導語：如何才能寫好一篇表觀遺傳學和遺傳學的關系，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】 急性髓細胞白血??； 表觀遺傳學； 靶向治療

急性髓細胞白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）是一組異質性疾病，以造血干細胞克隆紊亂為特征，是成年人急性白血病中最常見的類型。近20年來，人們對AML的發(fā)病機制和預后的研究有了長足的進展，患者的完全緩解率也有了明顯的提高，但仍有2/3成年AML患者未能達到治愈，復發(fā)、難治及老年AML仍是目前臨床治療的難題。為此，臨床工作者和科研人員不斷探索新途徑，積極尋求AML治療新方法。

近年來，表觀遺傳學的研究逐漸成為人們關注的熱點。隨著研究的深入，人們對AML的發(fā)病機制有了新的認識，隨之而來的靶向治療也給患者重新帶來希望。該研究主要包括三個方面的內(nèi)容：DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼microRNA。研究表明，表觀遺傳學的調(diào)控機制參與調(diào)節(jié)許多重要的生理過程。在血液腫瘤的發(fā)生和轉化中，表觀遺傳學異常與遺傳學異常具有同樣重要的作用。表觀遺傳基因的修飾對于基因的差e表達有著至關重要的作用，它決定著細胞的類型及細胞從良性到惡性的轉變。尤為重要的一點，這種修飾是可遺傳的、動態(tài)的、可逆的，并且不影響下游的DNA序列。表觀遺傳的修飾基因，如DNMT3A，TET2，IDH1和IDH2，ASXL1和MLL1上的頻發(fā)突變，影響了造血細胞的自我更新和/或分化能力，促進髓系細胞的轉化，促進白血病的形成[1]。表觀基因組在AML的發(fā)生中有重要的靶標性作用，它具有內(nèi)在可塑性，通過特異性的酶、轉錄因子、與表觀遺傳機制相關的其他蛋白重新編碼對表觀遺傳基因的修飾，為治療提供了新的可能。

本文將描述表觀遺傳基因的失調(diào)是如何在AML中發(fā)揮作用的，同時強調(diào)目前和未來的治療手段在發(fā)現(xiàn)新靶標上的多種嘗試。此外，還將涉及AML中個體化的靶向治療，包括術語的定義，適應證的相關描述以及臨床實施的具體措施。

1 表觀遺傳學的針對性治療

1.1 DNMT3A突變及DNMT抑制劑 DNA甲基化是表觀遺傳調(diào)控的重要組成部分，通常與轉錄沉默有關。在急性白血病中，已被確定多種腫瘤抑制基因的過甲基化與轉錄抑制通過增殖、分化和生存過程的失調(diào)導致白血病的發(fā)生[2]。來自MDS的DNA甲基化譜研究數(shù)據(jù)顯示，抑癌基因的異常甲基化可能是驅動MDS進展為AML的主要機制[3]。胞嘧啶甲基化是指C5位的胞嘧啶殘基被DNA甲基轉移酶（DNMTs）催化，并生成C5甲基胞嘧啶（5-MC）的過程?；蚪MDNA甲基化是由DNMT3通過半甲基化的模板（從頭甲基化）建立的，并由DNMT1全甲基化模式（維持甲基化）予以保持。這些過程使得不同的可遺傳的DNA甲基化模式可以用來區(qū)分AML亞型、預測預后，并有潛力作為生物標志物來預測患者對治療的反應[4]。AML要么普遍低甲基化，要么過甲基化，這提示表觀遺傳途徑的過度和不足可能對白血病的發(fā)生都很重要[5]。數(shù)據(jù)表明，在白血病干細胞中，DNMT1可維持其DNA甲基化模式，并參與其自我更新的過程[6]。研究表明，DNMT3A在造血干細胞自我更新和分化過程中起著關鍵的作用。重要的是，DNMT3A的功能缺失性突變發(fā)生在30%的細胞遺傳學正常的AML中，可能與臨床預后較差有關，但AML的這些突變對于DNA胞嘧啶甲基化和轉錄的影響尚不清楚，且DNMT3A的單獨缺失并不足以導致白血病形成[7]。大多數(shù)的突變涉及882位的精氨酸，在體外導致甲基轉移酶活性的降低[8]。到目前為止，尚無特異性針對DNMT3A的靶向治療。本節(jié)討論的“表觀遺傳修飾的靶向治療”指的是針對DNMT抑制劑的去甲基化治療。

美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準的2種DNMT抑制劑為：阿扎胞苷及其脫氧衍生物地西他濱。這兩種藥物均用于MDS的治療，現(xiàn)在依據(jù)一些臨床試驗的結果，也普遍應用于AML的治療。

在一項多中心Ⅱ期研究中，有227位初治AML患者接受了地西他濱治療。每個療程中靜脈滴注地西他濱持續(xù)72 h，用量為135 mg/m2，間隔6周重復用藥，共4個療程[9]。該研究表明，總體有效率為26%，中位生存期為5.5個月，1年存活率為28%。在另一項多中心Ⅱ期臨床試驗中，給予55位60歲以上的AML患者靜滴地西他濱治療，每日用量為20 mg/m2，連續(xù)5 d給藥，每4周為一療程。結果，該試驗中AML的完全緩解率為24%，中位生存時期為7.7個月。

在一項針對高危MDS（包括骨髓中原始細胞比例為20%～30%、根據(jù)WHO標準應列為AML）的臨床試驗中，給予患者阿扎胞苷治療：每日用量為75 mg/m2，連續(xù)7 d皮下注射用藥，28 d為一個療程。與對照組（接受傳統(tǒng)治療方案）相比，阿扎胞苷組有明顯的生存獲益。而對于一些次要的評價指標而言，比如輸血需求、靜脈抗生素的使用和住院天數(shù)等，阿扎胞苷組有明顯優(yōu)勢。與之類似的是，在法國的一項臨床研究中，149名初治老年AML患者接受了相同劑量和療程的氮雜胞苷治療，總體有效率為33%，完全緩解率為23%，總體生存期為9.4個月[10]。對于接受了大劑量誘導化療和異基因造血干細胞移植的AML患者，使用阿扎胞苷維持治療可能會減少或延遲白血病的復發(fā)。

1.2 IDH1/2突變及IDH1/2抑制劑 DNA甲基化與同型二聚體酶IDH1/2催化的檸檬酸代謝有關，二聚體酶可催化異檸檬酸氧化脫羧成α-酮戊二酸（α-KG）。研究發(fā)現(xiàn)，有10%～30%正常核型的AML患者發(fā)生了IDH1/2功能突變，引起酶功能異常，導致2-羥基戊二酸（2-HG）的產(chǎn)生和積累。由于TET2和包含jumonji-c結構域家族的組蛋白賴氨酸去甲基化酶均依賴于α-KG，當機體發(fā)生IDH1/2突變，并積累2-HG，可導致DNA和組蛋白甲基化的增加[11]。IDH1/2突變對預后的影響研究得到了自相矛盾的結果，可能是因為突變位置的差異和（或）伴隨其他基因的突變。例如，一項關于AML的隨機臨床試驗表明，IDH2的第140位的精氨酸殘基發(fā)生突變與良好的預后相關。不但如此，同時伴有NPM1和IDH1或IDH2突變的細胞遺傳學正常的AML患者也有良好的受益，3年總生存率（OS）可高達89%。然而，IDH1/2和TET2突變是相互排斥的，但具有這兩種不同的突變的AML患者具有相似的甲基化過程。

目前，一項早期臨床試驗正在進行，旨在研究IDH1/2抑制劑對發(fā)生了IDH1/2突變的AML患者的影響。這是一種針對IDH1/2突變酶的小分子靶向抑制劑，可減少2-HG的生成，誘導H3K9me3的脫甲基作用，并能增強相關分化基因的表達[12]。

1.3 MLL基因突變及DOT1L蛋白甲基轉移酶抑制劑 MLL基因位于染色體11q23，編碼H3K4甲基轉移酶（HMT），該酶參與組蛋白的重構，影響HOX基因和Wnt信號通路[13]。有5%～7%的初發(fā)AML病例發(fā)生MLL重排，與不良預后相關[14]。MLL區(qū)域是染色體易位和重排的高發(fā)區(qū)，能產(chǎn)生多種融合蛋白，其中一些有致癌性。研究顯示，MLL融合蛋白和DOT1L之g的作用導致了白血病的發(fā)生[15]。

已有研究表明，DOT1L HMT的酶活性誘導了存在MLL基因重排的AML的形成。DOT1L抑制劑可減少H3K79的甲基化和MLL融合基因的表達。目前，具有高度選擇性的DOT1L抑制劑的研究已進入臨床試驗階段，而選擇性抑制HMT EZH2的強效抑制劑也正在研究中。

1.4 組蛋白去乙?；福℉DAC）抑制劑 單獨使用HDAC抑制劑治療AML，其臨床作用并不令人滿意。因而，能否與DNMT抑制劑聯(lián)合使用增強療效，則備受期待。目前，諸多相關的臨床試驗正在開展當中，而且對多種HDAC抑制劑，包括丙戊酸、mocetinostat、帕比司他、伏立諾他等，與阿扎胞苷或地西他濱聯(lián)合使用的療效進行了評價，但結果并不如人意。在一項二期臨床試驗中，恩替諾特聯(lián)合阿扎胞苷治療AML并未提高療效[16]。需要注意的是，與早期的體外試驗采用序貫用藥不同，此項試驗中這兩種藥物是同時應用的。恩替諾特是一種強效的細胞周期抑制劑，可能會抑制阿扎胞苷的整合，導致脫甲基作用減弱。

1.5 賴氨酸乙酰化抑制劑 具有布羅莫結構域的蛋白質可識別組蛋白末端的賴氨酸殘基，這種相互作用可被小分子抑制劑所抑制。當前，已開始對數(shù)種BET抑制劑進行臨床試驗。研究表明，BET抑制劑可抑制白血病干細胞和祖細胞增殖，并且可阻斷MLL介導的白血病轉化[17]。

1.6 賴氨酸去甲基化酶抑制劑 研究結果顯示，KDM1A/LSD1在體外可有效抑制AML細胞系和原代白血病細胞。在聯(lián)合使用HDAC抑制劑和全反式維甲酸時，這種抑制作用更顯著。研究表明，MLL白血病受其影響最大，AML的其他亞型和其他髓系腫瘤也對之敏感[18]。

2 表觀遺傳學發(fā)展在AML靶向治療方面的挑戰(zhàn)

2.1 靶向治療的治療靶點 AML在發(fā)生、發(fā)展過程中有一系列的異常表現(xiàn)，就疾病本身而言，有許多方面的異?？梢赃M行針對性的治療，包括表觀遺傳途徑的調(diào)節(jié)、基因突變、細胞表型、信號轉導通路、白血病干細胞和骨髓微環(huán)境等。最近有關AML克隆構型的研究表明，AML克隆異質性始終伴隨著疾病的進展及復發(fā)[19]。因而，AML的治療靶點是不斷變化著的，在疾病的不同時期需用不同的藥物進行治療。有關初發(fā)AML克隆構型的研究顯示，在基因層面界定的白血病亞克隆和白血病干細胞之間具有明顯的功能異質性[20]。目前的挑戰(zhàn)是明確和清除所有的克隆，而非以往那樣狹隘地認為，靶向治療的關鍵就是應用某種方法，通過單向靶點來消除優(yōu)勢克隆。

2.2 靶向治療的對象 如何選擇靶向治療的對象是一個比較重要的問題。根據(jù)不同的分類方法，AML患者可劃分為不同的亞群，但這樣的分類方法均有各自的優(yōu)點和不足之處。

AML患者也可以根據(jù)預后進行分類。在過去，對新藥的早期試驗通常在復發(fā)和難治病例中進行，顯而易見，這是一種很令人困惑的試驗模式。由于復發(fā)或難治AML病例與初發(fā)病例在生物學上和臨床上是不同的，因而對初發(fā)病例作新藥研究十分重要?？梢愿鶕?jù)細胞遺傳學、分子遺傳學和表觀遺傳學數(shù)據(jù)，對初診患者進行風險評估并預先判斷其治療效果的優(yōu)劣。例如，一項研究表明，在不同的甲基化區(qū)域，有高水平甲基化的7個基因其低表達具有更好的臨床結果[21]。目前認為，在臨床研究中，靶向治療的對象應該是那些預后可能不良的初發(fā)AML病例。

2.3 靶向治療的時機 臨床上通常將AML治療分為誘導、鞏固和緩解后治療。臨床研究表明，把針對表觀遺傳學調(diào)控的靶向藥物與其他藥物聯(lián)合使用，結果比單一用藥效果更好。因此，已考慮將試驗新藥添加到主流的誘導方案當中來。多年來有關AML治療的臨床實踐表明，尚無哪一種化療方案更優(yōu)于阿糖胞苷聯(lián)合蒽環(huán)類藥物的“7+3”經(jīng)典方案的，所以應把該方案作為主要的誘導方案，新藥可以添加于此或者作為單藥評估其療效。這樣，納入臨床試驗的初治患者將會接受其一進行治療。

各種證據(jù)表明，誘導后殘留的白血病細胞與治療前的腫瘤細胞在生物學上是有區(qū)別的。因此，臨床上重復應用同一治療方案并不合理。研究表明，表觀遺傳學靶向治療在AML完全緩解后或移植后，或可控制白血病克隆的演變。目前，多數(shù)靶向治療藥物是非細胞毒性的，對低負荷白血病而言，治療成功的可能性更大。當然，還需要更多的AML患者參與到臨床試驗中來，進行新型藥物的有效性驗證。

2.4 靶向治療的有效性評價 表觀遺傳學靶向治療一般需要長達幾周甚至幾月的時間方顯成效。此外，基于形態(tài)學和免疫表型的分析方法并不能有效評價靶向治療的療效。因而，可以憑借DNA甲基化特征、基因表達譜、高光譜測定法以及其他技術手段來做生物學標志的鑒定，通過生物學標志能充分預測療效，并提高疾病監(jiān)控能力。然而，在當前臨床實踐中，尚未能常規(guī)使用此類表觀遺傳學的生物學標志。

3 展望

隨著對AML表觀遺傳修飾基因突變的認識的深入，人們發(fā)現(xiàn)表觀遺傳學在AML生物學發(fā)生中起著復雜而重要的作用。AML的表觀遺傳學靶向治療策略已經(jīng)改變了臨床應用，AML患者的個體化靶向治療將成為現(xiàn)實。然而，現(xiàn)實中還面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中最大的挑戰(zhàn)就是AML生物學和患者本身的高度異質性。只有通過創(chuàng)新性的臨床試驗、可靠的科學研究和醫(yī)患的共同參與等努力，才可能真正實現(xiàn)AML患者的個體化治療。

⒖嘉南

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篇2

關鍵詞：表觀遺傳學；腫瘤

中圖分類號：Q3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2011）-03-0069-1

表觀遺傳是1942 年由Waddington 提出的[1]。表觀遺傳學在基因調(diào)控、表達和遺傳中發(fā)揮著重要作用，還在腫瘤與免疫等疾病的診治中具有獨特的意義。

1 DNA甲基化異常與腫瘤發(fā)生

（1）DNA甲基化修飾腫瘤細胞整個基因組中普遍存在低甲基化[2]。染色質結構因為低甲基化的大范圍出現(xiàn)而引起改變，通過降低染色的質凝聚程度，可以使基因組的不穩(wěn)定性增加，從而導致腫瘤的發(fā)生。DNA的甲基化是由S2腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，使胞嘧啶轉化為5-甲基胞嘧啶(mC) 的反應。在一般的狀態(tài)下，基因啟動子區(qū)的CpG島是沒有發(fā)生甲基化的，如果發(fā)生甲基化，就會使基因不發(fā)生轉錄。在這種情況下，一些抑制癌癥的基因、DNA修復的基因等等就會失去功用，使正常細胞的培養(yǎng)與調(diào)控發(fā)生改變以及DNA損害不能被及時復原[3]，從而產(chǎn)生腫瘤。

