guān)因子得以表達，胚胎干細胞在缺乏DNMTl時基因組過低甲基化，宿主保護機制削弱，有利于基因組重復(fù)子同源性重組，從而導(dǎo)致整個基因組不穩(wěn)定性增加；此外，在細胞染色體中心粒劇同存在高度密集甲基化區(qū)域，如果失去致密的甲基，可導(dǎo)致基因損傷和突變。

人類基因組中約有45000個CpG島，雖然僅占基因組DNA 的1 %～2 % ，但存在于所有管家基因和少量組織特異基因的5′端調(diào)控區(qū)。CpG島在正常組織中處于非甲基化狀態(tài)，但在細胞發(fā)生癌變時某些腫瘤抑制基因啟動子區(qū)的CpG島發(fā)生甲基化，以致這些基因表達沉默，導(dǎo)致了腫瘤的發(fā)生。概括地講，DNA 甲基化抑制基因表達的機理為[5-6]：① 甲基化CpG島直接抑制序列特異性轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合，從而抑制轉(zhuǎn)錄；② 甲基化CpG激活阻遏蛋白因子從而抑制轉(zhuǎn)錄；③ 甲基化CpG與甲基化CpG結(jié)合蛋白家族成員結(jié)合，通過組氨酸去乙?；缸饔靡种妻D(zhuǎn)錄；④ 甲基化CpG的甲基化胞嘧啶突入雙螺旋主溝，抑制轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合。DNA 甲基化能增加基因突變率。5一甲基胞嘧啶可自發(fā)或在S_腺苷蛋氨酸作用下引起鄰位脫氨而使甲基化CpG變成TpG，這種突變能力較非甲基化的CpG 高12倍[7]。

隨著研究的深入，腫瘤發(fā)生的經(jīng)典“二次打擊理論”并不能解釋某些惡性腫瘤其DNA序列完整，沒有突變、缺失，但其腫瘤抑制基因卻表達失活；也無法解釋MMR（錯配修復(fù)系統(tǒng)）在沒有突變情況下，其相關(guān)基因為何失活。DNA甲基化理論很好的解釋了上述現(xiàn)象，因此又被稱為“腫瘤發(fā)生的第三種機制”[8]，由此拓寬了腫瘤研究的視野，CpG島甲基化對腫瘤抑制基因失活的關(guān)鍵作用越發(fā)凸現(xiàn)出來，成為腫瘤研究熱點也不足為奇。

CpG島甲基化與腫瘤

CpG島甲基化與惡性腫瘤、衰老與某些遺傳性疾病[9-10]有關(guān)，很多研究表明在乳腺癌、頭頸腫瘤、肝癌、肺癌、胰腺癌、胃癌、結(jié)腸癌等多種惡性腫瘤[11-13]中不同程度的存在一個或多個腫瘤抑制基因CpG島甲基化。

Esteller等[14]對600 份標本予以甲基化檢測,包括12種基因:腫瘤抑制基因 （p16INK4a ,p15INK4b ,p14ARF ,p73 ,APC ,BRCA1) ,DNA修復(fù)基因( hMLH1 , GSTP1 ,MGMT) 以及轉(zhuǎn)移、浸潤相關(guān)基因(CDH1 ,TIMP3 ,DAPK) ]和15 種腫瘤(結(jié)腸癌、胃癌、食道癌、胰腺癌、肝癌、腎癌、肺癌、頭頸部腫瘤、乳腺癌、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、膀胱癌、腦瘤、白血病和淋巴瘤) ,從中得出許多重要信息,提出建立某些腫瘤的甲基化圖譜的設(shè)想,為早期診斷、治療以及預(yù)后判斷提供依據(jù)。

