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表观遗传学的发展范文1
2012年，他的研究被《科技日报》列为一周（8月27日―9月2日）国际要闻报道（2012-09-03二版）；2012年，他的研究发表在影响因子高达25.9的《细胞―干细胞》上；2012年，美国Yale大学干细胞中心的NataliaB.Ivanova教授在CelStemCel上为他的研究撰写的评论指出：“本研究极大地扩展了目前我们对于干细胞自我更新和分化的分子机制的知识，为深入理解染色质修饰机制及其在胚胎干细胞自我更新和分化中的调控机理提供了重要的线索，并为今后进行新的、令人激动的进一步研究铺平了道路。”
一项成果引来关注
表观遗传学（Epigenetics）指的是在不改变基因的核苷酸序列的基础上，可以通过基因修饰，蛋白质修饰及蛋白质与蛋白质、DNA和其他分子的相互作用而影响遗传基因的调节，并且通过细胞分裂和增殖周期而遗传的新兴学科。表观遗传修饰通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、以及非编码RNA等调控方式来实现对基因表达的控制，在正常的细胞增殖、分化、干细胞维持自我更新、定向分化、胚胎发育、肿瘤发生、发展、机体正常代谢调节等过程中，起着非常关键的作用。因此，深入研究表观遗传学，对于维持正常机体发育、肿瘤发生发展、治疗和预防都具有重要的指导和实践意义。
2012年，李相芝教授的一项研究成果受到人们的广泛关注，使这位在表观遗传学领域默默耕耘十几年的科学家从幕后实验室走了出来，成为世人瞩目的焦点，盛赞之下，他却依然默默无闻的进行着自己喜爱的科学研究，波澜不惊。
这一年，李相芝教授与美国密歇根大学窦亚丽教授合作，系统研究了组蛋白乙酰转移酶MOF对于胚胎干细胞核心转录网络调控的分子机制。研究表明MYST家族组蛋白乙酰基转移酶MOF是胚胎干细胞核心转录网络的关键调控因子。尽管以往的研究表明组蛋白乙酰化在维持胚胎干细胞多能性中起着重要作用，但其调控机制仍然知之甚少。研究表明MOF作为干细胞多能性的关键调控因子Nanog的共激活因子介导基因的转录激活功能，维持干细胞多能性相关基因以及主要的分化、发育调控基因的表达。MOF不仅具有维持胚胎干细胞的自我更新的能力，也就是自我复制更多胚胎干细胞的能力；同时还确保胚胎干细胞的多能性，即胚胎干细胞正确的分化为体内各种组织细胞的能力。
李相芝教授表示，本研究利用Mof，Pcls转基因小鼠，基因敲除小鼠阐明组蛋白修饰对基因表达调控的影响；明确组蛋白修饰调控在白血病，乳腺癌等肿瘤的发生发展及侵袭转移中的作用；并发现新的组蛋白修饰因子，探明组蛋白修饰与DNA甲基化之间相互作用的分子机制，鉴定一些具有潜在临床应用价值的肿瘤诊断及治疗的新的分子靶标；发现针对乳腺癌、白血病等肿瘤的有效治疗靶点。为乳腺癌和白血病等肿瘤的预防、诊断、治疗提供分子标志及药物靶标。
一种坚持令人佩服
然而，众所周知，科研工作是一项长期且艰苦的脑力劳动，没有人能够随随便便成功，每一个成功者的背后，都有着数不清的汗水和泪水。
在这项成果发表之前，李相芝教授从在日本千叶大学医学院/理化学研究所免疫与过敏研究中心（RIKEN・RCAI）跟随著名的表观遗传学、发育生物学家古关明彦攻读博士学位开始，取得博士学位之后在美国密歇根大学病理系跟随著名的表观遗传学家YaliDou教授做博士后研究，到现在十多年间，他一直从事着干细胞、个体发育、肿瘤发生发展的表观遗传学调控研究，在表观遗传学调控研究方面撒下了辛勤的汗水，积累着丰富经验的同时也取得了丰硕成果。
近5年来，李相芝教授已在国际权威期刊（CellStemCel，MolecularCel，Mol.CellBiol.，Development，RNA，Epigenetics，Blood等）上发表十余篇高学术水平SCI论文，被引用200余次，尤其分别发表在国际顶级期刊CellStemCel及MolecularCel上的论文受到了国内外的广泛关注和专家高度评价。
2011年8月，山东大学医学院从美国密歇根大学引进李相芝博士为齐鲁青年学者特聘教授。在谈到自己在山东大学工作的情况时，李相芝教授说在山大的一年多时间里，无论是学校领导还是医学院、细胞生物学研究所的领导都给了他很大的帮助和自由的学术空间。他们“不会过多地限制我该做什么，不会特别看重我是否能在短期内出成果，刚开始我主要是将大量精力放在建设实验室，培养研究生基本技能，和本科、研究生及留学生教学等方面；同时抽时间凭兴趣做一些实验，虽然取得的成果有限，但过得很充实、很有意义。”
正是这种宽松的环境令李相芝教授的科研工作有了突破性进展，也正是这种学术氛围，让李相芝教授能发现令干细胞保持“干性”的关键蛋白，也正是这一关键蛋白对干细胞治疗疾病的潜力的发挥至关重要。
表观遗传学的发展范文2
表观遗传学研究发现，基因及其表达的遗传性改变不仅仅是指基因突变或基因多样性等DNA序列的变化。已知的三种可调节基因表达的表观遗传学改变主要是：基因组DNA的甲基化，组蛋白修饰，非编码RNA的调节（如microRNA）。上述机制均涉及外在因素在蛋白质编码序列不变的情况下仍可调节基因转录[4]。表观遗传学调节机制存在个体及组织差异性，并且可以随年龄增长、环境及疾病状态的改变而变化。表观基因组在基因组表达过程中起关键作用，个体间基因表达的不同造成药物不同的反应性，这可能是通过表观遗传学改变进行调节的。因此，目前认为表观遗传学改变可以帮助解释基因突变在药物反应中的作用，继而在临床医学中发挥作用，这一迅速崛起的新学科称为表观遗传药理学。个体间药物的反应性不同，该学科不仅研究表观遗传因子在这一过程中的作用，而且旨在开发新的药物靶点[5]。笔者认为表观遗传药理学与遗传药理学将共同在药理学、临床医学中发挥重要作用。目前为止，表观遗传药理学的大多数研究集中于肿瘤学领域，例如，研究细胞色素p450在个体间表达的差异。幸运的是，表观遗传学修饰的作用已被应用于解释其他复杂并且多源的现象，应用的范围越来越广。在这里，笔者总结了表观遗传修饰在心衰及心血管疾病治疗方面最新的研究。