（2）組蛋白乙酰化修飾組蛋白是一類小分子堿性基礎結構蛋白質，具有五種類型：H1、H2a、H2b、H3、H4，它們能夠與DNA中帶負電荷的磷酸基團相互作用。組蛋白乙酰化酶（HAT）是組蛋白乙?；年P鍵酶，組蛋白的乙?；潭染褪怯善錄Q定著，與腫瘤異?；虮磉_有關。在HAT基因剔除試驗中，p300-/-小鼠在妊娠的早期就死亡了，其神經(jīng)形成、細胞增殖和心臟發(fā)育等方面存在很多缺點；p300-/+小鼠的胚胎期的死亡數(shù)量非常多，在胚胎分開的細胞中包含特異性的轉錄缺點與增殖障礙[4]。

（3）染色質重組染色質重組是指染色質的位置、結構等包括緊縮的染色質絲在核小體連接處松開，從而使染色質發(fā)生釋放，顯出了轉錄基因啟動子區(qū)中的順式作用元件，使其可能與反式作用因子結合[5]。染色質重組能夠調(diào)節(jié)基因的轉錄，同時還參與一些最基礎的細胞生理過程，與腫瘤發(fā)生密切相關。染色質重組的不同能夠導致的腫瘤也不不同，由此我們知道這些生理過程通過相互聯(lián)系而起到作用的。研究表明不同的染色質重組途徑之間存在著相互作用[6]，但是在腫瘤發(fā)生過程中染色質重組途徑之間的確切關系，仍然有待于研究人員去進一步地探索。

2 表觀遺傳修飾與抗腫瘤作用

（1）DNA 甲基轉移酶抑制物DNA甲基化是一種可逆的過程，因此，抑制DNA甲基轉移酶的性能已成為研究抗腫瘤作用的新方法。5-氮雜胞嘧啶核苷（azacytidine）與5-氮雜脫氧胞嘧啶核苷（5-aza-2’-deoxycytidine）是DNA甲基轉移酶的有效抑制劑。有資料表明，在使用5-aza-2’-deoxycytidine 后使用zebularine，能夠非常好的地誘導并穩(wěn)定p16基因的表達。

（2）組蛋白乙?；种苿┤旧w結構和基因表達受到組蛋白的乙?；揎椀挠绊懀窃撔揎椷^程是可逆的，這就為腫瘤的治療提供了新的思路。目前，研究最多的是HDAC抑制劑，到現(xiàn)在為止已開發(fā)出很多結構不同的HDAC抑制劑。主要有環(huán)狀四肽類、羥肟酸衍生物、苯甲酰胺類衍生物、氨基甲酸酯類衍生物及酮類。研究發(fā)現(xiàn)用HDAC抑制劑診治幾種類型的白血病和實體瘤，結果非常好，副作用小，傳統(tǒng)的化療藥物好很多。

3 應用前景

研究表觀遺傳中各種突變致病因子的作用機理，可以幫助我們闡明表觀遺傳的機制，為新方案的設計、新藥的研制提供科學的依據(jù)。人們可根據(jù)表觀遺傳學信息能被一些化學物品所逆轉的原理, 對疾病治療進行探討。如可通過DNA甲基化抑制劑防止腫瘤的發(fā)生, 也可用去甲基化物質使抑癌基因及DNA修善基因的功用得以恢復, 以達到治療腫瘤的目的。

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篇3

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血型遺傳一直是復等位基因的一個不可缺少的經(jīng)典案例。隨著科學技術的高速發(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雜的知識點簡單化、形象化，便于理解，還可以將繁多的基礎知識串聯(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。

1血型與遺傳學之間的重要關系

開展案例教學，案例的選擇是關鍵。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)涵蓋了復等位基因、基因互作之上位效應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可以清晰明了地向學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知識結構和背景，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，引導遺傳學從理論到實驗，再到實踐中的應用。血型與疾病的關聯(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。

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知識和理論知識的基礎上，結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血型復等位基因遺傳及其應用，（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個復等位基因控制，即iA、產(chǎn)和i°o在開展遺傳學相關教學活動時，一般都用此作為分析生物界中復等位現(xiàn)象的經(jīng)典例證。這些基礎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，在大學開展相關教學時，除了簡單介紹這3個主要的復等位基因外，還可以深入講述新的研究結果，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，非常保守。在此基礎上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上，又不局限于原有知識范圍，由ABO血型到Rh血型，由復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受到掩蓋以及人體存在一些稀有ABO等位基因有關。這些新的知識可以向學生很好地展示“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移酶，可以催化血型抗原前體特定部位的糖基轉移，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，也不能催化糖基轉移，只有前體物質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移酶，非常簡單地引出了遺傳學中經(jīng)典的基因與酶的關系的“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的多肽鏈(酶)的結構，并相應地

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構基因控制，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物質合成，SeAe基因和丑冷基因都可以控制合成H物質；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，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。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、重大遺傳疾病的關聯(lián)分析、人種演化、群體遺傳分析等相關內(nèi)容。

2.2相關技術的拓展應用

ABO血型的分子檢測是分子遺傳學教學中PCR技術拓展應用的案例。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，應用聚合酶鏈式反應-限制性片段多態(tài)性(PCR-RFLP)技術分型人類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。在這個基礎上，我們進行了改進，并結合教學進程，作為自選實驗在學生中開設，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，根據(jù)基因座某一堿基的差異設計一系列引物，特異性引物僅擴增與其對應的等位基因， 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基因結構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計一系列與血型相關的論題，引導學生査閱相關方面的最新進展，總結出血型與人類疾病和性格之間的關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、鼓勵與考評相結合，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4

表觀遺傳修飾(epigenetic modification)，如DNA甲基化、組蛋白乙酰化和甲基化、RNA相關性沉默與細胞生長、分化、凋亡、轉化及腫瘤進展相關基因的轉錄密切相關。白血病的發(fā)生和發(fā)展與表觀遺傳修飾異常直接相關。本文綜述細胞周期調(diào)節(jié)基因甲基化，組蛋白翻譯后修飾異常及siRNA對白血病細胞的作用，為白血病治療提供新策略。

【關鍵詞】 表觀遺傳修飾； 白血??； 表觀遺傳學

Epigenetic Modification in Human Leukemia ——Editorial

Abstract Epigenetic modification，which involve DNA methylation，RNA-associated silencing and histone modification，is implicated in cell proliferation，differentiation，survival，apoptosis and malignant transformation. Some leukemogenesis has been shown to be aberrance of epigenetic modification. This paper discussed the potential causes of some of leukemias correlating with the methylation of cell cycle regulation genes，small interference RNA and modification abnormality of histone after translation. The study on epigenetic modification abnormality of leukemia cells provides a new strategy for treatment of leukemia.

Key words epigenetic modification; leukemia; epigenetics

表觀遺傳學（epigenetics）是指非基因序列改變所致基因表達水平的變化。表觀遺傳學研究基因表達變化，這種變化可通過減數(shù)分裂或/和有絲分裂遺傳，不涉及編碼的DNA序列改變，卻能引起基因表達水平的異常［1］。表觀遺傳修飾（epigenetics modification）包括三種調(diào)節(jié)性機制：DNA甲基化，RNA相關性沉寂和組蛋白翻譯后修飾，這些機制常與啟動和維持表觀遺傳沉寂有關［2］，三者不是孤立而是相互作用的。研究表明，表觀遺傳修飾，如DNA甲基化、組蛋白乙?；图谆扔绊懠毎L調(diào)節(jié)、分化、凋亡、轉化以及腫瘤發(fā)展相關基因的轉錄等。白血病的發(fā)生和發(fā)展與表觀遺傳修飾異常密切相關。

目前認為白血病的發(fā)生是復雜的多步驟的，涉及與細胞增殖、分化、存活、基因組整合有關的原癌基因、腫瘤抑制基因和其他細胞內(nèi)的重要基因。在器官和細胞水平，機體對細胞的轉化有內(nèi)在的抵抗或保護作用，所以腫瘤的發(fā)生是多因素積累的結果。白血病是一組異質性疾病，除了細胞遺傳學變化外，還發(fā)現(xiàn)它們都存在一種或多種基因的失活，腫瘤抑制基因不能表達。因此，白血病的發(fā)生是細胞遺傳和表觀遺傳改變的結果。

DNA甲基化與白血病

DNA甲基化是表觀遺傳學上研究最深入的一種機制，是一種酶介導的化學修飾過程。在人類和大多數(shù)哺乳動物，DNA甲基化轉移酶（DNMT）以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體，將甲基轉移到DNA上胞嘧啶5碳位置，形成CpG位點，富含CpG區(qū)域稱為CpG島。在大約40%的哺乳動物這些CpG島延伸到DNA的啟動子區(qū)域，導致穩(wěn)定的可遺傳的轉錄沉寂，對基因表達有明顯抑制作用［3］。啟動子區(qū)域的CpG島甲基化能沉寂基因轉錄，在正常細胞中是一種調(diào)節(jié)基因表達的手段。然而抑制腫瘤生長的基因發(fā)生異常甲基化是在腫瘤早期就發(fā)生而且一直進行的，導致惡性腫瘤表型的表達。抑癌基因能被這種表觀遺傳機制沉寂。98種不同原發(fā)性人類腫瘤的基因組篩查揭示，在每種腫瘤平均存在600個異常CpG島甲基化位點［4］，很多甲基化CpG島存在于尚未確定的基因組區(qū)域，也許在腫瘤發(fā)生中扮演重要角色。

腫瘤抑制基因啟動子區(qū)域過甲基化常常是白血病/淋巴瘤發(fā)生的一種重要機制。白血病細胞周期異常、增殖失控與細胞周期蛋白異常表達或缺失相關。有學者研究發(fā)現(xiàn)，在78%的急性髓系白血?。ˋML）、67%的漿細胞疾病、46%的骨髓增生異常綜合征（MDS）、40%的急性淋巴細胞白血?。ˋLL）、13%的非霍奇金氏淋巴瘤（NHL）存在p15INK4B（p15）基因高甲基化，在B細胞NHL存在p16INK4A（p16）的高甲基化。追蹤MDS進展發(fā)現(xiàn)，7例p15基因正常的早期患者隨疾病進展有5例發(fā)生了甲基化［5］。另一項研究顯示，7例p15基因正常的MDS轉化為白血病后5例發(fā)生了甲基化［6］。還有學者報道，153例NHL中低惡性的41例p16表達正常，71例高惡性者中41例全部或部分喪失p16的表達，而發(fā)生由低惡性向高惡性轉化的41例在轉化前p16表達正常，轉化后35例全部或部分喪失p16的表達［7］。Reddy等［8］研究蛋白酪氨酸磷酸酶基因SHP1、蛋白激酶基因SYK、細胞因子信號抑制因子基因SOCS1發(fā)現(xiàn)，在93%（119/130）的白血病/淋巴瘤和多發(fā)性骨髓瘤至少存在一種基因的甲基化，在100%的NHL和94%的白血病細胞株存在SHP1甲基化，SOCS1甲基化率達30%。應用去甲基化處理后可見到SHP1重新表達，STAT3磷酸化水平降低，結果提示細胞因子信號紊亂與這些基因甲基化沉默有關。細胞周期蛋白基因甲基化與細胞因子信號抑制因子基因甲基化導致其表達異常，白血病/淋巴瘤細胞增殖失控，MDS細胞惡性轉化，導致血液惡性腫瘤的發(fā)生。

不僅細胞周期蛋白和細胞因子信號抑制因子基因發(fā)生甲基化，白血病/淋巴瘤細胞促凋亡基因同樣也存在過甲基化，而在抗凋亡基因有低甲基化現(xiàn)象。Murai等［7］發(fā)現(xiàn)，在15%的急性淋巴細胞白血病、17%的急性髓細胞白血病、21%的多發(fā)性骨髓瘤病人存在促凋亡基因BNIP3基因位點的高甲基化，并且使該區(qū)域組蛋白乙?；瘯r也能直接促使該基因表達，因此作者認為，BNIP3基因的沉寂是該基因組DNA異常甲基化和組蛋白去乙?；饔玫慕Y果。van Doorn等［9］在T細胞淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)腫瘤抑制基因P73和凋亡相關基因BCL7a啟動子區(qū)域過甲基化，與DNA修復有關的腫瘤抑制基因失活，凋亡信號傳導異常而使細胞增殖失控。Nakatsuka等［10］在對白血病/淋巴瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，促凋亡蛋白激酶DAP（death-associated protein）啟動子基因在B細胞白血病/淋巴瘤甲基化率為79.4%（27/34例），在T細胞和NK細胞白血病/淋巴瘤甲基化率為47.4%（9/19例）和62.5%（15/24例），并發(fā)現(xiàn)DNA甲基化程度高的白血病/淋巴瘤細胞均耐受凋亡誘導作用，聯(lián)合應用去甲基化處理則恢復對凋亡誘導的敏感性。Chen等［11］應用DMBA誘導小鼠口腔鱗狀細胞癌的實驗中發(fā)現(xiàn)，DMBA處理組抗凋亡蛋白survivin明顯表達，mRNA合成增加，在藥物未處理組則未測到。同時發(fā)現(xiàn)在DMBA未處理組，survivin基因高甲基化，而DMBA處理組未發(fā)現(xiàn)survuvin基因甲基化，表明survivin的表達是通過表觀遺傳機制控制的。這些研究說明表觀遺傳修飾異常是白血病發(fā)生發(fā)展的一種重要機制。

組蛋白乙?；D移酶和去乙?；概c

白血病

一些證據(jù)表明組蛋白乙?；D移酶（HAT）具有腫瘤抑制功能。如果HAT活性缺失或失調(diào)可能導致癌癥的發(fā)生。在許多類型的癌癥中，編碼HAT的基因發(fā)生易位、擴增、過表達和突變。在已知的HAT中，P300和CBP認為是腫瘤抑制因子。P300和CBP基因分別位于16p13和22q13，在白血病或治療相關性MDS中表現(xiàn)染色體移位、重排。在80%的惡性角質瘤和急性白血病中發(fā)現(xiàn)P300的雜合性缺失。在急性髓細胞白血?。ˋML），因t（8；16）（p11；p13）染色體異常使CBP移位，并和乙酰化酶基因MOZ或同源盒基因MLL融合，在此兩種融合蛋白中，CBP的HAT結構域保持完整。在另一種AML中，t（11；22）（q23；q13）異常導致P300基因重排。MLL基因位于11q23，分別和P300、CBP形成t（11；22）（q23；q13）、t（11；16）（q23；p13）移位融合基因，產(chǎn)生MLL-P300和MLL-CBP融合蛋白。這些染色體異常證明，HAT錯誤靶向的乙酰化在白血病發(fā)生的原因方面起重要作用。在小鼠中發(fā)現(xiàn)MLL-CBP融合蛋白能形成MDS綜合征，并進展為髓性白血?。?2］。CBP的嗅結構和乙?；富钚詤^(qū)域是致白血病必須的，認為MLL的N端部分直接被CBP乙?；瘜е掳籽〉陌l(fā)生。MLL-CBP的潛在靶點是HOX基因家族，可能導致這些基因異常表達，引起白血?。?3］。