Fukai等[15]早期及進展期肝癌中都檢測到,p16INK4a 基因啟動子甲基化而引起其轉(zhuǎn)錄失活。Yang等[16]研究51 例肝細胞癌組織中多個相關(guān)基因的甲基化狀態(tài),結(jié)果多基因發(fā)生甲基化: SOCS21 ( 65 %) , GSTP ( 54 %) , APC ( 53 %) , Ecadherin(49 %) 及p15 (49 %) ,其中53 %的肝細胞癌有兩個以上的抑癌基因甲基化,而在正常組織中為0 %。結(jié)果顯示,抑癌基因的甲基化是肝細胞癌發(fā)生過程中的普遍事件,說明DNA 甲基化與基因轉(zhuǎn)錄活性和表達呈負相關(guān),且對腫瘤形成起到重要作用。Corn[17]對31 例食管腺癌的Ecadherin 基因甲基化狀態(tài)進行研究,84 %的病例發(fā)生甲基化,而相應(yīng)的正常組織大多為非甲基化;同時對4 例正常的食管組織進行研究,發(fā)現(xiàn)其正常鱗狀細胞上皮沒有1 例發(fā)生甲基化。Ecadherin 發(fā)生甲基化是其失活的一個重要原因,可能是引起食管腺癌重要原因。所以DNA 甲基化狀態(tài)改變是抑癌基因失活方式之一,是致癌的一個關(guān)鍵因素。Kang、Waki [18-19]對非腫瘤胃黏膜和胃癌組織進行P16、hMLH1、DAP2kmase、Ecadherin、THBS1 及TIMP2S 等基因檢測后發(fā)現(xiàn),相關(guān)基因CpG島高甲基化在胃癌發(fā)生過程中可較早出現(xiàn),并趨向與胃癌發(fā)生過程相一致,提示相關(guān)基因甲基化可作為診斷早期胃癌的一項較為敏感的指標。

DNA甲基化檢測方法

盡管DNA甲基化對細胞的生物活性有重要的影響，但對它的檢測要比檢測DNA的堿基序列相對困難。這主要是由于甲基化的胞嘧啶并不影響C：G核苷酸的配對，并且在聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)過程中，胞嘧啶上的甲基通常會被丟失。隨著技術(shù)的進步，現(xiàn)在檢測甲基化的手段也豐富起來，不僅可探測某段DNA序列的甲基化分布，而且還能大通量地了解整個基因組甲基化的程度。本文著重介紹應(yīng)用普遍、易于開展的兩種方法：

(一)亞硫酸氫鈉法(Sodium Bisulfite法):亞硫酸氫鈉可將非甲基化胞嘧啶轉(zhuǎn)化為尿嘧啶，后者經(jīng)聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)擴增克隆變成胸腺嘧啶而產(chǎn)生T:A配對，但對甲基化的胞嘧啶亞硫酸氫鈉則沒有作用，這樣甲基化狀態(tài)不同的DN段就可轉(zhuǎn)化為有堿基序列差異的2個片段。這種方法對小樣本有很好的檢測能力，是現(xiàn)在研究的主流方法，細分為以下兩種。

（1）甲基化特異性PCR(MS―PCR)：通常在亞硫酸氫鈉處理后，分別針對目的片段完全甲基化的情況和完全非甲基化的情況設(shè)計引物。這樣樣本DNA即可根據(jù)自身的甲基化狀態(tài)分別在相應(yīng)的PCR組中進行擴增，并將結(jié)果通過凝膠電泳圖像顯示出來。根據(jù)擴增條帶所在的PCR組可判斷樣本中甲基化的狀況。MS―PCR的特異性很高，操作簡便，費用和耗時都較小，但只能部分檢測DNA甲基化的狀態(tài)。對MS―PCR進行適當改進后，設(shè)計出半巢式PCR 和巢式PCR ；而改進的實時MS―PCR 可對產(chǎn)物進行定量分析。這些方法都可提高MS―PCR的靈敏性。

（2）亞硫酸氫鈉法依賴的基因測序法(BSP bisulfite sequence-PCR)：是一種對DNA樣本進行亞硫酸氫鈉處理和PCR擴增克隆及DNA測序結(jié)合的檢測方法。然后，根據(jù)核苷酸序列中C―T轉(zhuǎn)化情況可判斷樣本中的甲基化狀態(tài)，如與原序列比較，發(fā)生了C―T的轉(zhuǎn)變，則表示該處未發(fā)生甲基化，如沒有C―T轉(zhuǎn)變，則發(fā)生甲基化。此方法通過測序可獲得樣本DNA序列中較全面的甲基化信息。