1表观遗传修饰与心力衰竭
1.1组蛋白的修饰
庞大的真核生物基因组在高度保守的组蛋白的作用下得到了紧密的压缩。在核小体中，基因组DNA围绕核心组蛋白（核心组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两组）折叠、压缩，形成了染色体的基本单位。基因组DNA与染色体蛋白的相互作用有助于转录因子向靶基因片段聚集，从而调节转录活性[6]。通过这种机制，核小体利用其核心组蛋白的共价修饰传递表观遗传学信息。这些修饰包括组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化及SUMO化修饰。核心组蛋白的氨基末端从染色质丝上伸出来，与DNA或其他组蛋白、蛋白质等相互作用。该末端上的赖氨酸、精氨酸残基是组蛋白修饰的主要靶点。多数研究旨在了解赖氨酸乙酰化、甲基化的作用。事实证明，赖氨酸的乙酰化作用主要与染色质亲和力及转录相关，而赖氨酸的甲基化作用取决于何种残基被修饰。有趣的是，正如Mano所总结的那样，组蛋白乙酰化的调控与心肌肥厚相关。去氧肾上腺素可诱导心肌细胞肥大，这一过程需要乙酰基转移酶介导的组蛋白乙酰化。与此结果相一致的研究是针对Ⅱ类组蛋白去乙酰基酶（HDACs）5、9的研究，其通过抑制心肌细胞增强因子2（MEF2）的活性进一步阻碍致肥厚基因（pro-hypertrophicgenes）的表达来发挥抗肥厚的作用。与此相反，Ⅰ类HDACs具有相当强的致肥厚作用，其通过调节磷脂酰肌醇三磷酸酰胺磷酸酯酶的表达发挥作用。这意味着，HDACs在多水平上控制肌肉细胞的体积。
1.2DNA甲基化
在真核生物中，DNA甲基化是通过将甲基团转移到核苷酸胞嘧啶环的5''''位碳原子上完成的。在哺乳动物体内，DNA甲基化主要发生在基因的5''''-CG-3''''序列，也指的是CpG双核苷酸；人体内，大约70%的CpGs发生甲基化。另一方面，未甲基化的CpGs存在于许多基因的5''''端调控区域，以CpG岛的形式出现。与其他DNA区域相比，CpG双核苷酸在CpG岛出现的概率较高。人体内CpG岛甲基化的不同是表观遗传学改变的组成部分。DNA胞嘧啶甲基化有助于局部转录因子复合物的结合，其与组蛋白修饰共同在局部及整个基因组中影响染色体的结构。因此，DNA甲基化的一个重要作用是调控基因的表达。在这方面，CpG岛超甲基化可以使基因沉默，而低甲基化使基因发生转录。有人认为，甲基化是一种稳定遗传的修饰，但同时它也受到环境因素的影响。如小鼠野鼠色基因位点，可以受到其上游转座子甲基化状态的影响。从遗传角度来讲，完全相同的亲代其野鼠色基因不同的甲基化状态可使得后代出现不同的毛色[7]。最近，Kao等[8]的研究结果发现，DNA甲基化在心衰特定的基因转录调控中发挥作用。他们发现促炎症基因TNF-α可下调肌浆网Ca2+-ATPase（SERCA2A）的表达，这是通过增强SERCA2A启动子的甲基化状态完成的。Movassagh等[9]发现，在心肌病及人类心肌组织形成时甲基化的状态是不同的。而且，他们鉴别出三个基因位点（IECAM1、PECAM1、AMOTL2），在不同的心脏样本中，位点甲基化状态与基因表达的调控密切相关。
1.3MicroRNAs
MicroRNAs是短的双链RNA分子，来源于细胞核及细胞质中较大的RNA前体，其可以在基因转录后对基因表达发挥调节作用。miRNAs可以对30%～50%的蛋白质编码基因进行调控，这一过程主要是通过与mRNA3''''端未转录区域的碱基对进行互补结合，继而干扰转录，靶mRNAs可降解或暂时沉默[10]。miRNAs调节蛋白的表达是非常复杂的，多种miR-NAs可以作用于同一基因，不同基因也可受到同一种miR-NAs的调节。miRNAs的表达具有组织、疾病特异性。近年来，多种病理状态下的miRNA分子标记已被检测出来，如各种类型的肿瘤以及多种心血管疾病[11]。越来越多的证据表明，miRNAs与基本的细胞功能密切相关。目前，miRNAs与心衰的关系已得到明确，在过去的几年中，该领域的报道层出不穷。对心血管疾病的研究主要集中于两种心脏组织特异表达的miRNA家族（miRNA-1/miR-NA-133、miRNA-208）。多项研究显示，miRNA在健康、高血压以及不同病因所导致的人、小鼠、大鼠衰竭的心脏中均有表达，Divakaran等[12]发现心脏特异性的miRNA-208不仅可调节心肌细胞肥大、纤维化同时可在应激、甲退时调节β-肌球蛋白重链（β-MHC）的表达。这种miRNA由α-MHC基因的内含子编码。该基因编码α-MHC及一种主要的心肌收缩蛋白，使心脏变大，在应激以及激素信号作用下通过miR-NA-208及其作用位点发挥调节作用。再者，定向删除心肌特异性的miRNA，miRNA-1-2，揭示了它们在心脏中的多种功能，包括调节心脏的形态发生、电信号传导及细胞周期的调控。Thum等[13]发现，受损心肌中miRNA标记与胚胎心中miRNA表达的类型极为相似，这说明受损心肌中重启了胚胎基因的表达程序。Thum等[13]另一个发现是miRNA-21可以调控ERK-MAP激酶途径，这种调控在心脏成纤维细胞中尤为明显，心肌细胞中却没有这种表现，这可以影响到心脏的结构及功能。在成纤维细胞中，miRNA-21水平的增高可通过抑制特定基因来激活ERK激酶，经由这种机制，miRNA-21调节了间质纤维化、心肌肥厚。上述研究揭示了在心脏成纤维细胞中，基因调节的另一种方式是在miRNA介导的旁分泌水平上进行的。miRNA在心脏肥厚反应中的意义得到了进一步的研究，miRNA成为基因调控的主要调节因子。到目前为止，miRNA已被证实不仅可以影响心肌，还可以影响心脏电信号转导及调节血管再生[14]。