組蛋白去乙?；福℉DAC）參與癌癥發(fā)展的證據(jù)來源于急性早幼粒細胞性白血病中的融合蛋白PML-RARα和PLZF-RARα，利用融合蛋白中的RARα部分，PML和PLZF募集組蛋白去乙酰化酶復合物至維甲酸（RA）受體α的靶基因阻抑轉錄和細胞分化。在t（8；21）M2b白血病中，AML1-ETO失去了AML1作為調(diào)控造血和細胞周期轉錄因子的功能，它們招募組蛋白去乙?；笍秃象w作用于AML1靶基因，抑制AML1介導的轉錄活性。AML1-ETO融合蛋白中ETO的CRD功能域介導的轉錄抑制活性占到50%左右，主要通過與mSin3A結合而起作用 ［14］。因此，AML1-ETO致髓系細胞分化受阻和白血病轉化作用可能是通過如下模式實現(xiàn)的：AML1-ETO仍與DNA上的AML1特異序列結合，但與野生型AML1不同，融合蛋白AML1-ETO不能啟動P300/CBP引導的組蛋白乙?；娃D錄激活。相反，通過融合蛋白中ETO的鋅指結構域，AML1-ETO募集N-CoR和HDAC，使該復合物持久地固定于AML1反應基因的啟動子區(qū)，維持該區(qū)的組蛋白去乙酰化構象，DNA和轉錄復合體不能接近，主動阻抑分化基因轉錄［15］。

組蛋白修飾與白血病

組蛋白修飾是表觀遺傳學修飾的另一機制，包括組蛋白乙?；揎椇图谆揎?。組蛋白賴氨酸的N端乙?；蛉ヒ阴；揎椄淖冎诵◇w的結構，組蛋白中去乙酰化的賴氨酰帶正電荷，被吸引到帶負電荷的DNA中，產(chǎn)生一種緊密的染色質結構，抑制轉錄。另一方面，組蛋白乙?；甘官嚢滨Ｒ宜峄谱咚鼈兊恼姾桑瑥亩鴮е麻_放的染色質結構，加速基因轉錄。HDAC從賴氨酸移走乙?；?，可以逆轉這一過程從而抑制轉錄。核小體中組蛋白的異常去乙?；赡芘cHDAC專一性的錯誤調(diào)節(jié)有關，也與腫瘤轉化相關。組蛋白中賴氨酸被特異性組蛋白甲基化轉移酶甲基化，一方面核小體中組蛋白 H3的賴氨酸 4甲基化與染色質開放構象和基因表達相關；另一方面，組蛋白 H3中賴氨酸 9的甲基化與染色質的濃縮和轉錄抑制相關。這種組蛋白甲基化修飾和組蛋白乙?；叭ヒ阴；瘜虮磉_的影響稱作組蛋白密碼［16］，與基因轉錄表達相關，異常時與腫瘤發(fā)生有關。

人類hDoT1L基因和AF10（一種與MLL和AML有關的融合蛋白）結合，通過AF10的OM-LZ區(qū)域介導MLL白血病的發(fā)生，MLL-hDoT1L和MLL-AF10介導的白血病細胞轉化，導致一系列白血病相關基因的上調(diào)，并伴有組蛋白H3 K79的高甲基化［17］。MLL蛋白具有組蛋白H3甲基化轉移酶活性，可以通過直接結合或使Hox基因甲基化而調(diào)節(jié)Hox表達，在白血病細胞轉化和發(fā)生中有重要作用［18］。Lukasova等［19］研究CML的表觀遺傳學發(fā)現(xiàn)，CML患者的粒細胞存在不同程度的組蛋白H3甲基化現(xiàn)象，在CML加速期和白血病期，組蛋白H3甲基化作用明顯增強。在CML慢性期，組蛋白甲基化水平、疾病進展和用藥方式?jīng)]有明顯相關性，甚至在“治愈”的患者仍可見到組蛋白H3甲基化現(xiàn)象，提示在這些患者粒細胞的染色質變構調(diào)節(jié)是不完全的。白血病細胞組蛋白H3甲基化現(xiàn)象提示其染色質濃縮的不完整性，可能與白血病細胞增殖、疾病預后和復發(fā)有重要相關性。

人類端粒酶逆轉錄酶（hTERT）基因在正常分化細胞是失活的，而在腫瘤細胞被再激活。研究在細胞分化過程中hTERT啟動子活性減低的機制，發(fā)現(xiàn)是由于hTERT啟動子基因進行性的組蛋白低乙酰化和甲基化積累的結果［20］，說明細胞進化過程中表觀遺產(chǎn)修飾的復雜性，低乙?；透呒谆瘜S持細胞正常功能也是必須的。在急性早幼粒細胞白血病細胞，PML-RARα移位基因產(chǎn)生的融合蛋白募集DNA甲基化轉移酶到分化基因啟動子靶點誘導該基因高甲基化和沉默。這種高甲基化作用與白血病發(fā)生直接相關，維甲酸處理后顯示啟動子基因去甲基化，分化基因在表達，白血病表型逆轉［21］。這個研究結果提示在白血病細胞轉化過程中，遺傳學異常和表觀遺傳學異常是互相聯(lián)系的，而表觀遺傳學的積累對白血病發(fā)生的早期階段是至關重要的。

RNA相關性沉默與白血病

RNA沉默（RNA silencing）是一種在真核生物體內(nèi)普遍存在的、發(fā)生在RNA水平的、基于核酸序列特異性的相互作用來抑制基因表達的調(diào)控機制，在動物中稱為RNA干擾（RNA interference，RNAi）。雙鏈（ds）RNA是RNA沉默起始的關鍵分子，dsRNA首先被降解為不同長度的小RNA，其中具有21-26個堿基的雙鏈小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）在介導對病毒、轉基因和轉座子等外來入侵核酸序列特異性的RNA降解，在防御病毒感染和監(jiān)視外來核酸中起重要作用［22］。RNAi是轉錄后水平的基因沉默機制，高效抑制基因表達，能封閉病毒生存和繁殖所必需的基因，產(chǎn)生抗病毒效應。RNAi與白血病發(fā)病關系的研究未見報道，推測在與病毒密切相關的白血病/淋巴瘤的發(fā)病中應存在RNAi機制缺陷，未能對入侵的核酸分子（如HTLV，EBV，C型病毒等）起到應有的作用，而使這些外來核酸分子復制整合導致惡性血液病的發(fā)生。

RNAi對白血病實驗性治療已有報道。Wohlbold等［23］應用bcr/abl斷裂融合點基因設計的siRNA能明顯減少bcr/abl蛋白表達，對抗bcr/abl蛋白的生化特性，能選擇性抑制依賴bcr/abl的細胞的生長，而且bcr/abl同源的siRNA能增加伊馬替尼對bcr/abl陽性細胞的敏感性。Cioca等［24］應用C-raf 和bcl-2基因設計的dsRNA轉染入HL-60，U937，THP-1和K562細胞，結果均可以降低C-raf 和Bcl-2蛋白表達，誘導這些細胞的凋亡和增加其對伊托泊甙及柔紅霉素化療的敏感性。Heidenreich等［25］應用靶向AML1-MTG8位點的siRNA，能明顯減低AML1-MTG8蛋白水平而不影響野生型AML1的活性。McCarthy等［26］設計IL-10的siRNA作用于CLL 的B-1細胞株LNC，顯示降低IL-10的表達，使LNC細胞阻滯在G2/M期，有效地誘導LNC細胞凋亡。siRNA作為一種使異?；虺聊睦硐氚悬c，其有效性得到公認，但還需進一步深入研究。

盡管多數(shù)腫瘤是克隆性起源，但同種或同類腫瘤間巨大的異質性提示腫瘤的發(fā)生是遺傳因素、表觀遺傳因素和微環(huán)境的選擇性壓力聯(lián)合作用的結果。表觀遺傳修飾在腫瘤相關基因表達中的重要性逐漸被重視，對白血病細胞表觀遺傳學異常的研究將為白血病的治療提供新的策略。

【參考文獻】

Epigenetic Modification in Human Leukemia ——Editorial

CHEN Yan，LI Xin-Gang

Institute of Hematology，Union Hospital，Tongji Medical College，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430022，China

Abstract Epigenetic modification，which involve DNA methylation，RNA-associated silencing and histone modification，is implicated in cell proliferation，differentiation，survival，apoptosis and malignant transformation. Some leukemogenesis has been shown to be aberrance of epigenetic modification. This paper discussed the potential causes of some of leukemias correlating with the methylation of cell cycle regulation genes，small interference RNA and modification abnormality of histone after translation. The study on epigenetic modification abnormality of leukemia cells provides a new strategy for treatment of leukemia.

Key words epigenetic modification; leukemia; epigenetics

表觀遺傳學（epigenetics）是指非基因序列改變所致基因表達水平的變化。表觀遺傳學研究基因表達變化，這種變化可通過減數(shù)分裂或/和有絲分裂遺傳，不涉及編碼的DNA序列改變，卻能引起基因表達水平的異常［1］。表觀遺傳修飾（epigenetics modification）包括三種調(diào)節(jié)性機制：DNA甲基化，RNA相關性沉寂和組蛋白翻譯后修飾，這些機制常與啟動和維持表觀遺傳沉寂有關［2］，三者不是孤立而是相互作用的。研究表明，表觀遺傳修飾，如DNA甲基化、組蛋白乙?；图谆扔绊懠毎L調(diào)節(jié)、分化、凋亡、轉化以及腫瘤發(fā)展相關基因的轉錄等。白血病的發(fā)生和發(fā)展與表觀遺傳修飾異常密切相關。

目前認為白血病的發(fā)生是復雜的多步驟的，涉及與細胞增殖、分化、存活、基因組整合有關的原癌基因、腫瘤抑制基因和其他細胞內(nèi)的重要基因。在器官和細胞水平，機體對細胞的轉化有內(nèi)在的抵抗或保護作用，所以腫瘤的發(fā)生是多因素積累的結果。白血病是一組異質性疾病，除了細胞遺傳學變化外，還發(fā)現(xiàn)它們都存在一種或多種基因的失活，腫瘤抑制基因不能表達。因此，白血病的發(fā)生是細胞遺傳和表觀遺傳改變的結果。

DNA甲基化與白血病

DNA甲基化是表觀遺傳學上研究最深入的一種機制，是一種酶介導的化學修飾過程。在人類和大多數(shù)哺乳動物，DNA甲基化轉移酶（DNMT）以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體，將甲基轉移到DNA上胞嘧啶5碳位置，形成CpG位點，富含CpG區(qū)域稱為CpG島。在大約40%的哺乳動物這些CpG島延伸到DNA的啟動子區(qū)域，導致穩(wěn)定的可遺傳的轉錄沉寂，對基因表達有明顯抑制作用［3］。啟動子區(qū)域的CpG島甲基化能沉寂基因轉錄，在正常細胞中是一種調(diào)節(jié)基因表達的手段。然而抑制腫瘤生長的基因發(fā)生異常甲基化是在腫瘤早期就發(fā)生而且一直進行的，導致惡性腫瘤表型的表達。抑癌基因能被這種表觀遺傳機制沉寂。98種不同原發(fā)性人類腫瘤的基因組篩查揭示，在每種腫瘤平均存在600個異常CpG島甲基化位點［4］，很多甲基化CpG島存在于尚未確定的基因組區(qū)域，也許在腫瘤發(fā)生中扮演重要角色。

腫瘤抑制基因啟動子區(qū)域過甲基化常常是白血病/淋巴瘤發(fā)生的一種重要機制。白血病細胞周期異常、增殖失控與細胞周期蛋白異常表達或缺失相關。有學者研究發(fā)現(xiàn)，在78%的急性髓系白血?。ˋML）、67%的漿細胞疾病、46%的骨髓增生異常綜合征（MDS）、40%的急性淋巴細胞白血?。ˋLL）、13%的非霍奇金氏淋巴瘤（NHL）存在p15INK4B（p15）基因高甲基化，在B細胞NHL存在p16INK4A（p16）的高甲基化。追蹤MDS進展發(fā)現(xiàn)，7例p15基因正常的早期患者隨疾病進展有5例發(fā)生了甲基化［5］。另一項研究顯示，7例p15基因正常的MDS轉化為白血病后5例發(fā)生了甲基化［6］。還有學者報道，153例NHL中低惡性的41例p16表達正常，71例高惡性者中41例全部或部分喪失p16的表達，而發(fā)生由低惡性向高惡性轉化的41例在轉化前p16表達正常，轉化后35例全部或部分喪失p16的表達［7］。Reddy等［8］研究蛋白酪氨酸磷酸酶基因SHP1、蛋白激酶基因SYK、細胞因子信號抑制因子基因SOCS1發(fā)現(xiàn)，在93%（119/130）的白血病/淋巴瘤和多發(fā)性骨髓瘤至少存在一種基因的甲基化，在100%的NHL和94%的白血病細胞株存在SHP1甲基化，SOCS1甲基化率達30%。應用去甲基化處理后可見到SHP1重新表達，STAT3磷酸化水平降低，結果提示細胞因子信號紊亂與這些基因甲基化沉默有關。細胞周期蛋白基因甲基化與細胞因子信號抑制因子基因甲基化導致其表達異常，白血病/淋巴瘤細胞增殖失控，MDS細胞惡性轉化，導致血液惡性腫瘤的發(fā)生。

不僅細胞周期蛋白和細胞因子信號抑制因子基因發(fā)生甲基化，白血病/淋巴瘤細胞促凋亡基因同樣也存在過甲基化，而在抗凋亡基因有低甲基化現(xiàn)象。Murai等［7］發(fā)現(xiàn)，在15%的急性淋巴細胞白血病、17%的急性髓細胞白血病、21%的多發(fā)性骨髓瘤病人存在促凋亡基因BNIP3基因位點的高甲基化，并且使該區(qū)域組蛋白乙酰化時也能直接促使該基因表達，因此作者認為，BNIP3基因的沉寂是該基因組DNA異常甲基化和組蛋白去乙酰化作用的結果。van Doorn等［9］在T細胞淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)腫瘤抑制基因P73和凋亡相關基因BCL7a啟動子區(qū)域過甲基化，與DNA修復有關的腫瘤抑制基因失活，凋亡信號傳導異常而使細胞增殖失控。Nakatsuka等［10］在對白血病/淋巴瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，促凋亡蛋白激酶DAP（death-associated protein）啟動子基因在B細胞白血病/淋巴瘤甲基化率為79.4%（27/34例），在T細胞和NK細胞白血病/淋巴瘤甲基化率為47.4%（9/19例）和62.5%（15/24例），并發(fā)現(xiàn)DNA甲基化程度高的白血病/淋巴瘤細胞均耐受凋亡誘導作用，聯(lián)合應用去甲基化處理則恢復對凋亡誘導的敏感性。Chen等［11］應用DMBA誘導小鼠口腔鱗狀細胞癌的實驗中發(fā)現(xiàn)，DMBA處理組抗凋亡蛋白survivin明顯表達，mRNA合成增加，在藥物未處理組則未測到。同時發(fā)現(xiàn)在DMBA未處理組，survivin基因高甲基化，而DMBA處理組未發(fā)現(xiàn)survuvin基因甲基化，表明survivin的表達是通過表觀遺傳機制控制的。這些研究說明表觀遺傳修飾異常是白血病發(fā)生發(fā)展的一種重要機制。