以上兩種方法大體過程有很多相似之處，但在引物的設(shè)計上有較大差別，BSP引物不包括CpG位點，在CpG位點的上下游，擴增后通過測序檢測該位置的甲基化狀態(tài)(測序如果CG不變則為甲基化，如果CG變?yōu)門G則為非甲基化）。MSP是根據(jù)修飾后甲基化和非甲基化的引物不同擴增出不同的條帶而判斷是否為甲基化(只擴增出MSP條帶表明為甲基化，如果擴增出USP則表明為非甲基化)。

(二)甲基化敏感的限制性內(nèi)切酶法: 一些限制性內(nèi)切酶可識別位點中含有的CpG雙核苷酸序列，并結(jié)合非甲基化的識別序列，而對發(fā)生甲基化的序列則無結(jié)合活性。在此基礎(chǔ)上，可設(shè)計出許多檢測甲基化的方法。這些方法分為兩大類：一種是檢測某個DNA序列或基因甲基化狀態(tài)的方法。如Southern法，甲基化敏感的限制性圖譜(MSRF法)；另一種是檢測整個基因組或大通量檢測許多基因的方法，如限制性標志物全基因組掃描(RLGS)、差異性甲基化雜交分析(DMH)和甲基化CpG島擴增子分析(MCA)等。這種方法易進行自動化和大通量基因檢測。

治療和應(yīng)用前景

與基因突變不同,腫瘤發(fā)生中DNA甲基化等表觀遺傳學事件的發(fā)生是可以逆轉(zhuǎn)的。因此,在惡性腫瘤和癌前病變中通過去甲基化處理可以恢復(fù)某些關(guān)鍵性抑癌基因的功能而起到預(yù)防和治療腫瘤的作用。由甲基化引起基因沉默而出現(xiàn)的腫瘤,可通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶非競爭性或競爭性抑制劑抑制甲基化的發(fā)生,活化沉默的抑癌基因,從而達到治療腫瘤的目的。去甲基化藥物: 5-氮胞苷(5-azacytidine)和5-氮- 2′-脫氧胞苷(5-Aza-2′- deoxycytidine)及其衍生物可以抑制甲基轉(zhuǎn)移酶活性,在一些難治性腫瘤,特別是在白血病治療方面已取得了一定的療效[22]。應(yīng)用反義寡核苷酸,針對DNMT1mRNA 的反義寡核苷酸能降低DNMT1蛋白水平,誘導(dǎo)去甲基化和腫瘤抑制基因p16 的再表達,也能抑制小鼠模型腫瘤的生長。這種療法已進入臨床一期試驗,顯示一定抗腫瘤活性。章?lián)P培[20]等從1987 年始,先后進行了20 株中國人腫瘤細胞系甲基轉(zhuǎn)移酶(MGMT) 活性與對烷化劑亞硝脲耐藥性的研究,分析患者MGMT 水平,此為依據(jù)對MGMT水平調(diào)節(jié),可對患者實施不同的烷化劑治療方案。

由于DNA甲基化對基因抑制是多種腫瘤都有的特性，且腫瘤的發(fā)生常常涉及多個抑癌基因的失活，各種腫瘤都有各自不同的抑癌基因失活，而去甲基化藥物針對的是整個基因組而不是特定的基因，可同時恢復(fù)多個抑癌基因的表達。但同時這也使得腫瘤中的很多致癌基因由于去甲基化而甲基化程度更低，導(dǎo)致了他們的表達增加，相反又促進了腫瘤的發(fā)生，所以一些臨床試驗用去甲基化藥物治療實體腫瘤的效果還不是很理想[21],應(yīng)用前景受到了限制。因此理想的藥物應(yīng)該是特異性的甲基化劑而不是非選擇性的去甲基化劑，這需要我們更深一步的研究和探討。

參考文獻

［1］ Jones PA, Laird PW. Cancer epigenetics comes of age ［J］. Nat Genet, 1999; 21 (2):163-167.

［2］ Bird A. DNA methylation patterns and epigenetic memory ［J］. Genes, Dev, 2002; 16(1):6-21.

［3］ Walsh CP，Chaillet IR，Bestor TH．Transcription of IAP end igneous retroviruses is constrained by cytosine methylation．Nat Genet, 1998; 20:116-117.