2表观遗传筛选方法
表观基因组学示意图不是固定的，它因细胞类型、时间的不同而不同，并且可在生理学、病理学、药物作用情况下发生改变。因此，作为人类基因组计划的后续工程，表观基因组测序是一项艰巨的任务。虽然判断基因组序列的表观遗传学状态是比较容易完成的，描绘整个表观基因组需要对数十个基因组进行测序，覆盖一个有机体在生命不同阶段的所有细胞类型。亚硫酸氢盐测序法是标测DNA甲基化类型最为准确的方法。基因组DNA与亚硫酸氢钠相作用，导致未甲基化的胞嘧啶脱氨基转变成尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶保持不变。为观察特定基因的甲基化状态，用特异性引物对目的片段进行扩增，随后对产物测序。在序列中，甲基化的胞嘧啶被标记为Cs，未甲基化的胞嘧啶为Ts。近来出现了多个对甲基化进行定位的全基因组研究方法，它们都是以甲基化和未甲基化的CpGs对限制性内切酶的敏感性不同为基本原理的。限制长度的基因组扫描利用两种酶双酶切DNA，一种是频繁切割的甲基化非敏感性限制内切酶，另一种是罕见的甲基化敏感性的酶如Not1，这种酶只有在非甲基化状态时才可以酶切所识别的位点。还有一种完全不同全基因组研究方法是利用DNA芯片技术，它可以一次性标测成千上万的CpG岛的甲基化状态。这种方法可以用来识别CpG岛，相对于正常的调控过程来说，CpG岛在肿瘤组织中发生甲基化。亚硫酸盐转化的替代方法是ChIP-seq方法（一种与测序相结合的染色质免疫沉淀方法）。通过免疫共沉淀技术使得目的蛋白与DNA发生交联，然后对DN段进行基因组测序。这一方法可以帮助识别任何DNA相关蛋白的DNA结合位点。该技术还可以提供组蛋白修饰的信息，如乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、SUMO化修饰。对ChIP技术进行改进得到的DCS方法，是将ChIP与消减式PCR进行偶联。该方法旨在避免基因组片段与芯片杂交后产生非特异性信号。以同样的方式可以检测人体病理状态下miRNA的作用，大多数研究是利用高通量的方法分析临床病例中总miRNA的表达情况。高通量技术是以miRNA基因芯片和real-timeRCP为代表的。尽管分子间的差别给这些技术带来了巨大的挑战，但miRNA芯片最大的优点是具有很高的特异性，而缺陷是其敏感性较低。
3药物可以改变表观遗传状态
表观遗传学改变正常及疾病状态下的表型，这可能意味着充分理解和调控表观基因组对于人类常见疾病的防治具有重要意义。表观遗传学为我们提供了一个重要的窗口，来认识环境与基因在疾病发生过程中的相互作用以如何调节这些作用达到改善人类健康的目的。miRNA派生的反义寡核苷酸是单链RNA分子，对其进行化学修饰可能是针对致病miRNA新的方法。但是这种方法困难重重，miRNA属于密切相关的家族，且很难合成针对每一种miRNA的反义寡核苷酸。再者，一个单独的miRNA可针对多种基因发挥作用，它们之中可能含有对心肌有益的分子。在这方面，寡核苷酸的化学修饰可能会特异性破坏miRNA与单个mRNA的作用，这可能是疾病治疗良好的备选方案。每一种miRNA可以以不同的强度针对成百上千的基因发挥作用，所以在体内miRNA修饰的最终作用尚不明了。最终，将miRNA拮抗剂应用于临床领域将面临很多困难，这与我们在基因治疗方面所遇到的极为相似，如导入方式、载体、特异性以及毒性等问题[15]。至少在理论上，针对特异性miRNA的方法将来可能是治疗缺血性心脏病、心肌肥厚、心衰、血管再生、离子通道病的有效手段，可控制心衰的发展。另一种方法可能是将靶DNA甲基化。一些影响基因组DNA甲基化的化学合成剂已经应用于临床，例如5-氮胞嘧啶、抑制甲基转移酶的氮胞嘧啶可以使DN段脱氨基。其它药物是通过阻碍甲基化酶的活性而发挥抑制甲基化作用。更多信息可参照Gomez等[16]的文章。除了要开发可以调节DNA甲基化的药物外，还需要设计可以影响组蛋白修饰的药物。在抗肿瘤药物的发展过程中，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂占据着重要地位，它可以通过逆转与肿瘤相关的异常表观遗传改变，继而发挥作用。已有证据表明，在心肌肥厚时，HDAC抑制剂可修复基因表达程序。Gallo等证明体外试验中，曲古霉素A、丁酸钠可延缓心脏肥厚。
4表观遗传学和环境
众所周知，环境因素如毒素、饮食可以影响DNA甲基化和染色质修饰，并且可遗传给下一代。雌激素、抗雄激素类物质可改变DNA甲基化状态降低男性的生育能力，这也是可遗传的。该假说认为，环境因素可以改变表观遗传学标记和基因表达形式，这可能在人类疾病研究中具有重要意义。常见疾病大多受到基因和环境因素的双重影响，环境可诱导表观遗传结构发生改变，进而将基因和环境因素联系起来[17]。年龄在基因与环境相互作用中发挥重要作用。常见病的发病率随着年龄的增加不断增高，这与在人的一生中表观遗传学改变不断累积有关。有研究发现，相对于年轻者而言，年长的同卵双胞胎体内总DNA甲基化及组蛋白H3K9乙酰化的水平较高，但该研究没有检测同一个体中表观遗传学改变随时间变化的情况。