組蛋白乙?；D移酶和去乙?；概c

白血病

一些證據(jù)表明組蛋白乙?；D移酶（HAT）具有腫瘤抑制功能。如果HAT活性缺失或失調(diào)可能導致癌癥的發(fā)生。在許多類型的癌癥中，編碼HAT的基因發(fā)生易位、擴增、過表達和突變。在已知的HAT中，P300和CBP認為是腫瘤抑制因子。P300和CBP基因分別位于16p13和22q13，在白血病或治療相關性MDS中表現(xiàn)染色體移位、重排。在80%的惡性角質瘤和急性白血病中發(fā)現(xiàn)P300的雜合性缺失。在急性髓細胞白血病（AML），因t（8；16）（p11；p13）染色體異常使CBP移位，并和乙酰化酶基因MOZ或同源盒基因MLL融合，在此兩種融合蛋白中，CBP的HAT結構域保持完整。在另一種AML中，t（11；22）（q23；q13）異常導致P300基因重排。MLL基因位于11q23，分別和P300、CBP形成t（11；22）（q23；q13）、t（11；16）（q23；p13）移位融合基因，產(chǎn)生MLL-P300和MLL-CBP融合蛋白。這些染色體異常證明，HAT錯誤靶向的乙?；诎籽“l(fā)生的原因方面起重要作用。在小鼠中發(fā)現(xiàn)MLL-CBP融合蛋白能形成MDS綜合征，并進展為髓性白血?。?2］。CBP的嗅結構和乙?；富钚詤^(qū)域是致白血病必須的，認為MLL的N端部分直接被CBP乙?；瘜е掳籽〉陌l(fā)生。MLL-CBP的潛在靶點是HOX基因家族，可能導致這些基因異常表達，引起白血?。?3］。

組蛋白去乙?；福℉DAC）參與癌癥發(fā)展的證據(jù)來源于急性早幼粒細胞性白血病中的融合蛋白PML-RARα和PLZF-RARα，利用融合蛋白中的RARα部分，PML和PLZF募集組蛋白去乙?；笍秃衔镏辆S甲酸（RA）受體α的靶基因阻抑轉錄和細胞分化。在t（8；21）M2b白血病中，AML1-ETO失去了AML1作為調(diào)控造血和細胞周期轉錄因子的功能，它們招募組蛋白去乙?；笍秃象w作用于AML1靶基因，抑制AML1介導的轉錄活性。AML1-ETO融合蛋白中ETO的CRD功能域介導的轉錄抑制活性占到50%左右，主要通過與mSin3A結合而起作用 ［14］。因此，AML1-ETO致髓系細胞分化受阻和白血病轉化作用可能是通過如下模式實現(xiàn)的：AML1-ETO仍與DNA上的AML1特異序列結合，但與野生型AML1不同，融合蛋白AML1-ETO不能啟動P300/CBP引導的組蛋白乙酰化和轉錄激活。相反，通過融合蛋白中ETO的鋅指結構域，AML1-ETO募集N-CoR和HDAC，使該復合物持久地固定于AML1反應基因的啟動子區(qū)，維持該區(qū)的組蛋白去乙酰化構象，DNA和轉錄復合體不能接近，主動阻抑分化基因轉錄［15］。

組蛋白修飾與白血病

組蛋白修飾是表觀遺傳學修飾的另一機制，包括組蛋白乙?；揎椇图谆揎?。組蛋白賴氨酸的N端乙?；蛉ヒ阴；揎椄淖冎诵◇w的結構，組蛋白中去乙?；馁嚢滨д姾?，被吸引到帶負電荷的DNA中，產(chǎn)生一種緊密的染色質結構，抑制轉錄。另一方面，組蛋白乙酰化酶使賴氨酰乙酸化移走它們的正電荷，從而導致開放的染色質結構，加速基因轉錄。HDAC從賴氨酸移走乙?；?，可以逆轉這一過程從而抑制轉錄。核小體中組蛋白的異常去乙?；赡芘cHDAC專一性的錯誤調(diào)節(jié)有關，也與腫瘤轉化相關。組蛋白中賴氨酸被特異性組蛋白甲基化轉移酶甲基化，一方面核小體中組蛋白 H3的賴氨酸 4甲基化與染色質開放構象和基因表達相關；另一方面，組蛋白 H3中賴氨酸 9的甲基化與染色質的濃縮和轉錄抑制相關。這種組蛋白甲基化修飾和組蛋白乙?；叭ヒ阴；瘜虮磉_的影響稱作組蛋白密碼［16］，與基因轉錄表達相關，異常時與腫瘤發(fā)生有關。

人類hDoT1L基因和AF10（一種與MLL和AML有關的融合蛋白）結合，通過AF10的OM-LZ區(qū)域介導MLL白血病的發(fā)生，MLL-hDoT1L和MLL-AF10介導的白血病細胞轉化，導致一系列白血病相關基因的上調(diào)，并伴有組蛋白H3 K79的高甲基化［17］。MLL蛋白具有組蛋白H3甲基化轉移酶活性，可以通過直接結合或使Hox基因甲基化而調(diào)節(jié)Hox表達，在白血病細胞轉化和發(fā)生中有重要作用［18］。Lukasova等［19］研究CML的表觀遺傳學發(fā)現(xiàn)，CML患者的粒細胞存在不同程度的組蛋白H3甲基化現(xiàn)象，在CML加速期和白血病期，組蛋白H3甲基化作用明顯增強。在CML慢性期，組蛋白甲基化水平、疾病進展和用藥方式?jīng)]有明顯相關性，甚至在“治愈”的患者仍可見到組蛋白H3甲基化現(xiàn)象，提示在這些患者粒細胞的染色質變構調(diào)節(jié)是不完全的。白血病細胞組蛋白H3甲基化現(xiàn)象提示其染色質濃縮的不完整性，可能與白血病細胞增殖、疾病預后和復發(fā)有重要相關性。

人類端粒酶逆轉錄酶（hTERT）基因在正常分化細胞是失活的，而在腫瘤細胞被再激活。研究在細胞分化過程中hTERT啟動子活性減低的機制，發(fā)現(xiàn)是由于hTERT啟動子基因進行性的組蛋白低乙?；图谆e累的結果［20］，說明細胞進化過程中表觀遺產(chǎn)修飾的復雜性，低乙?；透呒谆瘜S持細胞正常功能也是必須的。在急性早幼粒細胞白血病細胞，PML-RARα移位基因產(chǎn)生的融合蛋白募集DNA甲基化轉移酶到分化基因啟動子靶點誘導該基因高甲基化和沉默。這種高甲基化作用與白血病發(fā)生直接相關，維甲酸處理后顯示啟動子基因去甲基化，分化基因在表達，白血病表型逆轉［21］。這個研究結果提示在白血病細胞轉化過程中，遺傳學異常和表觀遺傳學異常是互相聯(lián)系的，而表觀遺傳學的積累對白血病發(fā)生的早期階段是至關重要的。

RNA相關性沉默與白血病

RNA沉默（RNA silencing）是一種在真核生物體內(nèi)普遍存在的、發(fā)生在RNA水平的、基于核酸序列特異性的相互作用來抑制基因表達的調(diào)控機制，在動物中稱為RNA干擾（RNA interference，RNAi）。雙鏈（ds）RNA是RNA沉默起始的關鍵分子，dsRNA首先被降解為不同長度的小RNA，其中具有21-26個堿基的雙鏈小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）在介導對病毒、轉基因和轉座子等外來入侵核酸序列特異性的RNA降解，在防御病毒感染和監(jiān)視外來核酸中起重要作用［22］。RNAi是轉錄后水平的基因沉默機制，高效抑制基因表達，能封閉病毒生存和繁殖所必需的基因，產(chǎn)生抗病毒效應。RNAi與白血病發(fā)病關系的研究未見報道，推測在與病毒密切相關的白血病/淋巴瘤的發(fā)病中應存在RNAi機制缺陷，未能對入侵的核酸分子（如HTLV，EBV，C型病毒等）起到應有的作用，而使這些外來核酸分子復制整合導致惡性血液病的發(fā)生。

篇5

HIC-1在腫瘤發(fā)生中的作用機制腫瘤的發(fā)生通常伴隨著表觀遺傳學的改變，包括基因甲基化、組蛋白修飾和非編碼小RNA干擾等，這些改變可使基因功能發(fā)生變化，從而導致細胞惡變。事實上，異常的表觀遺傳學修飾是腫瘤形成的必然要素，其已成共識。越來越多的研究證明，HIC-1基因表觀遺傳學的改變，參與了多種腫瘤的發(fā)生。

啟動子的甲基化與腫瘤的發(fā)生

一般認為，HIC-1是一種腫瘤抑制基因，在多數(shù)實體瘤和白血病中表現(xiàn)為表觀遺傳學沉默，如前列腺癌、非小細胞肺癌、乳腺癌、胃癌和肝癌、食管癌、非精原生殖細胞癌、兒童髓母細胞瘤、神經(jīng)膠質瘤和室管膜瘤。應用甲基化特異性PCR（MSP）和重亞硫酸鹽測序發(fā)現(xiàn)，人類許多實體瘤和白血病中HIC-1均表現(xiàn)出高甲基化。例如，Yamanaka等在研究前列腺癌的發(fā)生與7種基因甲基化的相關性時發(fā)現(xiàn)，HIC-1的甲基化率為99%；Eguchi等在非小細胞肺癌標本檢測出33%的腫瘤組織和31%非腫瘤組織中有HIC-1啟動子的甲基化，且基因的甲基化程度與腫瘤分化程度呈負相關；Fujii等對39例原發(fā)性乳腺癌組織研究發(fā)現(xiàn)，有26例腫瘤組織（67%）出現(xiàn)HIC-1基因的完全甲基化。一般認為HIC-1啟動子區(qū)域的高甲基化可抑制HIC-1表達，且整個HIC-1基因的表達水平隨腫瘤的發(fā)展不斷降低。

HIC-1的表觀遺傳學失活可能促使細胞在腫瘤形成早期調(diào)整生存模式和信號通路，或調(diào)整一系列特異性轉錄因子的表達。將HIC-1基因人為導入該基因失活的腫瘤細胞株可明顯降低腫瘤細胞的成活率。然而，HIC-1啟動子甲基化也被發(fā)現(xiàn)存在于兒童正常腦組織、成人腦和前列腺上皮組織中。此外，在已確診的急性白血病和慢性粒細胞性白血病慢性期的病人中，僅有少數(shù)病人出現(xiàn)HIC-1甲基化。但在復發(fā)的急性淋巴細胞白血病和急轉的慢性粒細胞性白血病病人中，HIC-1均表現(xiàn)出高甲基化。故HIC-1甲基化已被認為是造血系統(tǒng)腫瘤的晚期事件，提示降低HIC-1的表達可能存在其他機制。通過以上例證說明，HIC-1啟動子區(qū)域的甲基化程度與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有密切關系。干預腫瘤細胞HIC-1啟動子甲基化，有可能對抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展具有積極作用。

HIC-1與p53抑癌基因的協(xié)同作用

HIC-1識別的一個重要靶點是SIRT1（thesilentmatingtypeinformationregulationhomolog1），該基因編碼一種去乙酰酶。SIRT1可使p53去乙?；档蚿53基因對細胞凋亡和（或）增殖的調(diào)節(jié)能力。據(jù)報道，在正常生理情況下，HIC-1能抑制SIRT1轉錄，進而抑制p53去乙?；?；但在腫瘤細胞中HIC-1表觀遺傳學的失活，導致SIRT1水平升高。p53因去乙?；饔枚Щ睿偈辜毎挚沟蛲龆苫?。另外，HIC-1的啟動子區(qū)域存在PRE，意味著HIC-1是p53的直接靶基因，p53能激活HIC-1的轉錄而不依賴于其甲基化狀態(tài)。因此，這個p53/HIC-1/SIRT1調(diào)節(jié)通路是HIC-1作為腫瘤抑制基因發(fā)揮作用及其與p53協(xié)同作用的重要途徑。

HIC-1與p53的雙雜合性缺失模型進一步證實了HIC-1以及HIC-1與p53協(xié)同作用在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的意義。Chen等研究發(fā)現(xiàn)，HIC-1+/-小鼠在老年時期發(fā)生一系列具有性別依賴性的惡性腫瘤，HIC-1+/-p53+/-小鼠骨肉瘤的發(fā)生率（35%）較p53+/-小鼠（20%）高，且具有年齡依賴性。在64只HIC-1+/-p53+/-小鼠中發(fā)現(xiàn)5例乳腺腫瘤（4例腺鱗癌，1例肌上皮瘤）及7例卵巢腫瘤，在p53+/-小鼠中僅發(fā)現(xiàn)1例卵巢血管肉瘤，而在HIC-1+/-小鼠中未發(fā)現(xiàn)上述腫瘤。

HIC-1在腫瘤發(fā)生中的其他作用機制

最近研究表明，腫瘤細胞中HIC-1的失活能使成纖維細胞生長因子結合蛋白1表達增加，從而導致血管形成或增生。Zhang等發(fā)現(xiàn)，HIC-1能調(diào)節(jié)ephrin-A1(EFNA1)基因的直接轉錄，從而抑制上皮腫瘤的形成。另外，實驗結果表明，HIC-1是一種新的細胞生長調(diào)控機制中的核心分子，這種HIC-1介導的信號通路的中斷將導致異常細胞增殖和腫瘤形成。Boulay等發(fā)現(xiàn)，腫瘤發(fā)生過程中HIC-1的缺失通過上調(diào)乳腺上皮細胞中β2腎上腺素能受體的表達促使腫瘤轉移。此外，HIC-1還是調(diào)節(jié)細胞生長及凋亡關鍵基因的中心轉錄調(diào)節(jié)因子，在髓母細胞瘤中HIC-1對Hedgehog信號通路具有抑制作用，在干細胞功能中HIC-1能調(diào)節(jié)Wnt信號通路。

HIC-1在腫瘤治療中的意義由于HIC-1基因受p53基因調(diào)控，而p53基因又是迄今報道人類腫瘤中突變頻率最高的基因之一，且目前報道的p53基因突變腫瘤中有75%以上為錯義突變，致使p53基因功能丟失，因此，通過活化其下游HIC-1作為靶點，是p53基因突變腫瘤治療的有效選擇；而對于野生型p53腫瘤，若聯(lián)合HIC-1靶點干預可能效果更佳。在許多實體瘤及白血病中，由于HIC-1啟動子甲基化導致HIC-1沉默或低表達，DNA甲基化狀態(tài)可用DNA甲基化酶抑制劑消除。因此，HIC-1成為DNA甲基化酶抑制劑5-氮雜-2-脫氧胞苷（5-Aza-2`-deoxycytidine,Decitabin,5-CdR）的治療新靶點。Nicoll等研究發(fā)現(xiàn)，通過5-CdR恢復HIC-1功能有可能改善乳腺癌病人的預后。另有研究表明，5-CdR的聯(lián)合應用可增強頭頸部鱗狀細胞癌的放射治療效果。另外，Eggers等通過臨床研究發(fā)現(xiàn)，HIC-1可作為預測腎癌病人無復發(fā)生存率的獨立因子。因此，深入研究HIC-1基因的功能與作用機制，將有助于應用靶向藥物治療腫瘤。