［4］ Lengauer C, Kinzler KW , Vogelstein B．DNA methylation and genetic instability in colorectal cancer cells．Proc Natj Acad Sci USA, 1997; 94:2545-2550.

［5］ Robertson KD，Jones PA．DNA methylation：past．present and future directions［J］．Carcinogenesis,2000;21(3)：46.

［6］ Attwood JT, Yung RI , Richardson BC．DNA methylation and the regulation of gene transcription ［J］．Cell Mol IAfe Sci, 2002; 59(2):241.

［7］ Pfeifer GP, Tang M , Denissenko M F． Mutation hotspots and DNA methylation ［J］．Curr Top Microbiol Immunol, 2000; 249(1): l.

［8］ Jubb AM, Be HSM, Quirke P．Methylation and colorectal cancer．J Pathol, 2001; 195:111-134.

［9］ Baylin SB, Herman JG, Graff JR, Vertino PM, Issa JP．Alterations in DNA methylation：a fundamental aspect of neoplasia．Adv Cancer Res, 1998; 72:141-196.

［10］ Ahuja N, Li Q, Mohan AL, Baylin SB, Issa JP．Aging and DNA Methylation in colorectal mucosa and cancer．Cancer Res, 1998; 58:5489-5494.

［11］ Cui J, Yang DH, Bi XJ, Fan ZR．Methylation status of c-fms oncogenein HCC and its relationship with clinical pathology．World Gastroenterol 2001; 7:136-139.

［12］ Chang HW , Chow V, Lam KY, Wei WI, Wing-Yuen AP．Loss of E-cadherin expression resulting from promoter hypermethylation in oral tongue carcinoma and its prognostic significance．Cancer, 2002; 94:386-392.

［13］ Soria JC, Rodriguez M, Liu DD, Lee J, Hong WK , Mao L．Aberrant Promoter methylation of multiple genes in bronchial brush samples from former cigarette smokers．Cancer Res, 2002; 62:351-355.

［14］ Esteller M, Corn PG, Baylin SB, et al. A Gene Hypermethylation Profile of Human Cancer ［J］. Cancer Res, 2001; 61 (8):3225-3229.

［15］ Fukai K, Yokosuka O, Imazeki F, et al .Methylation status of p14ARF ,p15INK4b ,and p16INK4a genes in human hepatocellular carcinoma ［J］ .Liver Int ,2005 ;25(6) :1209-1216.

［16］ Yang B, Guo MZ, et al. Aberrant Promoter Methylation Profiles of Tumor Suppressor Genes in Hepatocellular Carcinoma［J］ .AmJ,2003 ;163(3) :1101-1107.

［17］ Corn PG, Heath E, Heitmiller R, et al. Frequent Hypermethylation of the 5′CpG Island of E2Cadherin in Esophageal Adenocarcinoma［J ］ .Clin Cancer Res ,2001 ;7 (9) :2765-2769.

［18］ Kang GH, Shim YH, Jung HY, et al. CpG island methylation in prem alignant stages of gastric carcinoma［J］. Cancer Res, 2001; 61 (7):2847-2851.

［19］ Waki T, Tamura G, Tsuchiya T, et al. Promoter methylation status of Ecadherin, hMLH1, and p16 genes in nonneoplastic gastric epithelia［J］ .AmJ Pathol, 2002;161(2):399-403.

［20］ 章?lián)P培. 甲基轉(zhuǎn)移酶與腫瘤耐藥預(yù)見性、個體化化療的研究［J］. 癌癥,2004 ;23(6) :724-734.

篇10

【關(guān)鍵詞】組合數(shù)學 教學方法 生物醫(yī)學 生物信息學

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）09-0132-02

伴隨著信息時代的來臨，特別是生物醫(yī)學科學研究的迅猛發(fā)展，尤其是生物信息學這門科學的出現(xiàn)使得原來的生物醫(yī)學研究向低通量的臨床數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向高通量分子生物學數(shù)據(jù)。組合數(shù)學作為一門應(yīng)用性較強的數(shù)學分支，在生物醫(yī)學中的應(yīng)用廣泛，面對多因素高通量的生物醫(yī)學問題，增加高等學校，特別是生物信息學專業(yè)學生的組合數(shù)學知識，培養(yǎng)他們運用組合數(shù)學方法分析和解決生物醫(yī)藥科學問題的能力已經(jīng)成為必要。如何在教學過程中提高學生學習組合數(shù)學的興趣，建立組合數(shù)學的邏輯思維用于解決醫(yī)學問題是我們教育工作者需要思考的問題。