表观遗传学的发展范文3
关键词 药物成瘾，表观遗传学，组蛋白乙酰化，DNA甲基化。
分类号 B845
药物成瘾作为一种慢性复发性脑疾病。复吸率达95％以上。环境线索诱发的复吸一直是药物成瘾治疗的难题，大多成瘾者在经过戒毒治疗之后对环境刺激没有明显的渴求和复吸倾向，但离开戒毒所回到原来的生活环境之后，又会出现很高的复吸率。主要原因就是成瘾药物导致的异常记忆的长期存在所致。FosB是目前成瘾与学习记忆相关领域内发现保持时间最长的分子，但其时间长度显然无法与成瘾行为及成瘾记忆的长期性相匹配。成瘾记忆长期性的分子机制有待进一步探索。神经细胞中唯一保持稳定的就是染色体组，研究表明DNA甲基化等表观遗传学的改变是发育过程中细胞记忆的重要分子基础，进而维持细胞在分裂过程中保持表型的相对稳定，尤其是某些基因的甲基化能使该基因永久沉默和不再激活，有可能是细胞分化结束后记忆长期保持的重要分子机制。提示表观遗传变异的长时稳定性也许可作为成瘾长期性的非常重要的候选机制。因此，表观遗传学有可能为成瘾记忆长期存在的脑机制研究提供新视角，并且为药物成瘾的临床治疗提供新的思路。
2 成瘾记忆长期性分子机制的研究进展
2.1 学习记忆的异常改变是药物成瘾长期存在的重要原因
药物成瘾的形成是从偶尔或控制性使用药物发展到不可控制的强迫性使用药物的过程，其主要特征是产生不惜一切代价的觅药行为并长期保持这一行为。这一过程伴随着学习记忆功能的变化。大量研究表明，不论是学习记忆还是成瘾过程都使相应脑区结构和功能发生长时程变化从而导致行为改变。药物成瘾过程与学习记忆可能存在相同的神经生物学基础。行为学实验表明二者作用于相同的脑区，学习记忆过程中起关键作用的相关脑区(如，海马)参与成瘾药物的强化效应，在药物成瘾过程中起关键的作用的中脑多巴胺系统也参与学习记忆过程；电生理实验证明二者有相同的细胞机制，尽管成瘾药物主要通过中脑多巴胺系统产生强化作用，学习记忆过程主要发生于海马、杏仁核、前额叶皮层等脑区，但两个过程都在相应脑区出现细胞突触长时程增强(LTP)或长时程抑制(LTD)现象；分子生物学研究表明，学习记忆和成瘾的形成无论发生在哪一脑区，不论是通过何种信号转导机制最终大多汇聚于环一磷酸腺苷反应元件结合蛋白(CREB，cAMP-response element binding protein)，并通过CREB调控相应的靶基因改变细胞的可塑性。此外，某些个体初次接触成瘾药物就能产生深刻记忆从而形成和维持强迫性用药行为；戒断很长一段时间的成瘾行为仍能由条件线索诱发。以上事实表明学习记忆功能的异常改变并长期保持是产生药物成瘾的重要原因。
2.2 成瘾相关记忆长期性的分子生物学机制
成瘾药物进入体内会导致海马、前额叶皮层、中脑腹侧被盖区(VTA)及伏隔核等学习记忆相关脑区的多巴胺、谷氨酸等神经递质释放的异常变化，通过作用于相应的受体引发一系列分子事件，包括激活细胞内信号转导通路，改变神经营养因子、转录因子、即刻早期基因或染色体的结构等，并最终引起突触的可塑性、甚至神经元的形态结构发生变化，从而导致成瘾记忆的长期存在。因此阐明成瘾记忆长期性与顽固性的分子机制是治疗药物成瘾的关键。
CREB是目前研究最多的与成瘾记忆密切相关的分子机制之一，大多数成瘾药物都可以通过直接或间接途径增加多巴胺的释放，然后通过作用于D1受体增加cAMP的释放从而活化PKA，使CREB磷酸化调控靶基因的转录，调节成瘾药物的行为效应。CREB也是哺乳动物长时记忆形成的必要环节，促进海马、杏仁核CREB的活动的动物学习记忆能力增强。因此，CREB在药物成瘾与学习记忆相关基因表达过程中起枢纽作用，参与成瘾记忆的形成。长期慢性成瘾药物处理可使cAMP/PKA/CREB通路的功能上调，导致异常的记忆形成。毋庸置疑，cAMP/PKA/CREB通路的变化是成瘾记忆产生的关键分子机制之一，但是CREB的变化在停止药物使用后几天内便恢复正常，不能解释药物戒断后很长一段时间内(甚至终身)成瘾记忆长期存在这一客观事实。可能的解释是CBEB的变化是启动而不是维持成瘾记忆长期存在的更加稳定的分子机制的必要环节。
FosB是目前成瘾与学习记忆领域内保持时间最长的分子，在成瘾药物急性作用下通过cAMP/PKA/CREB通路诱发即刻早期基因c-fos、c-jum的表达，但在数小时后便恢复到正常水平。FosB也是Fos蛋白家族成员之一，但对药物的急性效应无明显的反应。相反在成瘾药物的反复作用下，FosB的表达逐渐增加，而c-fos、c-jun的表达逐渐减少。FosB蛋白具有较高的稳定性，在停止药物后数月内都保持相对稳定。FosB一旦形成后便能调节许多靶基因表达，细胞周期素依赖激酶5(cdk5)基因便是其调控的最重要的靶基因之一，参与神经元的生长。因此，FosB的高表达能够增强突触的可塑性，甚至改变神经元的形态，维持成瘾记忆的长期性。但是FosB蛋白的变化在停止药物后只能保持几个月，其时间长度仍然无法与成瘾行为及成瘾记忆的长期性相匹配。
2.3 成瘾记忆长期性的表观遗传学研究
表观遗传学(Epigenetics)是研究核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可以遗传的变化的一门遗传学分支学科。其中DNA甲基化的改变一般不可逆转，是发育过程中细胞记忆的重要分子基础，维持细胞在分裂过程中保持表型的相对稳定。由此推测表观遗传学的变化，尤其是基因的甲基化能使该基因永久沉默和不再激活，有可能是细胞分化结束后记忆长期保持的重要分子机制。可以推测DNA甲基化等表观遗传学的改变可能是成瘾记忆长期存在的分子基础之一。