篇6

    心肌缺血時,有氧代謝發(fā)生障礙,葡萄糖利用減少,脂肪酸利用增多,使氧利用率下降,心臟供能不足;同時,無氧代謝導致的酸性代謝產(chǎn)物增加,引起細胞內(nèi)酸中毒。此外,心肌缺血還能引起氧自由基及鈣離子超載,誘導心肌細胞凋亡,導致嚴重的臨床癥狀。因此,改善能量代謝,清除自由基,減輕鈣超載,抵抗細胞凋亡,實現(xiàn)心肌保護作用成為改善心肌缺血的重要途徑[10]。研究表明,針灸在實現(xiàn)心肌保護方面具有自身的優(yōu)勢。一方面,針灸可通過改善能量代謝,實現(xiàn)心肌保護。心肌缺血時,能量代謝相關酶發(fā)生改變,電針能提高心肌組織糖原、琥珀酸脫氫酶和三磷酸腺苷酶的活性,糾正心肌相關酶的異常,增強能量代謝,改善心肌缺血。另一方面,針灸可減少自由基,緩解心肌缺血癥狀。熱休克蛋白(HSP)屬應激蛋白,能減少氧自由基釋放,減輕心肌缺血損傷,從而保護機體[11]。研究證明電針“內(nèi)關”穴可以增強缺血心肌細胞HSP90和HSP70mRNA表達,以減少氧自由基的釋放,從而緩解家兔心肌缺血癥狀[12-13];而且,針刺“內(nèi)關”穴能抑制細胞內(nèi)Ca2+超載,實現(xiàn)心肌細胞保護,電針“內(nèi)關”通過上調(diào)心肌鈣泵和鈉泵基因表達,增強鈣泵和鈉泵活性,降低心肌細胞內(nèi)Ca2+含量,從而達到抑制鈣超載,實現(xiàn)對心肌組織的保護作用,表現(xiàn)為促進心電活動、改善心肌組織形態(tài)和超微結構[14]。大量研究表明,針刺可以調(diào)控凋亡基因的表達水平,延長細胞周期,減少細胞凋亡,保護缺血心肌細胞。有研究指出電針可以調(diào)節(jié)誘導細胞凋亡因子Bax和抗凋亡因子Bcl-2在家兔缺血心肌中的表達,即抑制凋亡基因Bax和促進抗凋亡基因Bcl-2的表達,抑制心肌細胞凋亡,從而達到保護心肌細胞的作用[15]。c-fos基因是一種原癌基因,參與調(diào)節(jié)體內(nèi)許多過程,如細胞周期、細胞分化、腫瘤轉化及細胞凋亡等,正常情況下細胞內(nèi)c-fos表達呈低水平狀態(tài),心肌缺血可激活c-fos基因的表達從而啟動心肌細胞凋亡。研究表明,電針可降低c-fos基因表達,改善急性心肌缺血的過程[16-17]。所以不難看出,針灸能通過多種途徑實現(xiàn)心肌細胞保護?？傊?針灸干預心肌缺血的療效和機制已初步得到證實和揭示,但尚未完全闡明,在一定程度影響了針灸治療心肌缺血在臨床的應用和推廣。因此,需要引進新的理念、新的方法技術進行深入探索。

    2表觀遺傳調(diào)控在針灸治療心肌缺血的機制研究中的應用

    目前主要涉及的表觀遺傳調(diào)控包括CG輔酶甲基化、組蛋白轉錄后修飾、RNA干擾等,具體可分為DNA甲基化、蛋白質共價修飾、染色質重塑、微小RNA調(diào)控4個方面[18-19]。越來越多的研究表明,表觀遺傳調(diào)控在心肌缺血過程中扮演重要角色,參與了疾病的發(fā)生、發(fā)展及預后的全部過程,因此,我們探討從該角度開展針灸治療心肌缺血機制研究的新方向。2.1表觀遺傳調(diào)控與心肌缺血的相關性以動物和人為載體的研究都表明,心肌缺血與表觀遺傳調(diào)控密切相關。表觀遺傳標記物在心肌缺血發(fā)生發(fā)展過程中的變化,反映出DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑及微小RNA是調(diào)控心肌缺血的關鍵因素。大鼠神經(jīng)甲基化系統(tǒng)在心肌缺血中受到抑制,可導致缺血部位的兒茶酚胺濃度升高,作用于心臟,使心率加快,收縮力增強,心輸出量增加;懷孕期間的營養(yǎng)不良會改變DNA甲基化,增加成年后患心血管病的風險,且DNA甲基化在6個特殊位點對產(chǎn)前環(huán)境很敏感,可能提高婦女患心肌缺血的風險[20-22]。同時,有研究認為,組蛋白H3賴氨酸4甲基化(H3K4me)轉移酶和它們的輔助因子是調(diào)控胚胎發(fā)育及細胞特異性的重要因素[23];而Smyd2作為一種組蛋白甲基轉移酶,介導H3K4甲基化,改變心肌細胞組蛋白甲基化修飾和心肌細胞靶基因的轉錄調(diào)控,促進心肌細胞分化和發(fā)育[24-25]。最新研究報道組蛋白H3賴氨酸27去甲基化酶賴氨酸K特異性脫甲基6A(UTX)可以促進心肌細胞生長發(fā)育,UTX基因敲除小鼠因心臟發(fā)育障礙死于胚胎發(fā)育早期[26]。除甲基化之外,組蛋白的乙酰化在心肌缺血中的作用受到廣泛關注。發(fā)生心肌缺血后,心肌細胞蛋白發(fā)生了去乙?；?抑制去乙酰化則能減少其損傷,組蛋白去乙?；?HDAC)抑制劑通過組蛋白去乙酰化酶Sirt1介導,后者含量增加,能有效促進心肌缺血耐受,誘導心肌保護[27-29]。HDAC-7抑制劑可與缺氧誘導因子(HIF)結合影響基因轉錄,增強HIF活性,從而促進心臟血管新生[30-31]。同時,HDAC抑制劑曲古柳菌素A可降低缺血心肌凋亡基因Caspase3表達,抑制心肌細胞凋亡,也可促進干細胞向心肌細胞分化,介導心肌細胞再生[32-33]。進一步研究發(fā)現(xiàn),組蛋白H3賴氨酸9乙酰化(H3K9ace)與缺血心肌保護密切相關,通過調(diào)節(jié)血管再生因子、細胞凋亡因子和HSP基因表達達到抗缺血性損傷效果。其中VEGF、Sirt1與組蛋白賴氨酸乙?；P系最為密切[34-39]。除組蛋白修飾之外,microRNA上調(diào)或下調(diào)通過作用于靶基因激活相應的分子信號通路參與心肌保護,調(diào)控心肌缺血損傷。染色體重塑也被證明與心肌細胞生長發(fā)育相關[40-41]。

    總之,DNA甲基化、組蛋白修飾、微小RNA等表觀遺傳調(diào)控在心肌缺血過程中具有重要意義。2.2表觀遺傳調(diào)控與針灸防治心肌缺血機制研究從上述表觀遺傳調(diào)控與心肌缺血的相關研究成果可知,表觀遺傳調(diào)控介導細胞凋亡、心肌細胞保護和心臟血管再生,在心肌缺血發(fā)生發(fā)展過程中具有特殊地位,是目前醫(yī)學研究的熱點。從該角度切入進行針灸防治心肌缺血研究,必然是今后研究的一個新方向。同時,結合表觀遺傳調(diào)控自身特性,即強調(diào)除了DNA和RNA序列以外,還有許多調(diào)控基因信息,雖然本身不改變基因的序列,但其通過基因修飾、蛋白質與蛋白質、DNA和其它分子的相互作用,多層次、多途徑影響和調(diào)節(jié)遺傳基因的功能和特性,這些調(diào)節(jié)同時存在可逆性。這與針灸作用整體性、綜合性、雙向性、多靶點的特點具有一定的相似性。因此,將表觀遺傳學的理念和技術引入針灸抗心肌缺血機制研究,乃至整個針灸研究領域,都具有較強的可行性。結合針灸自身優(yōu)勢特點,以及其抗心肌缺血研究現(xiàn)狀,融合上述表觀遺傳調(diào)控在心肌缺血發(fā)生發(fā)展過程的作用特點,我們認為,今后的研究可從兩個方面進行,一是針灸對心肌缺血疾病的預防。治未病思想歷來是中醫(yī)理論的核心,早在《黃帝內(nèi)經(jīng)》中就強調(diào)“不治已病治未病”。現(xiàn)代研究證實,針刺具有提高機體機能的作用,如實施心肌缺血再灌注手術前針灸“內(nèi)關”穴,能提高心肌細胞耐缺血能力,延長動物生存期,這無疑為心肌缺血患者贏得了寶貴的搶救時間[42]。而表觀遺傳調(diào)控與之密切相關,HDAC直接參與耐缺血,如果以此進行深入研究,一旦得以證實,將為臨床進行再通手術前實施針灸干預的應用提供科學依據(jù)[43]。另一方面,則是在現(xiàn)有的研究基礎上,繼續(xù)深入探討針灸抗心臟缺血機制研究。根據(jù)心肌缺血的不同階段,有重點地開展相應研究。如急性期、亞急性期,主要圍繞針灸促心肌細胞存活、抑制細胞凋亡,以及改善能量代謝,從而實現(xiàn)心肌細胞保護進行研究。針灸能有效調(diào)控心肌組織中Sirt1、HSP70、Caspase3、c-fos、Bcl-2等物質的表達,實現(xiàn)保護心肌目的,但其背后的調(diào)控機制如何,尚未得到證明。研究表明,HDAC能有效調(diào)控Caspase3表達,H3K9ace能影響HSP70水平等,從這些角度深入揭示針灸促心肌保護機制,將為針灸的更廣泛應用提供基礎。在慢性期,則主要圍繞促進血管新生開展。已有的研究證實針灸能促缺血區(qū)域的血管新生,且與VEGF密切相關,但調(diào)控VEGF表達發(fā)生改變的機制并未得到證明。腫瘤存在大量的新生血管,研究中發(fā)現(xiàn),H3K9ace在此過程中扮演重要角色,我們可以推測,在針灸促VEGF表達,介導血管新生過程中,H3K9ace可能具有重要意義。同時,也可以充分結合針灸抗心肌缺血機制研究成果,著重篩選出相應優(yōu)勢靶點,進行新藥開發(fā),或許可能成為新藥開發(fā)的新靶點。除此之外,還可進行相應的拓展。研究表明,心臟中存在心肌干細胞,在某些影響因素干預下,能不斷增殖、分化形成新的心肌干細胞。這個過程中表觀遺傳調(diào)控發(fā)揮重要作用[44]。針灸有促體內(nèi)干細胞增殖、分化的能力,比如促腦內(nèi)神經(jīng)發(fā)生,實現(xiàn)腦保護[44-45]。那么針灸是否也能促進心臟干細胞增殖、分化,實現(xiàn)心肌保護?從表觀遺傳學的角度研究,也將成為我們關注的方向。

篇7

【關鍵詞】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)轉向高通量分子生物學數(shù)據(jù)。組合數(shù)學作為一門應用性較強的數(shù)學分支，在生物醫(yī)學中的應用廣泛，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)基礎課有著直接的衍射作用。目前，部分開設組合數(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，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置，也是導致高等學校組合數(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)容為主導的教學模式改進成以生物醫(yī)學問題為導向的教學模式。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的不斷進步，利用多媒體和板書相結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證明，結合多媒體的幾何圖形使學生更加直觀的理解和應用。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，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)學教學中的應用――容斥原理實例

（三）增設組合數(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該開設適當?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?？梢娡ㄟ^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)學作為一門應用性較強的數(shù)學課，需要學生掌握其在生物醫(yī)學領域的應用，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，教師應根據(jù)課堂內(nèi)容，精挑細選出質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。設置習題時，應以問題為導向，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用[J]. 科技創(chuàng)新導報，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。

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[關鍵詞] 精準醫(yī)學；基因組學；醫(yī)學研究生；培養(yǎng)

[中圖分類號] R394；G642 [文獻標識碼] A [文章號] 1673-7210（2017）01（a）-0113-04

[Abstract] Precision medicine is the development trend of medical science. The ability to practice precision medicine is dependent on genomics. The genomics research of common diseases and rare diseases， as well as the pharmacogenomics have been widely used in the era of precision medicine. To help the postgraduate students master the basic knowledge of genomics and understanding the latest genomics development and application， it is necessary to keep pace with the development of discipline. By learning genomics， the medical postgraduates can improve the ability and level of scientific research， and lay a good found a tion for their clinical work in future. To adapt to the requirements of the rapid development of genomics， some elements of teaching mode should bead just to meet the requirements of rapid development of genomics in the era of precision medicine， which can expand the basic knowledge of medical postgraduates and train medical talents with interdisciplinary background.

[Key words] Precision medicine； Genomics； Medical postgraduates； Cultivation

精準醫(yī)學是以個體化醫(yī)療為基礎、隨著基因組測序技術快速進步以及生物信息與大數(shù)據(jù)科學的交叉應用而發(fā)展起來的新型醫(yī)學概念與醫(yī)療模式。2015年1月20日，美國總統(tǒng)奧巴馬發(fā)表講話，呼吁美國要增加醫(yī)學研究經(jīng)費，推動個體化基因組學研究，依據(jù)個人基因信息為癌癥及其他疾病患者制訂個體醫(yī)療方案，拉開了精準醫(yī)學的大幕。精準醫(yī)學體現(xiàn)了醫(yī)學科學發(fā)展趨勢，也代表了臨床實踐發(fā)展的方向，必將在不遠的將來惠及國民健康及疾病防治?；蚪M學研究是實現(xiàn)精準醫(yī)學的重要手段。本文就精準醫(yī)學時代培養(yǎng)醫(yī)學研究生利用基因組學進行科研工作和疾病診療的重要性以及基因組學教學模式的調(diào)整進行初步探討。

1 精準醫(yī)學的本質

精準醫(yī)學是通過基因組、蛋白質組等組學技術和其他前沿科技，依據(jù)患者內(nèi)在生物學信息及臨床特點，在分子學水平為疾病提供更加精細的分類及診斷，從而對患者進行個性化精準治療，以期達到治療效果最大化和副作用最小化的一門訂制醫(yī)療模式[1]。精確、準時、共享、個體化是精準醫(yī)學的四要素。

精準醫(yī)學研究的主要目的是通過標準化的各種大型的隊列研究和多種組學研究，尋找疾病的新的生物標志物以完善疾病分類；完善后的新疾病分型通過藥物基因組學等手段進行臨床轉化，達到個體化的精準醫(yī)療[2]。如何將精準醫(yī)學基礎研究成果轉化，服務于臨床實踐，將是精準醫(yī)學模式下需要著重思考的問題。

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大量研究表明，通過與Wnt信號通路上相應的受體結合，DKK1對細胞的分化、增殖、遷移或癌變等特性進行調(diào)控，在腫瘤發(fā)生方面發(fā)揮重要作用。Wnt/β-catenin信號通路參與胚胎發(fā)育及腫瘤形成，同時與造血系統(tǒng)發(fā)育、造血干細胞自我更新及某些惡性血液病密切相關。當細胞分泌的Wnt蛋白與細胞跨膜受體卷曲蛋白(Frizzled)結合后，在輔助受體LRP-5/LRP-6的協(xié)同作用下，激活細胞內(nèi)的信號轉導，使胞質內(nèi)散亂蛋白(dishevelled)發(fā)生磷酸化而活化。磷酸化的散亂蛋白抑制了GSK-3β的活性，使β-catenin不能與Axin-APC-GSK-3β等形成降解復合物，從而使胞漿內(nèi)游離的β-catenin蛋白積聚，進入細胞核，與淋巴增強因子(lymphoid-en-hancingfactor，LEF)/T細胞因子(T-cellfactor，TCF)結合，形成β-catenin/TCF/LEF轉錄復合體，使下游靶基因如C-MYC、cyclinD1等轉錄和表達增高(附圖)，最終促進腫瘤的發(fā)生。Mao等發(fā)現(xiàn)，DKK1作用通路是通過競爭Wnt蛋白結合LRP5/6受體而直接抑制Wnt蛋白活性，或通過含kringle結構域的Kremen受體間接與LRP5/6受體結合，從而形成三聚體復合物，降低Wnt蛋白向細胞內(nèi)傳導信號，阻斷經(jīng)典Wnt/β-catenin/TCF傳導通路，抑制腫瘤細胞增殖和侵襲，誘導其凋亡。