一、高等學校組合數(shù)學的特點及教學現(xiàn)狀

組合數(shù)學是一門研究離散對象的科學，在計算機科學、信息科學中具有重要的地位，是理科及工科院校的一門必修課，隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學的日益發(fā)展，組合數(shù)學的重要性也日漸凸顯。組合數(shù)學對于生物醫(yī)學專業(yè)基礎(chǔ)課有著直接的衍射作用。目前，部分開設(shè)組合數(shù)學課程的生物高等學校的主要面向生物信息學、統(tǒng)計學等等專業(yè)開設(shè)，講授學時30到60學時。在大部分生物高等學校并沒有該類課程的設(shè)置，也是導(dǎo)致高等學校組合數(shù)學教師隊伍的匱乏的主要原因。而且目前組合數(shù)學授課考核形式也比較單一。組合數(shù)學主要是以理論授課形式為主的教學方式，考試成績是考核學生的唯一標準，忽視了學生在學習過程中的考核。信息時代學科的交叉發(fā)展體現(xiàn)在組合數(shù)學在各個學科中不可替代的作用，因此提高生物高等學校學生的組合數(shù)學學習興趣，培養(yǎng)他們運用組合數(shù)學的能力是目前迫切需要解決的問題。

二、改進組合數(shù)學教學措施，提高學生興趣

（一）更新教學內(nèi)容，改進教學方法

目前的組合數(shù)學內(nèi)容主要有： 鴿巢原理、排列與組合、容斥原理、遞推關(guān)系、生成函數(shù)等基本的組合數(shù)學知識及其在數(shù)學中的應(yīng)用。為了讓學生在有限的學時內(nèi)學完必要的知識，更新和精選教學內(nèi)容顯得尤為必要，將以組合數(shù)學內(nèi)容為主導(dǎo)的教學模式改進成以生物醫(yī)學問題為導(dǎo)向的教學模式。由于面向醫(yī)學專業(yè)的特殊性，從內(nèi)容上應(yīng)著重選擇與醫(yī)學知識聯(lián)系緊密的內(nèi)容，采取精講和略講相結(jié)合的方式。根據(jù)不同專業(yè)背景更新組合數(shù)學的教學內(nèi)容往往能夠起到事半功倍的效果。以下是我們在講解排列與組合一章時的一個教學實例：“生物遺傳信息是由DNA分子中4個堿基核苷酸就像電報密碼似的以不同的排列順序記錄下來，它載著人類的全部基因或全部遺傳信息，人的DNA約有30億（3×109） 堿基對，按照排列的思想可知人類基因組可能的排列方式有N=4■=（4■）■≈（1.52）■種，然而人類僅從這無窮多的方式中選了一種作為全人類共同的遺傳密碼，可見我們的基因組是祖先們留給人類的最寶貴的財富！”。這樣的實例教學不僅可以讓學生熟悉課堂知識，還能讓學生對所學的知識進行綜合的運用，更重要的與生物醫(yī)學問題的結(jié)合提高了學生的學習興趣。通過興趣小組討論學習提高學生自主學習的主動性，變被動學習為主動學習，充分調(diào)動學生學習組合數(shù)學的興趣，從而充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性。