真核生物的遗传信息主要储存在染色体上，染色体的基本结构主要是H2A、H2B、H3、H4四种组蛋白构成的八聚体以及缠绕在上面的DNA所组成。染色体空间结构的变化调节转录因子与相关基因的结合，从而控制基因的表达。表观遗传学机制主要通过改变染色体的空间构型来影响基因的表达，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰(包括乙酰化、甲基化、磷酸化等)、染色体重塑和非编码
RNA(如RNAi)等作用方式。DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑之间是相互作用的，染色质的重塑和组蛋白的去乙酰化是相互依赖的，DNA甲基化可能需要组蛋白去乙酰化酶(HDACs)的活动或染色质的重塑中的成分参与。通常，DNA甲基化、组蛋白去乙酰化和染色质的压缩状态和DNA的不可接近性，以及基因处于抑制和沉默状态相关；而DNA的去甲基化、组蛋白的乙酰化和染色质松散状态，则与转录的启动、基因活化和行使功能有关。DNA甲基化是最早发现的基因表观修饰方式之一，可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。DNA的甲基化是在DNA甲基化转移酶(DNMTs)的作用下使CpG二核苷酸5’端的胞嘧啶转变为5I甲基胞嘧啶。乙酰化转移酶(HATs)主要是在组蛋白H3、H4的N端尾上的赖氨酸加上乙酰基，去乙酰化酶(HDACs)则相反。不同位置的修饰均需要特定的酶来完成，通过这些酶作用改变染色体的空间结构。
成瘾药物会导致VTA、NAe和其他相关脑区的mRNA水平的改变。这些基因表达的变化在戒断后可存月余。这些长时程的变化使人们将研究染色质重塑作为长时程甚至终身持续影响大脑奖赏区域的基因表达的分子基础。最近研究表明，早期接触成瘾药物不改变基因编码而调控基因活性的表观遗传学机制，对成熟的神经元具有长效作用从而增加成年后的成瘾易感性，并且在急性或慢性接触成瘾药物的过程中表现出不同的作用机制。
急性可卡因注射导致纹状体的e-Fos和FosB表达，并且这个现象与给药后30分钟内的H4乙酰化的短暂增加有关。CBP因为其内在的组蛋白乙酰化活性，在药物导致的FosB基因组蛋白乙酰化过程中起了重要的介导作用，并且也可能在其他基因中也起了类似的作用。急性可卡因注射也能诱导出e-Fos基因启动子的H3的乙酰化，并且这种作用需要蛋白激酶MSK1。相对于急性处理，慢性可卡因处理和自我给药可以激活或者抑制许多不同的基因。比如急性或者慢性处理都会产生FosB基因，但是急性暴露使H4产生乙酰化而慢性处理使H3产生乙酰化。慢性成瘾药物处理后特异性诱导的基因，比如Cdk5和Bdnf基因也表现出H3的乙酰化，并且得到证明的确是这种表观遗传学的变化引起来特定基因表达的变化。因为慢性处理后的戒断期，出现了可卡因引起的BDNF启动子的组蛋白乙酰化，组蛋白修饰的变化是先于这个区域BDNFmRNA和蛋白质的增加。
在急性和慢性给药引起的表观遗传学修饰不同，存在着由H4乙酰化向H3乙酰化的转变。在海马急性和慢性电刺激之后也会有这种类似的转变。这提示H3乙酰化可能象征着一种染色质变化的信号，代表持久稳固或者重复激活的基因的。HATs(组蛋白乙酰基转移酶)和HDACs(组蛋白去乙酰化酶)对于H3H4的特定乙酰基残余的催化反应的特异性现在知之甚少。急性或慢性处理之后，HATs或HDACs对于基因调控的截然相反的作用可能介导了H4乙酰化向H3乙酰化的转变。
全基因组水平的表观遗传修饰的检测手段使相关基因的筛查更为有效。可卡因调控Cdk5和Bdnf基因的组蛋白乙酰化，使应用染色体免疫沉淀芯片(ChIP on ChiD)或SACO[301的方法探索全基因组层面的染色质结构的检测方法显示出重要作用，提示染色质水平的失调可能导致可卡因成瘾。基因组层面的表观遗传学方法在发育和肿瘤生物学领域曾发现了许多令人振奋的结果，现在类似的研究正在成瘾研究中进行。现在Nestler的实验室初步鉴定了几百个慢性可卡因处理后显著过高或过低乙酰化的基因。
此外，慢性可卡因处理可引起甲基化CPG岛结合蛋白2(MeCP2)与甲基化CPG岛结合蛋白MBD1的高表达，通过蛋白去乙酰化酶抑制下游基因的表达参与成瘾过程。以上结果提示染色体重塑(组蛋白乙酰化与DNA甲基化)可能在成瘾记忆的形成与保持过程中起关键作用，从而为成瘾记忆长期性的分子机制提供了新的研究思路。目前研究初步发现组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDAC)参与苯丙胺行为敏感化的联想性学习记忆过程，这些结果表明表观遗传学的变化参与维持成瘾过程中神经适应性的变化。
尽管在许多成瘾关键因子中发现了表观遗传学修饰，但有证据表明这些修饰可能通过不同的作用机制起作用。转录因子FosB与成瘾状态的转换有关，在NAc能显示出在可卡因作用下大于25％的mRNA稳定状态所有变化。染色体免疫沉淀能显示其中一种mRNA的反应，可卡因能引起Cdk5基因14的FosB直接激活，而Bdnf基因则不是直接激活FosB，说明这些基因转录调控的变化不是通过相同的机制。Cdk5基因的激活部分介导了慢性可卡因引起的NAc中的树突可塑性。这些发现都支持这样一个模型：FosB的积累和特定启动子的染色体重塑因子相互作用在成瘾的发展和维持中发挥重要作用。
3 研究展望