一、DKK1甲基化與急性白血病

急性白血病(acuteleukemia，AL)是一種與表觀遺傳學相關的疾病，具有多基因、遺傳學表型異質性特點。大量研究表明，AL的發(fā)生與DKK1基因表達異常有密切關系。DKK1基因甲基化，引起基因表達下調(diào)或沉默，其抑制Wnt信號通路作用失活，導致Wnt信號通路激活，進而引起腫瘤的發(fā)生。Griffiths等［9］研究表明，在169名原發(fā)性AML患者中，89%的患者骨髓冰凍樣本或外周血組織樣本有1個以上的抑制基因發(fā)生甲基化，其中DKK1甲基化率為16%，且其甲基化與AML患者的不良預后存在相關性;在檢測的白血病細胞系(HL-60，K562，KG1，HNT34，KG1a，U937和HCT116)中至少50%的細胞都會發(fā)生DKK1甲基化。Valencia等［10］研究表明，在AML細胞系(kasumi-1，KGla，HL-60，THP-1)中DKK1基因都發(fā)生高甲基化，184例AML患者DKK1基因啟動子區(qū)域高甲基化狀態(tài)，甲基化發(fā)生率為32%。Suzuki等［11］研究發(fā)現(xiàn)，5例正常骨髓單核細胞樣本DKK1不發(fā)生甲基化，而47例AML患者骨髓樣本中DKK1甲基化率為29．8%，其中M2型病人更容易檢測到DKK1的甲基化，甲基化發(fā)生率為42．3%，10個伴t(8;21)染色體易位的AML患者中有5人發(fā)生DKK1甲基化。Raji、Molt-3和SK-NO-1細胞系均可觀察到DKK1甲基化，且多變量分析顯示DKK1甲基化是不良預后的一個危險因素，與白血病的疾病進展有關，但病人的5年總生存率與是否發(fā)生DKK1甲基化沒有明顯的相關性;研究還發(fā)現(xiàn)，RUNX1/RUNX1T1，CBFB-MYH11或者PML-RARA融合基因常與DKK1甲基化伴隨發(fā)生，均促進白血病形成，而存在FLT3/ITD突變的11個AML患者沒有發(fā)現(xiàn)DKK1基因甲基化。這些結果顯示，F(xiàn)LT3/ITD突變可能不與DKK1甲基化同時發(fā)生。Hou等［12］發(fā)現(xiàn)，在269例AML患者中，166人有1個以上的Wnt抑制基因發(fā)生甲基化，其中DKK1甲基化率為30．1%。這些研究表明所有的Wnt抑制基因的異常甲基化導致的甲基化上調(diào)可能是Wnt抑制基因失活的主要機制。國內(nèi)朱珣珣等［13］研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組比較，AL患者DKK1基因mRNA表達顯著降低，正常對照組單個核細胞標本不存在DKK1的甲基化，但AL患者中DKK1甲基化率為37．7%，其中急性淋巴細胞白血病(ALL)患者甲基化率為41．2%，AML患者中甲基化率為28．6%。一系列的研究發(fā)現(xiàn)，當DKK1基因啟動子區(qū)域高甲基化，mRNA轉錄水平降低，DKK1蛋白表達降低，導致Wnt通路激活，從而引起AL的發(fā)生，且DKK1甲基化程度與病情的嚴重程度及預后有關。

二、DKK1甲基化與慢性白血病

慢性粒細胞白血病(CML)是具有Ph染色體和/或BCR-ABL融合基因陽性的造血干細胞惡性增殖性疾病。朱雅姝等［14］研究表明，脂肪間充質干細胞分泌的DKK1可以抑制慢性髓細胞白血病細胞K562的增殖。將DKK1基因用RNA干擾后與K562細胞共培養(yǎng)，可重新增加K562細胞Wnt信號通路中β-catenin表達，減弱對K562增殖的抑制作用。Zhu等［15］人研究發(fā)現(xiàn)，間充質干細胞分泌的DKK1蛋白是Wnt信號通路強有力的抑制劑，可以抑制K562細胞增殖;當DKK1基因被敲除或者使用抗體中和DKK1蛋白，DKK1對共培養(yǎng)的K562細胞的抑制作用則降低。Han等［16］研究表明，DKK1蛋白可以通過抑制Wnt信號通路，降低β-catenin含量，導致K562細胞凋亡增加，逆轉最終急變期CML的骨髓間充質干細胞對K562細胞的保護作用，使β-cate-nin水平降低。Filipovich等［17］研究發(fā)現(xiàn)，盡管Wnt信號通路在CLL中激活，而健康的B淋巴細胞和CLL細胞表達的DKK1基因mRNA及LRP6水平是等量的，在CLL中DKK1可能不發(fā)揮作用。然而Moskalev等［18］人研究表明，在CLL中DKK1甲基化水平明顯高于對照組，在EHEB和MEC-1細胞系中，DKK1甲基化發(fā)生率分別為68%和75%，12個CLL病人樣本中DKK1甲基化發(fā)生率為34%。研究結果的差異可能由于選擇的樣本影響或者樣本數(shù)量有限或者別的實驗因素的影響，這需要進一步研究證明。這些研究表明，不同類型的慢性白血病中DKK1所起的作用可能不同，這為以后更深入的研究DKK1基因在慢性白血病中的功能提供參考。

三、白血病去甲基化治療的新進展

去甲基化藥物主要是指DNMT抑制劑。此類藥物在小細胞肺癌、乳腺癌、白血病及骨髓增生異常綜合征等疾病中的應用，獲得了顯著的療效。去甲基化藥物地西他濱(5-氮雜-2'-脫氧胞嘧啶，DAC)是一種天然的脫氧胞苷酸的腺苷類似物，特異性的DNA甲基化轉移酶抑制劑，可逆轉DNA的甲基化過程，激活沉默失活的抑癌基因，從而誘導腫瘤細胞向正常細胞分化或誘導腫瘤細胞凋亡。Moskalev等［18］研究表明，5-氮雜-2'-脫氧胞嘧啶在CLL細胞系中可以降低DKK1基因甲基化水平，然而并沒有導致明顯的DKK1基因的mRNA水平表達增加。Suzuki等［11］研究發(fā)現(xiàn)，當AML細胞株(SKNO-1)使用5-氮雜-胞嘧啶治療4d后，觀察到DKK1基因表達恢復，這提示DKK1甲基化抑制了DKK1基因表達。Va-lencia等［10］研究表明，地西他濱治療AML后，DKK1基因的表達水平呈劑量依賴性增加。孟真等［19］研究發(fā)現(xiàn)，使用去甲基化藥物三氧化二砷后在原本不表達抑癌基因SHP-1mRNA的HL-60細胞中，SHP-1得到表達，而高表達的原癌基因C-kit表達水平下降。當使用不同濃度的三氧化二砷作用后，SHP-1mRNA的表達水平呈劑量依賴性地上升，而C-kitmRNA的表達水平隨劑量增加而下降。雖然地西他濱在白血病的治療中取得了明顯療效，但由于使所有基因去甲基化，因此也有可能誘導腫瘤的發(fā)生。目前的研究主要是靶向誘導DKK1去甲基化，這在白血病中還沒有新進展，但在多發(fā)性骨髓瘤已取得一定的成果。如針對DKK1蛋白抑制成骨細胞激活破骨細胞而導致的溶骨性病變，可使用DKK1的中和抗體、蛋白酶體抑制劑、多肽疫苗免疫治療及調(diào)節(jié)因子等，這些方法均顯示出較好的療效［20］。另有研究表明，在結腸直腸癌中使用生物活性物質維生素D3可以通過增加DKK1基因表達來調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路［21］。使用維生素D3(100nmol/L)治療結腸直腸癌細胞株SW480-ADH，2d后腫瘤抑制基因DKK1表達增加，而致癌基因DKK4表達降低，其具體的機制還有待進一步研究證實，但這也為我們治療提供了一個方向，或許在白血病治療中也有一定的參考意義。

四、問題與展望

篇10

[關鍵詞]本草基因組學； 基因組學； 組學； 中藥

[Abstract]Traditional Chinese medicine （TCM） has contributad greatly to improving human health However， the biological characteristics and molecular mechanisms of TCM in the treatment of human diseases remain largely unknown Genomics plays an important role in modern medicine and biology Here， we introduce genomics and other related omics to the study of herbs to propose a new discipline， Herbgenomics， that aims to uncover the genetic information and regulatory networks of herbs and to clarify their molecular mechanisms in the prevention and treatment of human diseases Herbgenomics includes herbal structural genomics， functional genomics， transcriptomics， proteomics， metabonomics， epigenomics and metagenomics Genomic information， together with transcriptomic， proteomic， and metabolomic data， can therefore be used to predict secondary metabolite biosynthetic pathways and their regulation， triggering a revolution in discoverybased research aimed at understanding the genetics and biology of herbs Herbgenomics provides an effective platform to support chemical and biological analyses of complex herbal products that may contain more than one active component Herbgenomics is now being applied to many areas of herb related biological research to help understand the quality of traditional medicines and for molecular herb identification through the establishment of an herbal gene bank Moreover， functional genomics can contribute to model herb research platforms， geoherbal research， genomicsassisted herb breeding， and herbal synthetic biology， all of which are important for securing the future of medicinal plants and their active compounds In addition， Herbgenomics will facilitate the elucidation of the targets and mechanism of herbs in disease treatment and provide support for personalized precise medicineHerbgenomics will accelerate the application of cuttingedge technologies in herbal research and provide an unprecedented opportunity to revolutionize the use and acceptance of traditional herbal medicines

[Key words]Herbgenomics； genomics； omics； traditional Chinese medicine （TCM）

doi：10.4268/cjcmm20162101

本草基因組學（herbgenomics）是利用組學技術研究中藥基原物種的遺傳信息及其調(diào)控網(wǎng)絡，闡明中藥防治人類疾病分子機制的學科，從基因組水平研究中藥及其對人體作用的前沿科學。涉及中草藥結構基因組、中草藥轉錄組、中草藥功能基因組、中草藥蛋白質組、中藥代謝組、中草藥表觀基因組、中草藥宏基因組、藥用模式生物、基因組輔助分子育種、DNA鑒定、中藥合成生物學、中藥基因組學、中草藥生物信息學及數(shù)據(jù)庫等理論與實驗技術。

傳統(tǒng)藥物應用歷史悠久，應用方式多樣，相關研究主要集中在形態(tài)識別、化學物質基礎揭示、藥效作用分析、資源調(diào)查、人工栽培等方面，但長期以來對傳統(tǒng)藥物基因資源的認識和了解十分薄弱，人才極其匱乏。由于中藥原植物基因組信息缺乏，中醫(yī)藥學和現(xiàn)代生命科學之間缺乏溝通的橋梁，新興的前沿生命科學技術很難應用于傳統(tǒng)中醫(yī)藥研究，如對于中藥道地性形成和維持的遺傳機制及道地性和藥性的相互關系缺乏深入了解，已嚴重影響了我國道地藥材的資源保護和新品種選育，中藥道地性形成和維持的遺傳基礎研究急需加強；中藥藥性的生物學本質研究亟待加強，多年來中藥藥性研究主要集中在化學和藥理方向，但對于中藥藥性的生物學本質研究還非常薄弱，已從根本上制約了對中藥藥性的深入研究；中藥基因資源是一種珍貴的國家戰(zhàn)略資源，國際競爭嚴峻，韓國、美國、日本等國家已啟動許多中藥基原物種全基因組研究，對我國傳統(tǒng)中藥研究領域造成極大挑戰(zhàn)。另外，由于大多數(shù)藥用植物有效成分含量低，分離提取需要消耗大量原料，對天然資源造成極大破壞，也使得多數(shù)提取類藥物的生產(chǎn)成本很高。

本草基因組學作為新興學科，廣義而言是從基因組水平研究中藥及其對人體作用。一方面從基因組水平研究基因序列的多態(tài)性與藥物效應多樣性之間的關系，研究基因及其突變體對不同個體藥物作用效應差異的影響，從蛋白質組學角度研究中藥作用靶點，特別是中藥復方的多靶點效應，為中藥配伍提供科學依據(jù)，指導藥物開發(fā)及合理用藥，為實現(xiàn)個體化精準醫(yī)療提供重要信息和技術保障；另一方面建立含有重要活性成分的中藥原植物基因組研究體系，系統(tǒng)發(fā)掘中藥活性成分合成及優(yōu)良農(nóng)藝性狀相關基因，解析代謝物的合成途徑、代謝物網(wǎng)絡及調(diào)控機理，為中藥道地品種改良和基因資源保護奠定基礎，為中藥藥性研究提供理論基礎，對傳統(tǒng)藥物學理論研究和應用具有重要意義，從基因組層面闡釋中藥道地性的分子基礎，推動中藥創(chuàng)新藥物研發(fā)，為次生代謝產(chǎn)物的生物合成和代謝工程提供技術支撐，創(chuàng)新天然藥物研發(fā)方式，為優(yōu)質高產(chǎn)藥用植物品種選育奠定堅實基礎，推動中藥農(nóng)業(yè)的科學發(fā)展，對揭示天然藥物形成的生物學本質具有重要價值，對培養(yǎng)多學科人才充實到傳統(tǒng)藥物研究具有引領作用。狹義而言本草基因組學集中研究中草藥本身的遺傳信息，不涉及對人體的作用。也就是說狹義本草基因組學主要研究中草藥結構基因組、轉錄組、功能基因組、蛋白質組、代謝組、表觀基因組、宏基因組，以揭示中藥道地性和中藥藥性的遺傳本質。本草基因組學正促進前沿生命科學技術應用到中藥領域，推動中藥研究迅速走到生命科學的最前沿。

1 本草基因組學的產(chǎn)生和發(fā)展

1.1 本草基因組學的產(chǎn)生 從“神農(nóng)嘗百草，一日而遇七十毒”的傳說到現(xiàn)存最早的中藥學著作《神農(nóng)本草經(jīng)》（又稱《本草經(jīng)》），從世界上現(xiàn)存最早的國家藥典《新修本草》（即《唐本草》）到本草學巨著《本草綱目》，兩千多年來，中藥學的發(fā)展反映了我國勞動人民在尋找天然藥物、利用天然藥物方面積累了豐富經(jīng)驗。中藥學是中國醫(yī)藥學的偉大寶庫，對世界醫(yī)藥學發(fā)展作出了巨大貢獻。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，特別是人類基因組計劃（Human Genome Project）的提出和完成，對人類疾病的認識和治療開啟了全新的篇章，在此背景下，中藥學研究逐漸深入到基因組水平從而導致本草基因組學產(chǎn)生和興起。

1977年Sanger完成首個物種全基因組測序，噬菌體φX174基因組，大小為5.836 kb[1]；人類基因組計劃由美國科學家于1985年率先提出，1990年正式啟動，2000年完成，是一項規(guī)模宏大，跨國跨學科的科學探索工程，其宗旨在于測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的[2-3]。2000年，破譯擬南芥Arabidopsis thaliana全基因組，大小為125 Mb，作為第一個植物全基因組測序在植物科學史上具有里程碑意義[4]。我國藥用植物有11 146種，約占中藥材資源總數(shù)的87%[5]，是所有經(jīng)濟植物中最多的一類。同時，藥用植物也是S多化學藥物的重要原料，目前1/3以上的臨床用藥來源于植物提取物或其衍生物，其中最著名的青蒿素來源植物是黃花蒿。