（二）加強多媒體輔助教學，提高學生學習興趣

組合數(shù)學傳統(tǒng)的授課方式是在黑板上將定義、定理的內(nèi)容進行逐步嚴密的推導(dǎo)證明，這在一定程度上讓學生緊跟授課教師的思維和建立學生的邏輯思考能力。然而隨著多媒體技術(shù)的不斷進步，利用多媒體和板書相結(jié)合的策略成為下一階段組合數(shù)學教學模式的主要教學手段。對于繁瑣的定理公式例如容斥原理避免推導(dǎo)證明，結(jié)合多媒體的幾何圖形使學生更加直觀的理解和應(yīng)用。以我們在教授容斥原理時的一個實例，容斥原理的根本思想是將難的問題分解成若干簡單問題，通過間接計數(shù)來解決直接計數(shù)不容易解決的問題，我們用多媒體幻燈片分別展示兩集合和三集合的容斥原理（圖1A和B），并按照容斥原理的邏輯順序利用多媒體動畫技術(shù)控制每一部分的出現(xiàn)順序，不僅避免了大量繁重枯燥的板書推導(dǎo)，最重要的是圖形式教學可以幫助學生對容斥原理建立更直觀的理解?？梢娫诮M合數(shù)學的教學過程多媒體的充分利用可以起到事半功倍的效果。

圖1 多媒體在組合數(shù)學教學中的應(yīng)用――容斥原理實例

（三）增設(shè)組合數(shù)學實驗課，培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維

組合數(shù)學除了基本理論課之外還應(yīng)該開設(shè)適當?shù)膶嶒炚n，在實驗課上讓學生自己動手解決一些與生物醫(yī)學有關(guān)的實際問題。通過讓學生自己編程實現(xiàn)排列組合的算法，不僅可以增進學生對排列與組合的深入認識，也能夠培養(yǎng)學生利用排列組合思想解決實際問題的能力。以下是我們的一個實驗教學實例：“任選一種排列生成算法，編程實現(xiàn)自動生成n個（如n=6）不同元素中取r個元素的排列，并輸出指定任意n和r的所有排列?！?，不僅讓學生掌握了課堂上講解的排列原理，還鍛煉了編程能力，初步體驗了科研的樂趣，由消極的被動學習升級為積極的主動學習。可見通過組合數(shù)學實驗課更能培養(yǎng)學生自己動手自己學習的能力，進一步激發(fā)學生的創(chuàng)新性思維。

（四）精挑細選課后練習，培養(yǎng)學生獨立解決問題的能力

組合數(shù)學作為一門應(yīng)用性較強的數(shù)學課，需要學生掌握其在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用，這就必須加強組合數(shù)學課堂后練習。因此習題是組合數(shù)學課程重要的教學環(huán)節(jié)，也是理論教學必不可少的補充。然而習題課并不意味著單純地大量做題，教師應(yīng)根據(jù)課堂內(nèi)容，精挑細選出質(zhì)量比較高的少量題目，供學生課余時間認真研究，要在習題中體現(xiàn)組合數(shù)學的知識點，激發(fā)學生獨立給出解決問題的新觀點和新方法。設(shè)置習題時，應(yīng)以問題為導(dǎo)向，即給定一個實際的有興趣的問題，讓學生利用所學的組合數(shù)學理論進行解決，進一步加強學生對知識細節(jié)的理解和掌握，并讓學生舉一反三熟練掌握所學內(nèi)容，使學生的理解更加深刻。如我們在教學過程中的一個課后習題實例：“一位國際象棋大師有11周的時間備戰(zhàn)一場錦標賽，他決定每天至少下一盤棋，但是為了使自己不過分疲勞他還決定在每周不能下棋超過12盤。證明存在連續(xù)若干天，期間這位大師恰好下了21盤棋。”，該實例引起了學生在課余時間學習組合數(shù)學的一個熱潮。

總之，面對高等學校生物信息學學生的專業(yè)特點，傳統(tǒng)的單一的純理論的組合數(shù)學教學方法已經(jīng)不再適用。應(yīng)該考慮改進教學內(nèi)容和方法，發(fā)揮學生學習的主觀能動性，使學生在快樂進取的氛圍里學習組合數(shù)學，具體的教學內(nèi)容和教學方法的改進仍有待教學工作者進一步探討和研究。

參考文獻：

[1]盧開澄，盧華明.組合數(shù)學[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2]蘇建忠，張巖，劉洪波，王芳，崔穎.組合數(shù)學在生物信息學教學中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012，6，142-143.

作者簡介：

劉洪波（1983-），男，漢族，山東德州人，博士，講師，主要研究方向：生物信息學，計算表觀遺傳學。

王芳（1982-），女，漢族，吉林松原人，博士，副教授，主要研究方向：生物信息學，計算表觀遺傳學。