表观遗传学和药物成瘾都不是新兴的研究领域，但是从表观遗传学角度研究成瘾问题，是近几年兴起的一个研究热点。从表观遗传变异解释药物成瘾的神经可塑性变化和精神依赖，为成瘾药物奖赏性的后天获得和成瘾相关记忆长时存在都提供了很有力的解释机制。目前对于成瘾进程中的一些关键因子的组蛋白乙酰化有了初步的研究，研究的结果使我们看到了更多表观遗传机制在药物成瘾研究领域的前景。
3.1 成瘾记忆再巩固过程的表观遗传机制研究
近几年来，记忆再巩固是学习记忆领域里的一个研究热点，结果表明记忆再巩固与记忆巩固存在部分共同的神经机制，但它不是巩固过程的延续，而是记忆过程中的一个独立现象，存在特有的神经机制。再巩固理论为成瘾记忆的长期性提供了一种新的解释机制，在特定环境使用成瘾药物会激活已经形成的成瘾记忆，被激活的记忆后会变得不稳定，在成瘾药物作用下能够促进记忆的再巩固过程，使原有的记忆痕迹更加牢固，多次结合后便产生病理性记忆，这种异常的再巩固机制可能导致成瘾记忆长期存在。
记忆再巩固过程需要合成新的蛋白质来维持原来的记忆的稳定，记忆提取激活后在外周或记忆相关脑区(如，海马、基底外侧杏仁核、伏隔核)注射蛋白合成抑制剂能阻断原来形成的成瘾记忆。ERK是参与成瘾记忆再巩固过程的重要分子，药物相关的环境线索在唤醒成瘾记忆时能够激活ERK的表达，记忆唤醒后抑制ERK通路可阻断记忆的再巩固过程，从而消除或减弱原来的成瘾记忆，抑制ERK通路下游的锌指蛋白(Zif268)的表达同样能干扰记忆的再巩固。说明ERK通路是成瘾记忆再巩固的关键环节，这种反复的再巩固过程和其积累效应会导致一段时间内相关记忆不容易消退致使成瘾记忆长期存在。记忆再巩固的表观遗
传机制研究可能是该领域研究的一个新的趋势。
3.2 成瘾过程中促进记忆的基因与抑制记忆基因的表观遗传学改变
许多基因参与记忆形成、巩固、保持与提取过程，一类是记忆促进基因(memory promoting genes)，另一类是记忆抑制基因(memory suppressing genes)。目前大多数研究关注记忆促进基因在记忆形成过程中的作用，发现了一些在短时记忆转化为长时记忆过程中起关键作用的基因。相对于记忆促进基因研究取得的重要进展，目前对记忆抑制基因情况知之甚少，蛋白磷酸酯酶1(proteinphosl)hatase1，PP1)与cAMP反应元件结合蛋白2(CREB2)是目前已知的两个抑制长时记忆形成的分子，二者都是多巴胺受体激活后诱发的cAMP/PKA/CREB通路的重要环节，抑制PP1与CREB2基因的表达则促进短时记忆向长时记忆的转换。提示这种甲基化的发生与记忆形成过程中匹配的环境线索相联系，即在条件化的过程起重要作用。因此，综合研究成瘾药物作用先记忆促进与记忆抑制基因的表观学变化便于更清晰的阐明成瘾记忆长期存在的分子机制。
3.3 存在的问题
许多表观遗传调控子的特异性拮抗剂的缺乏阻碍了精神障碍相关的染色质重塑的研究。所有的可用的组蛋白去乙酰化酶(HDACs)的拮抗剂都是非特异性的，能够阻止所有一型和二型的HDACs。更别说一些特定的HDACs(比如三型HDACs:termedsirtuins酵素和二型HDACs:HDAC6)除了组蛋白还能使其他蛋白质脱去乙酰基，这就使对这些抑制剂的生物学作用的解释更加复杂化了。特定HDACs或其他染色质重塑的特异性抑制剂才能使我们区分出精神病理现象中表观遗传调控机制所起的特定的作用。
表观遗传学的发展范文4
HIC-1在肿瘤发生中的作用机制肿瘤的发生通常伴随着表观遗传学的改变，包括基因甲基化、组蛋白修饰和非编码小RNA干扰等，这些改变可使基因功能发生变化，从而导致细胞恶变。事实上，异常的表观遗传学修饰是肿瘤形成的必然要素，其已成共识。越来越多的研究证明，HIC-1基因表观遗传学的改变，参与了多种肿瘤的发生。
启动子的甲基化与肿瘤的发生
一般认为，HIC-1是一种肿瘤抑制基因，在多数实体瘤和白血病中表现为表观遗传学沉默，如前列腺癌、非小细胞肺癌、乳腺癌、胃癌和肝癌、食管癌、非精原生殖细胞癌、儿童髓母细胞瘤、神经胶质瘤和室管膜瘤。应用甲基化特异性PCR（MSP）和重亚硫酸盐测序发现，人类许多实体瘤和白血病中HIC-1均表现出高甲基化。例如，Yamanaka等在研究前列腺癌的发生与7种基因甲基化的相关性时发现，HIC-1的甲基化率为99%；Eguchi等在非小细胞肺癌标本检测出33%的肿瘤组织和31%非肿瘤组织中有HIC-1启动子的甲基化，且基因的甲基化程度与肿瘤分化程度呈负相关；Fujii等对39例原发性乳腺癌组织研究发现，有26例肿瘤组织（67%）出现HIC-1基因的完全甲基化。一般认为HIC-1启动子区域的高甲基化可抑制HIC-1表达，且整个HIC-1基因的表达水平随肿瘤的发展不断降低。
HIC-1的表观遗传学失活可能促使细胞在肿瘤形成早期调整生存模式和信号通路，或调整一系列特异性转录因子的表达。将HIC-1基因人为导入该基因失活的肿瘤细胞株可明显降低肿瘤细胞的成活率。然而，HIC-1启动子甲基化也被发现存在于儿童正常脑组织、成人脑和前列腺上皮组织中。此外，在已确诊的急性白血病和慢性粒细胞性白血病慢性期的病人中，仅有少数病人出现HIC-1甲基化。但在复发的急性淋巴细胞白血病和急转的慢性粒细胞性白血病病人中，HIC-1均表现出高甲基化。故HIC-1甲基化已被认为是造血系统肿瘤的晚期事件，提示降低HIC-1的表达可能存在其他机制。通过以上例证说明，HIC-1启动子区域的甲基化程度与肿瘤的发生、发展有密切关系。干预肿瘤细胞HIC-1启动子甲基化，有可能对抑制肿瘤的发生、发展具有积极作用。
HIC-1与p53抑癌基因的协同作用