中國學者應用光學圖譜和新一代測序技術，完成染色體水平的靈芝基因組精細圖繪制，通過基因組解析提出靈芝為首個中藥基原的藥用模式真菌，文章發(fā)表在《自然通訊》上，期刊編輯部以特別圖片（featured image）形式進行了推介（圖1）[6]，認為該論文表明靈芝對于研究傳統(tǒng)菌類中藥的次生代謝途徑及其調(diào)控是一個有價值的模式系統(tǒng)。靈芝基因組圖譜的公布為開展靈芝三萜等有效成分的合成研究提供了便利，隨著這些合成途徑的逐步解析，使得通過合成生物學合成靈芝有效成分成為可能。同時，對靈芝生長發(fā)育和抗病抗逆關鍵基因的發(fā)掘和認知，將推動靈芝的基因組輔助育種研究，加速靈芝新品種的培育，并為靈芝的科學栽培和采收提供理論指導。

2009年，陳士林團隊提出本草基因組計劃，即針對具有重大經(jīng)濟價值和典型次生代謝途徑的藥用植物進行的全基因組測序和后基因組學研究，全基因組測序、組裝和分析策略：測序物種的篩選原則，待測物種基因組預分析，測序平臺的選擇，遺傳圖譜和物理圖譜的繪制，全基因組的組裝及生物信息學分析；模式藥用植物突變體庫的建立和基因功能研究；藥用植物有效成分的合成及其調(diào)控研究；藥用植物抗病抗逆等優(yōu)良性狀的遺傳機制研究及優(yōu)良品種選育。在此基礎上，詳細介紹了本草基因組方法學研究：全面介紹物種基因組大小、染色體數(shù)目測定方法、第二代高通量測序方法、全基因組組裝和基因組注釋方法、基因組比較等生物信息學分析手段、簡要闡述重測序在藥用植物全基因組研究中的應用方法。由此，本草基因組學逐漸形成和完善，包括中草藥結構基因組、轉錄組、功能基因組、蛋白質組學、代謝組、表觀基因組、宏基因組、基因組輔助分子育種、中藥合成生物學、中藥基因組學、中草藥生物信息學及數(shù)據(jù)庫等內(nèi)容?；诜肿由飳W和基因組學的藥用植物鑒別是當前研究的活躍領域，用于鑒別的分子生物學和基因組學技術：AFLP、RFLP、RAPD、DNA微陣列技術（microarray）、DNA條形碼（barcoding）等，基于基因組鑒別的分子基礎是植物分子系統(tǒng)發(fā)育關系反映物種進化關系。在這些技術當中，藥用植物DNA條形碼鑒定策略及關鍵技術是最受關注的方向，中藥材DNA條形碼分子鑒定指導原則已列入《中國藥典》2010年版增補本Ⅲ和《中國藥典》2015年版。

1.2 本草基因組學的發(fā)展 2015年國際期刊《科學》增刊詳述“本草基因組解讀傳統(tǒng)藥物的生物學機制”，提出本草基因組學為藥用模式生物、道地藥材研究、基因組輔助育種、中藥合成生物學、DNA鑒定、基因數(shù)據(jù)庫構建等提供理論基礎和技術支撐（圖2）。目前，藥用植物基因組學與生物信息學已經(jīng)進入快速發(fā)展階段，必將對傳統(tǒng)藥物學產(chǎn)生巨大影響。國內(nèi)外已經(jīng)開展青蒿[7]、丹參[8-15]、西洋參[16]、甘草[17]等多種藥用植物的大規(guī)模轉錄組研究?；蚪M序列包含生物的起源、進化、發(fā)育、生理以及與遺傳性狀有關的一切信息，是從分子水平上全面解析各種生命現(xiàn)象的前提和基礎。第二代高通量測序技術的飛速發(fā)展及第三代單分子測序技術的興起使測序成本大大降低，測序時間大大縮短，為本草基因組計劃的實施奠定了堅實的技術基礎。目前，赤芝[6]、紫芝[18]、丹參[19]及鐵皮石斛[20-21]等重要藥用植物的基因組已完成測序工作并發(fā)表，人參、苦蕎、穿心蓮、紫蘇等中草藥基因組圖譜也完成繪制。

例如為了解析丹參的遺傳背景，陳士林團隊聯(lián)合國內(nèi)外著名高校和研究機構，通過聯(lián)合測序技術完成了丹參基因組圖譜的組裝，丹參基因組的完成代表著首個鼠尾草屬物種基因組圖譜的成功繪制。進化分析顯示丹參與芝麻親緣關系更近，估計其分化時間約6 700萬年前。丹參基因組的發(fā)表推動首個藥用模式植物研究體系的確立。本草基因組學將開辟中藥研究和應用的全新領域，把握歷史性機遇，將極大提高我國開發(fā)中藥資源的能力，增強我國中藥基礎研究實力、提高我國中藥研究的自主創(chuàng)新能力，對于加速中藥現(xiàn)代化進程具有重大的戰(zhàn)略性科學意義，促進中藥研究和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展[22]。本草基因組學將使中草藥生物學研究進入一個嶄新的時代――本草基因組時代。

1.3 學科內(nèi)涵和外延 根據(jù)本草基因組學產(chǎn)生和發(fā)展過程，主要從3個方面確定學科的內(nèi)涵，即理論體系、實驗技術和應用方向（圖3）。本草基因組學形成了高度綜合的理論體系，包括從基因組水平研究本草的九大內(nèi)容：中草藥結構基因組、中草藥功能基因組、中草藥轉錄組和蛋白質組、中藥代謝組、中草藥表觀基因組、中草藥宏基因組、中藥合成生物學、中藥基因組學、中草藥生物信息學等。本草基因組學的實驗方法主要包括九大技術：高通量測序技術、遺傳圖譜構建技術、光學圖譜構建技術、基因文庫構建技術、突變庫構建技術、組織培養(yǎng)與遺傳轉化、蛋白質分離純化與鑒定技術、四大波譜技術及聯(lián)用、基因組編輯技術等。基于本草基因組學的理論體系和實驗技術，形成了該學科的七大應用方向：藥用模式生物研究、闡明道地藥材形成機制、基因組輔助育種、基因資源保護和利用、中藥質量評價和控制、中藥新藥研發(fā)、指導相關學科研究。

本草基因組學的學科外延與本草學、中藥學、基因組學、生物信息學、分子生物學、生物化學、生藥學、中藥資源學、中藥鑒定學、中藥栽培學、中藥藥理學、中藥化學等密切相關（圖4）。本草學和中藥學為本草基因組學奠定了深厚的歷史基礎和人文基礎，為本草基因組學研究對象的確定提供豐富候選材料，基因組學和生物信息學為本草基因組學提供前沿理論和技術支撐，分子生物學、生物化學、中藥化學則為本草基因組學提供基礎理論和基本實驗技術支持，生藥學、中藥資源學、中藥鑒定學、中藥栽培學與本草基因組學互相支撐發(fā)展，各學科的側重點不同，中藥藥理學、中藥化學為本草基因組學的應用提供技術支持。與以上各學科相呼應，本草基因組學促進本草學和中藥學從經(jīng)典走向現(xiàn)代、從傳統(tǒng)走向前沿，為中醫(yī)藥更好服務大眾健康提供強大知識和技術支撐，擴大了基因組學和生物信息學的研究對象和應用領域，為分子生物學、生物化學、中藥化學走向實踐應用提供了生動案例，推動生藥學、中藥資源學、中藥鑒定學、中藥栽培學從基因組和分子水平開展研究，為中藥藥理學的深入研究提供理論和技術支持。

2 本草基因組學研究熱

本草基因組學借助基因組學研究最新成果，開展中草藥結構基因組、中草藥功能基因組、中草藥轉錄組和蛋白質組、中草藥表觀基因組、中草藥宏基因組、中藥合成生物學、中藥代謝組、中藥基因組學、中草藥生物信息學及數(shù)據(jù)庫等理論研究，同時對基因組研究相關實驗技術在本草學中的應用與開發(fā)進行評價，推動本草生物學本質的揭示，促進遺傳資源、化學質量、藥物療效相互關系的認識，以下詳細闡述本草基因組學的研究內(nèi)容。

2.1 中草藥結構基因組研究 我國藥用資源種類繁多，因此藥用物種全基因組計劃測序物種的選擇應該綜合考慮物種的經(jīng)濟價值和科學意義，并按照基因組從小到大、從簡單到復雜的順序進行測序研究。在測序平臺的選擇上應以第二代及第三代高通量測序平臺為主，以第一代測序技術為輔。近年來，紫芝、赤芝、茯苓、丹參、人參、三七等10余種藥用植物被篩選作為本草基因組計劃的第一批測序物種，其中赤芝結構基因組發(fā)表被《今日美國》（USA Today）以“揭秘中國‘仙草’基因組”為題報道（圖5），丹參基因組?。s600 Mb）、生長周期短、組織培養(yǎng)和遺傳轉化體系成熟等原因，被認為是研究中藥活性成分生物合成理想的模式植物[23]。丹參全基因組測序完成已推動丹參作為第一個藥用模式植物研究體系形成。

由于多數(shù)藥用植物都缺乏系統(tǒng)的分子遺傳學研究，因此在開展全基因組計劃之前進行基因組預分析非常必要。基因組預分析的主要內(nèi)容包括：①利用條形碼等技術對滿足篩選原則的待測物種進行鑒定[24-25]；②通過觀察有絲分裂中期染色體確定待測物種的染色體倍性和條數(shù)；③采用流式細胞術[26]或脈沖場電泳技術估測物種的基因組大小，為測序平臺的選擇提供參考；④基因組Survey測序，在大規(guī)模全基因組深度測序之前，首先對所選藥用植物進行低覆蓋度的Survey測序，用來評價其基因組大小、復雜度、重復序列、GC含量等信息。

遺傳圖譜和物理圖譜在植物復雜的大基因組組裝中具有重要作用。借助于遺傳圖譜或物理圖譜中的分子標記，可將測序拼接產(chǎn)生的scaffolds按順序定位到染色w上。但遺傳圖譜的構建需要遺傳關系明確的親本和子代株系，因此其在大多數(shù)藥用植物中的應用受到限制。物理圖譜描繪DNA上可以識別的標記位置和相互之間的距離（堿基數(shù)目）。最初的物理圖譜繪制多是基于BAC文庫，通過限制性酶切指紋圖譜、熒光原位雜交等技術將BAC克隆按其在染色體上的順序排列，不間斷地覆蓋到染色體上的一段區(qū)域[27]。如今，光學圖譜OpGen[28]和單分子光學圖譜BioNano等[29]依賴于大分子DNA酶切標記的方法常用于物理圖譜的繪制。

隨著第二代測序技術的快速發(fā)展，用于短序列拼接的生物信息學軟件大量涌現(xiàn)，常用軟件包括Velvet[30]， Euler[31]， SOAPdenovo2[32]， CAP3[33]等?；蚪M草圖組裝完成后，可利用生物信息學方法對基因組進行分析和注釋，為后續(xù)功能基因組研究提供豐富的資源。例如，可以通過GeneScan[34]， FgeneSH[35]等工具發(fā)現(xiàn)和預測基因，利用BLAST同源序列比對或InterProScan[36]結構域搜索等方法對基因進行注釋，利用GO分析對基因進行功能分類[37]，利用KEGG對代謝途徑進行分析等[38]。

2.2 中草藥功能基因組研究 根據(jù)全基因組序列和結構信息，中草藥功能基因組研究充分利用轉錄組學、蛋白組學、代謝組學等方法，對藥用植物的功能基因進行發(fā)掘和鑒定，研究內(nèi)容主要集中于構建模式藥用植物平臺、次生代謝產(chǎn)物合成途徑和調(diào)控機制的解析、抗病抗逆等優(yōu)良農(nóng)藝性狀遺傳機制的揭示等。

擬南芥、水稻等重要模式植物均具有大規(guī)模的T-DNA 插入突變體庫，利用這些突變體庫發(fā)掘了大量生長發(fā)育、抗逆性、代謝相關的重要基因。丹參等模式藥用植物全基因組序列和大規(guī)模突變體庫的建立將為藥用植物研究提供豐富的資源和材料，從而推動藥用植物功能基因研究， 尤其是次生代謝途徑相關基因的鑒定進程，突變體庫中的一些具有抗逆、抗病、高產(chǎn)等優(yōu)良性狀的突變株系以及轉基因植株也是良好的新種質資源。藥用植物有效成分的生物合成途徑和調(diào)控方面的研究還很薄弱，主要集中在長春花、青蒿和甘草等少數(shù)物種，一些具有重大商業(yè)價值的天然藥物，如紫杉醇、長春堿、喜樹堿等生物合成途徑至今還未被完全解析，已有報道多采用單基因研究策略。本草基因組學為次生代謝途徑相關基因的“批量化”發(fā)掘奠定基礎，對次生代謝產(chǎn)物的生物合成及代謝工程等應用領域產(chǎn)生重要影響。

與生長發(fā)育、抗逆抗病、重要遺傳性狀及種質性狀控制相關的基因是藥用植物重要的功能基因，利用基因組注釋信息，發(fā)掘優(yōu)良基因，運用基因工程的手段打破生殖隔離，培育活性成分含量高的具有優(yōu)良農(nóng)藝性狀的新品種，為活性成分的大量提取和廣泛臨床應用奠定基礎[39]。中草藥結構基因組將為轉錄組分析和基因組重測序研究提供參考序列，通過對種內(nèi)或品種間種群個體的轉錄組測序和重測序可快速、準確、大規(guī)模地發(fā)現(xiàn)SNP，SSR，InDel等分子標記，加速分子標記和優(yōu)良性狀的遺傳連鎖研究，快速發(fā)現(xiàn)藥用植物的表型、生理特征與基因型的關系，提高育種工作效率[39]。

2.3 中藥組學其他研究 中草藥轉錄組學是中草藥功能基因組學的重要研究內(nèi)容，是在整體水平上研究中草藥某一生長階段特定組織或細胞中全部轉錄本的種類、結構和功能以及基因轉錄調(diào)控規(guī)律的科學。中草藥轉錄組研究為鑒定中草藥植物生長發(fā)育及抗病抗逆等優(yōu)良性狀相關的基因功能提供基礎[40-41]。目前，在多數(shù)中草藥植物無法進行全基因組測序的情況下，轉錄表達譜研究成為比較基因序列、鑒定基因表達的一種快速方法。通過對中草藥不同組織部位、不同生長時期、不同生長環(huán)境下的轉錄組進行比較分析，可有效發(fā)掘參與中草藥植物生長發(fā)育及抗病抗逆等優(yōu)良性狀相關基因。

中藥蛋白質組學是將蛋白質組學技術應用于中藥研究領域，一方面通過比較對照細胞或動物組織的蛋白質表達譜和給予中藥后蛋白質表達譜的差異，可找到中藥的可能靶點相關蛋白質，另一方面不同中草藥及其不同組分例如根莖葉中蛋白質組的差異，以評價中草藥活性成分與其生長過程中蛋白組變化的關系，尋找中藥高活性的機制。不同于其他蛋白質組學，中藥蛋白質組學的研究對象為中草藥本身及用中藥（單體化合物、中藥組份或復方）處理后的生物體（細胞或組織），發(fā)現(xiàn)中藥的有效成分及作用機制。中藥蛋白質組學的研究目標包括：中藥藥物作用靶點的發(fā)現(xiàn)和確認，特別是中藥復方的多靶點效應，蛋白質組學能更好發(fā)現(xiàn)中藥復方的多種靶點，研究中藥植物蛋白質組成差異，闡明中藥作用機制及中藥毒理作用機制，以及為中藥配伍提供科學依據(jù)。