HIC-1识别的一个重要靶点是SIRT1（thesilentmatingtypeinformationregulationhomolog1），该基因编码一种去乙酰酶。SIRT1可使p53去乙酰化，降低p53基因对细胞凋亡和（或）增殖的调节能力。据报道，在正常生理情况下，HIC-1能抑制SIRT1转录，进而抑制p53去乙酰化；但在肿瘤细胞中HIC-1表观遗传学的失活，导致SIRT1水平升高。p53因去乙酰化作用而失活，促使细胞抵抗凋亡而成活。另外，HIC-1的启动子区域存在PRE，意味着HIC-1是p53的直接靶基因，p53能激活HIC-1的转录而不依赖于其甲基化状态。因此，这个p53/HIC-1/SIRT1调节通路是HIC-1作为肿瘤抑制基因发挥作用及其与p53协同作用的重要途径。
HIC-1与p53的双杂合性缺失模型进一步证实了HIC-1以及HIC-1与p53协同作用在肿瘤发生、发展中的意义。Chen等研究发现，HIC-1+/-小鼠在老年时期发生一系列具有性别依赖性的恶性肿瘤，HIC-1+/-p53+/-小鼠骨肉瘤的发生率（35%）较p53+/-小鼠（20%）高，且具有年龄依赖性。在64只HIC-1+/-p53+/-小鼠中发现5例乳腺肿瘤（4例腺鳞癌，1例肌上皮瘤）及7例卵巢肿瘤，在p53+/-小鼠中仅发现1例卵巢血管肉瘤，而在HIC-1+/-小鼠中未发现上述肿瘤。
HIC-1在肿瘤发生中的其他作用机制
最近研究表明，肿瘤细胞中HIC-1的失活能使成纤维细胞生长因子结合蛋白1表达增加，从而导致血管形成或增生。Zhang等发现，HIC-1能调节ephrin-A1(EFNA1)基因的直接转录，从而抑制上皮肿瘤的形成。另外，实验结果表明，HIC-1是一种新的细胞生长调控机制中的核心分子，这种HIC-1介导的信号通路的中断将导致异常细胞增殖和肿瘤形成。Boulay等发现，肿瘤发生过程中HIC-1的缺失通过上调乳腺上皮细胞中β2肾上腺素能受体的表达促使肿瘤转移。此外，HIC-1还是调节细胞生长及凋亡关键基因的中心转录调节因子，在髓母细胞瘤中HIC-1对Hedgehog信号通路具有抑制作用，在干细胞功能中HIC-1能调节Wnt信号通路。
HIC-1在肿瘤治疗中的意义由于HIC-1基因受p53基因调控，而p53基因又是迄今报道人类肿瘤中突变频率最高的基因之一，且目前报道的p53基因突变肿瘤中有75%以上为错义突变，致使p53基因功能丢失，因此，通过活化其下游HIC-1作为靶点，是p53基因突变肿瘤治疗的有效选择；而对于野生型p53肿瘤，若联合HIC-1靶点干预可能效果更佳。在许多实体瘤及白血病中，由于HIC-1启动子甲基化导致HIC-1沉默或低表达，DNA甲基化状态可用DNA甲基化酶抑制剂消除。因此，HIC-1成为DNA甲基化酶抑制剂5-氮杂-2-脱氧胞苷（5-Aza-2`-deoxycytidine,Decitabin,5-CdR）的治疗新靶点。Nicoll等研究发现，通过5-CdR恢复HIC-1功能有可能改善乳腺癌病人的预后。另有研究表明，5-CdR的联合应用可增强头颈部鳞状细胞癌的放射治疗效果。另外，Eggers等通过临床研究发现，HIC-1可作为预测肾癌病人无复发生存率的独立因子。因此，深入研究HIC-1基因的功能与作用机制，将有助于应用靶向药物治疗肿瘤。
表观遗传学的发展范文5
[关键词]表观遗传修饰；DNA甲基化；牙周病；炎症；细胞因子
[中图分类号]R 781.4[文献标志码]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.02.034
Association between epigenetic modification and periodontal diseasesLei Dan, Jiang Su, Wu Yafei, Zhao Lei.（Dept. of Periodontics, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, China）
[Abstract]Periodontitis is a multifactorial infection characterized by inflammation and destruction of tooth supporting tissues, the main cause of tooth lost. The pathogenesis is complex. Not only the periodontal pathogens and its metabolites damage the tooth supporting tissues directly, but also trigger immune response. Cytokines are pro－ducted during the immune response. In recent years, some researches demonstrated that the expressing of cytokines gene was regulated by epigenetic modification. Owing to cytokines, epigenetic modification has something to do with the periodontitis. In this review, the epigenetic modification involved in periodontitis and research progress were discussed.