中藥代謝組學結合中草藥結構基因組解析代謝物的合成途徑、代謝物網(wǎng)絡及調(diào)控機理，研究內(nèi)容主要包括藥用植物的鑒別和質量評價，藥用植物品種選育及抗逆研究，初生、次生代謝途徑解析，代謝網(wǎng)絡、代謝工程研究及合成生物學研究等幾個方面，最終為藥用植物品種選育、創(chuàng)新藥物研發(fā)和質量安全性評價奠定基礎。

中藥基因組學從基因水平研究基因序列的多態(tài)性與藥物效應多樣性之間的關系，研究基因及其突變體對不同個體藥物作用效應差異的影響，以此平臺指導藥物開發(fā)及合理用藥，為提高藥物的安全性和有效性，避免不良反應，減少藥物治療費用和風險，實現(xiàn)個體化精準醫(yī)療提供重要信息和技術保障。例如，Sertel等[42]經(jīng)基因檢測得出53/56的基因上游位置包含一個或多個c-Myc/Max結合位點，c-Myc和Max介導的轉錄控制基因表達可能有助于提高青蒿琥酯對癌細胞的治療效果[43]。又如，銀杏具有顯著的誘導CYP2C19活性效應，研究顯示不同CYP2C19基因型個體，銀杏與奧美拉唑（omeprazole，廣泛使用的CYP2C19底物）存在潛在的中西藥互作關系。Chen等 [44]研究了健康志愿者體內(nèi)六味地黃丸潛在的中-西藥相互作用以及是否受基因型影響。

中草藥表觀基因學是針對本草基因組計劃中具有重要經(jīng)濟價值的藥用植物和代表不同次生代謝途徑的模式藥用植物開展表觀基因組學研究。研究內(nèi)容主要包含4個領域：分別是DNA甲基化、蛋白質共價修、染色質重塑、非編碼RNA調(diào)控。中草藥表觀基因組學將通過研究重要中藥材（藥用生物）的基因組信息及其表觀遺傳信息變化，探索環(huán)境與基因、基因與基因的相互作用，解析哪些基因受到環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)表觀遺傳變化可能提高中藥材的藥效品質，哪些表觀遺傳信息影響中藥的性味等。

中草藥宏基因組學是以多種微生物基因組為研究對象，對藥材生長環(huán)境中微生物的多樣性、種群結構、進化關系、功能活性以及微生物與藥材生長相互協(xié)作關系進行研究的一門學科，對于幫助解決中草藥連作障礙等現(xiàn)實問題具有重要指導作用。

藥用模式生物研究體系的確立是本草基因組學的重大貢獻，該體系具有模式生物的共同特征。從一般生物學屬性上看，通常具有世代周期較短、子代多，表型穩(wěn)定等特征。從遺傳資源看，基因組相對較小，易于進行全基因組測序，遺傳轉化相對容易。從藥用特點看，需適于次生代謝產(chǎn)物生物合成和生產(chǎn)研究。

3 本草基因組學的實踐應用

本草基因組學作為前沿科學，具有很強的理論性，同時該學科涉及的技術方法和理論對中醫(yī)藥實踐具有巨大的指導意義。例如，基于中草藥結構基因組開發(fā)的DNA條形碼分子鑒定技術被國際期刊《生物技術前沿》以題為“草藥鑒定從形態(tài)到DNA的文藝復興”發(fā)表，將給傳統(tǒng)中藥鑒定帶來革命性影響；基于中草藥功能基因組和表觀基因組研究闡明道地藥材的形成機制，將對優(yōu)質中藥生產(chǎn)和栽培技術的改進提供指導；基于本草基因組學構建的基因數(shù)據(jù)庫、代謝物數(shù)據(jù)庫、蛋白數(shù)據(jù)庫等，以及開發(fā)的相關生物信息學方法，將為中藥藥理學、中藥化學、新藥開發(fā)等提供戰(zhàn)略資源；基于合成生物學技術實現(xiàn)目標產(chǎn)物的異源生產(chǎn)，具有環(huán)境友好、低耗能、低排放等優(yōu)點，將為天然藥物研發(fā)提供全新方式。

3.1 道地藥材的生物學本質研究 道地藥材是優(yōu)質藥材的代表，既受遺傳因素的控制，又受環(huán)境條件的影響。組學技術可提供有用工具闡明道地藥材的分子機制，例如，道地藥材“沙漠人參”肉蓯蓉Cistanche deserticola是中國最具特色的干旱區(qū)瀕危藥用植物和關鍵物種，新疆和內(nèi)蒙古是其重要主產(chǎn)區(qū)和傳統(tǒng)道地產(chǎn)區(qū)，研究表明，內(nèi)蒙古阿拉善和新疆北疆是肉蓯蓉兩大生態(tài)適宜生產(chǎn)集中區(qū)（2類生態(tài)型），黃林芳等[45]對兩大產(chǎn)區(qū)肉蓯蓉化學成分、分子地理標識及生態(tài)因子進行考察。應用UPLC-Q-TOF/MS技術對肉蓯蓉苯乙醇苷及環(huán)烯醚萜苷類成分進行分析；基于psbA-trnH序列對不同產(chǎn)地肉蓯蓉進行分子鑒別及分析；通過“中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)”，獲得兩大產(chǎn)區(qū)包括溫度、水分、光照等生態(tài)因子數(shù)據(jù)；運用生物統(tǒng)計、數(shù)量分類等分析方法，對肉蓯蓉進行生態(tài)型劃分。UPLC-Q-TOF/MS分析表明，內(nèi)蒙古與新疆產(chǎn)肉蓯蓉明顯不同，鑒定出16種成分，其中2′-乙酰毛蕊花糖苷可作為區(qū)分兩大產(chǎn)地肉蓯蓉的指標成分；psbA-trnH序列比對分析發(fā)現(xiàn)，肉蓯蓉不同產(chǎn)地間序列位點存在差異，新疆產(chǎn)肉蓯蓉在191位點為G，內(nèi)蒙古產(chǎn)則為A，NJ tree分析表明，肉蓯蓉2個產(chǎn)地明顯分為2支，差異顯著；生態(tài)因子數(shù)據(jù)亦表明，肉蓯蓉的兩大氣候地理分布格局，為研究不同生態(tài)區(qū)域中藥生態(tài)型及品質變異的生物學本質提供了一種新思路，也為深化道地藥材理論研究奠定重要基礎。

另外，針對同一藥材在不同種植區(qū)域，開展中草藥表觀基因組研究，明確不同生產(chǎn)區(qū)域的遺傳變異，特別是環(huán)境不同對藥材表觀遺傳的修飾作用，包括DNA甲基化修飾、小RNA測序分析、染色質免疫共沉淀分析等。此外，土壤微生物也是道地藥材生長環(huán)境中的重要因素。采用宏基因組分析土壤微生物群落，為揭示土壤微生物和藥材生長的相互作用提供依據(jù)。

3.2 中藥分子標記用于中藥質量控制研究 本草基因組和功能基因組研究為開發(fā)藥材分子標記提供了豐富基因資源?；诨蚪M的分子標記有AFLP， ISSR， SNP等，基于轉錄組的分子標記有SSR等。當前國際上最受關注的分子標記是DNA條形碼，已經(jīng)構建標準操作流程和數(shù)據(jù)庫、鑒定軟件，可廣泛應用于中藥企業(yè)、藥房、研究院所和大專院校等。中藥材DNA條形碼分子鑒定指導原則已被納入《中國藥典》，植物藥材以ITS2序列為主、psbA-trnH為輔助序列，動物藥材以COI序列為主、ITS2為輔助序列，在此基礎上，進一步開發(fā)了質體基因組作為超級條形碼對近緣物種或栽培品種進行鑒定。該體系可廣泛應用于中藥材種子種苗、中藥材、中藥超微破壁飲片、中成藥等鑒定，已出版專著《中國藥典中藥材DNA條形碼標準序列》和《中藥DNA條形碼分子鑒定》。

3.3 本草基因資源的保護與利用 隨著本草基因組研究的發(fā)展，本草遺傳信息快速增加，靈芝基因組論文被Nature China網(wǎng)站選為中國最佳研究（圖6），迫切需要一個通用平臺整合所有組學數(shù)據(jù)。數(shù)個草藥數(shù)據(jù)庫已經(jīng)被建立，例如草藥基因組數(shù)據(jù)庫（http：//）、轉錄組數(shù)據(jù)庫（http：//medicinalplantgenomics.msu.edu）、草藥DNA條形碼數(shù)據(jù)庫（http：///en）、代謝途徑數(shù)據(jù)庫（http：//）等。但是這些數(shù)據(jù)庫缺乏長期維護，對使用者要求具備一定生物信息學技能。因此整合DNA和蛋白質序列、代謝組成分信息，方便使用的大數(shù)據(jù)庫十分必要和迫切。進一步提升生物信息分析方法，更好地利用基因組和化學組信息解析次生代謝產(chǎn)物的生物合成途徑，將有助于有效設計和尋找植物和真菌藥物。

利用簡化基因組測序技術獲得數(shù)以萬計的多態(tài)性標記。通過高通量測序及信息分析，快速鑒定高標準性的變異標記（SNPs），已廣泛應用于分子育種、系統(tǒng)進化、種質資源鑒定等領域。利用該技術可以篩選抗病株的特異SNPs位點，建立篩選三七抗病品種的遺傳標記，輔助系統(tǒng)選育，有效的縮短育種年限。通過系統(tǒng)選育的方法獲得的抗病群體，并采用RAD-Seq技術篩選抗病株的SNPs位點，為基因組輔助育種提供遺傳標記，進而有效縮短了三七的育種年限，加快育種進程。利用遺傳圖譜識別影響青蒿產(chǎn)量的基因位點取得突破，于《科學》[7]，該文基于轉錄組及田間表型數(shù)據(jù)，通過構建遺傳圖譜識別影響青蒿素產(chǎn)量的位點。青蒿植株表型的變異出現(xiàn)在Artemis的F1譜系中，符合高水平的遺傳變異。Graham等[7]發(fā)現(xiàn)與青蒿素濃度相關的QTL分別為LG1，LG4及 LG9（位于C4）。在開發(fā)標記位點用于育種的同時，Graham等檢測了23 000株植株的青蒿素含量，這些植株是青蒿的F1種子經(jīng)甲基磺酸乙酯誘變后于溫室培養(yǎng)12周的F2、F3代。結果發(fā)現(xiàn)經(jīng)誘變后的材料大約每4.5 Mb有一個突變，其變異頻率小于Artemis中的每1/104堿基對的SNP多態(tài)性。該方法能夠識別攜帶有益變異的個體（來源于甲基磺酸乙酯誘變處理），同時亦能識別遺傳背景獲得提升的個體（由于自然變異而導致有益等位基因分離的個體）。Graham等也檢測高產(chǎn)F2代植株青蒿素的含量：盡管F2的植株雜合性較低，但其青蒿素含量比UK08 F1群體植株的含量高。另外，Graham等驗證了基于田間試驗獲得與青蒿素含量相關的QTL在溫室培育的高產(chǎn)植株中高效表達。同時發(fā)現(xiàn)，大量分離畸變有利于有益的等位基因（位于C4 LG1且與青蒿素產(chǎn)量相關的QTL）。這些數(shù)據(jù)證實了QTL及其對青蒿素產(chǎn)量的影響，同時也證明了基因型對于溫室及田間培育的青蒿材料具有極大影響。

3.4 中藥合成生物學研究 結構復雜多樣的中藥藥用活性成分是中藥材發(fā)揮藥效的物質基礎，也是新藥發(fā)現(xiàn)的重要源泉。然而許多中藥材在開發(fā)和使用的過程中往往面R一系列難題，如許多藥材生長受環(huán)境因素影響較大；有些珍稀藥材生長緩慢，甚至難以人工種植；大多數(shù)藥用活性成分在中藥材中含量低微，結構復雜，化學合成困難；傳統(tǒng)的天然提取或者人工化學合成的方法難以滿足科研和新藥研發(fā)的需求，中藥合成生物學將是解決這一矛盾的有效途徑。中藥合成生物學是在本草基因組研究基礎上，對中藥有效成分生物合成相關元器件進行發(fā)掘和表征，借助工程學原理對其進行設計和標準化，通過在底盤細胞中裝配與集成，重建生物合成途徑和代謝網(wǎng)絡，實現(xiàn)藥用活性成分的定向、高效的異源合成，從而提升我國創(chuàng)新性藥物的研發(fā)能力和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的國際核心競爭力[40]。

隨著基于高通量測序的中草藥結構基因組學和轉錄組學研究的快速發(fā)展，利用生物信息學技術和功能基因組學方法從大量中藥原物種的遺傳信息中篩選和鑒定出特定次生代謝途徑的酶編碼基因，將極大加快次生代謝途徑的解析進程，為中藥合成生物學研究奠定堅實基礎。通過優(yōu)化密碼子偏好性、提高關鍵酶編碼基因的表達量、下調(diào)或抑制代謝支路等方法來優(yōu)化和改造異源代謝途徑， 按人們實際需求獲取藥用活性成分[40]。

3.5 中藥作用靶點與個性化治療 中藥蛋白質組學將蛋白組學技術應用于中藥研究領域，對尋找中藥的可能靶點和闡明中藥有效成分作用機制具有重要意義。譬如，蔣建東教授團隊在小檗堿降血脂研究中開展的突出工作[46]，以及Pan等[47]利用蛋白組學技術分析丹參酮ⅡA對宮頸癌Caski細胞的抑制作用，發(fā)現(xiàn)C/EBP同源蛋白和細胞凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1參與丹參酮ⅡA的抑癌作用。對于中藥復方的相關作用靶點也有報道，Nquyen-Khuong等[48]探討了由栝樓、大豆、中藥五味子和西地格絲蘭提取物組成的混合物作用于人膀胱癌細胞后蛋白質組的表達譜變化，鑒定了多種與能量代謝、細胞骨架、蛋白質降解以及腫瘤抑制相關的蛋白。

青蒿素及其衍生物青蒿琥酯表現(xiàn)出明顯的體內(nèi)外抗腫瘤活性，但其抗腫瘤的分子機制并不明確。研究者采用了基因芯片技術，在轉錄水平解析青蒿琥酯抗腫瘤相關的基因。再將表達譜數(shù)據(jù)導入信號通路分析和轉錄因子分析，結果表明c-Myc/Max可能是作為腫瘤細胞應對青蒿琥酯效應基因的轉錄調(diào)控因子，這一結果可能指導針對不同個體采用不同的治療策略[42]。由于銀杏具有顯著的誘導CYP2C19活性效應，通過研究不同CYP2C19基因型健康中國人個體，銀杏與奧美拉唑（omeprazole，廣泛使用的CYP2C19底物）潛在的中西藥互作關系。結果顯示，銀杏誘導CYP2C19基因型模式依賴的奧美拉唑羥基化反應，隨后降低5-羥基奧美拉唑腎臟清除率。銀杏和奧美拉唑或其他CYP2C19底物共同服用可顯著減弱其藥效，還需更多證據(jù)支持[49]。這一研究證實個體化治療基于人體基因差異，可能發(fā)揮更好療效。

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