[Key words]epigenetic modification；DNA methylation；periodontitis；inflammation；cytokine
表观遗传学的概念与遗传学相对，1942年，沃丁顿最早提出了“epigenetics”一词，主要指研究基因型和表型之间的关系。1987年，霍利迪针对“epigenetics”给出更进一步的定义[1]，即现在比较统一的认识，他认为其是一门主要研究没有DNA序列改变并且可以遗传的基因功能变化的学科。表观遗传机制主要是通过调控基因转录来调节基因的表达，表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化、DNA乙酰化、基因印记、基因沉默等[2]。本文就DNA甲基化和组蛋白乙酰化与牙周病的相关性作一综述。
1表观遗传学及相关概念
1.1DNA甲基化
DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases，DNMT）的作用下，催化S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将一个甲基基团添加到DNA分子中的碱基上。这种甲基基团的添加主要发生在DNA的转录启动因子CpG岛（基因组中富含CpG二核苷酸的一些区域）内的胞嘧啶C5上的碳原子，形成5-甲基胞嘧啶[3]。DNA甲基化后，能直接干扰特异转录因子，如核因子-κB与启动子的识别位置结合，甲基CpG结合蛋白与转录因子竞争性结合甲基化DNA位点，均可使转录因子与DNA分子的结合减少，因此DNA甲基化会抑制特定基因的转录过程。如果DNA未发生甲基化或者去甲基化后，特定转录因子与DNA分子的结合会恢复正常或者增多，因此DNA去甲基化能够促进特定基因的转录过程[4]。
1.2染色体组蛋白修饰
组蛋白是染色质基本结构单位核小体的核心部分，外周被DNA缠绕。当组蛋白发生结构改变，即发生组蛋白修饰时，常常会影响基因的转录和表达。目前，有关组蛋白修饰的研究多集中在组蛋白乙酰化方面。组蛋白乙酰化是组蛋白乙酰基转移酶（histone acetyltransferase，HAT）将乙酰辅酶A的乙酰基部分转移至组蛋白氨基末端上特定赖氨酸残基的ε-氨基基团上。带负电的乙酰基消除了氨基基团的正电荷，此时DNA分子本身的负电荷使得DNA构象展开、核小体结构松弛。松弛的核小体结构可促进转录因子与DNA分子的接触，因此组蛋白乙酰化激活了特定基因的转录过程；当组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）移去组蛋白赖氨酸残基上的乙酰基时，组蛋白恢复正电性，增加了与DNA之间的吸引力，使启动子不易接近转录调控元件，从而反向抑制特定基因的转录[5]。
近年来，许多学者进行了表观遗传修饰的相关研究，大多涉及的均是肿瘤、癌症、自身免疫性疾病等，对炎症性疾病的研究较少。
2炎症发生的分子机制
炎症反应以免疫细胞的渗出为其重要特征，渗出的免疫细胞分泌的细胞因子与炎症的发生发展紧密相关。免疫细胞主要包括T细胞、B细胞、单核吞噬细胞和树突细胞等。T细胞是参与炎症反应的重要免疫细胞，慢性炎症炎灶部位出现大量激活的CD4+T辅助细胞（T helper，Th），识别并帮助CD8+Th细胞杀死外源病原菌。CD4+Th细胞还能分化为多种效应T细胞：Th1、Th2、Th17。
3表观遗传修饰对炎症反应的调控
3.1Th1/Th2细胞的分化及其细胞因子
天然CD4+T细胞在抗原呈递细胞信号作用下，分化为Th1或者Th2细胞，发挥不同的免疫功能。Th1细胞能够调节细胞免疫，分泌干扰素（interferon，IFN）-γ、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白细胞介素（interleukin，IL）-2等细胞因子抵抗细胞内的细菌或病毒。Th2细胞介导体液免疫，分泌IL-4、IL-5、IL-13等细胞因子，抵抗胞外病原体[6]。
天然CD4+T分化为Th1和Th2细胞依赖于表观遗传修饰。包括各自特异性细胞因子基因的组蛋白乙酰化和DNA甲基化等。Th1细胞的分化受ifn-γ基因DNA低甲基化及组蛋白3高乙酰化和Th2的特征细胞因子———il-4、il-5、il-13基因的表观遗传沉默的调控，而Th2细胞分化则受il-4、il-13基因的组蛋白3快速乙酰化和Th1特征细胞因子———ifn-γ基因的表观遗传沉默的调控[7]。
3.2Th17细胞分化及细胞因子
CD4+T除分化为Th1和Th2外，近年来发现了一种新的Th细胞亚群，即Th17细胞。Th17细胞分泌IL-17和IL-17F，具有较强的促炎性，在炎症疾病中具有重要作用。与Th1、Th2的分化一样，Th17的分化也受表观遗传修饰的调控，其特点为il-17基因启动子区存在组蛋白乙酰化和甲基化现象[8]。
3.3CD8记忆性T细胞的分化及其细胞因子
CD4+T细胞与CD8+T细胞的激活密切相关。天然CD8+T细胞激活分化为CD8记忆性T细胞（CD8 memory T cells，CD8Tm）。CD8Tm能分泌促炎细胞因子，如IL-2、IFN-γ，参与炎症反应。CD8+T分化为CD8Tm的过程中受表观遗传修饰的调控，其特点是细胞因子il-2和ifn-γ基因启动子区DNA低甲基化和ifn-γ基因启动和增强区的组蛋白乙酰化[9]。
综上可知，炎症反应中的免疫细胞在发挥定向分化功能的过程中，存在表观遗传修饰，与炎症性疾病的发展密切相关[10]。
4表观遗传修饰与牙周病的调控
4.1对基因的调控
现在人们普遍认为，研究表观遗传现象的一个经典模式就是双胞胎。同卵双生的2个人具有完全相同的基因组，在同样的环境中长大后，他们在性格、健康方面仍会有较大的差异[11]。
在对双胞胎牙周疾病的研究中，学者们发现其牙周病的表型往往有所不同。Torres de Heens等[12]在排除了教育程度、吸烟、病原菌等的影响，对同卵双胞胎的牙周病表型进行研究后发现，同卵双胞胎之间的附着丧失、牙槽骨吸收程度均不一致，且双胞胎年龄越大，牙周病表型的差异性也越大。由此提示，表观遗传修饰可能参与了牙周病相关基因表达的调控。
X染色体上的基质金属蛋白酶组织抑制因子（tissue inhibitor of metallo proteinase，timp）-1基因表达产物TIMP-1是基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的抑制因子，其可通过酪氨酸蛋白激酶和丝裂素活化蛋白激酶途径促进破骨细胞的骨吸收作用；在高浓度时抑制MMP活化，在低浓度时反而促进MMP的活化。正常状态下，女性2条X染色体中的一条处于甲基化修饰状态时，此X染色体上的基因不表达[13]。国内外学者均在女袭性牙周炎患者中发现，2条X染色体上的timp-1基因都处于去甲基化状态时，才有活性表达，由此会引起TIMP-1生成增多，促进牙槽骨吸收。男性只有一条X染色体，由此提示，女袭性牙周炎的发病率高于男性可能与timp-1基因的表达有关[14]。
4.2牙周致病菌
牙龈卟啉单胞菌、伴放线放线杆菌是常见的牙周致病菌，检出率高，致病作用确定。
牙龈卟啉单胞菌是检出率最高的牙周致病菌，与牙周病密切相关。伴放线放线杆菌的致病性与其毒力因子密切相关，如菌毛和囊泡可介导其对宿主上皮细胞的黏附、侵入，毒素分泌等[15]。DNA腺嘌呤甲基转移酶是DNA甲基化的关键酶，与革兰阴性菌的生物功能相关，可调节毒力相关基因的表达。Wu等[16]在研究伴放线放线杆菌时发现，敲除dam基因的菌株和标准菌株与人口腔上皮癌细胞黏附后，缺乏株分泌的白细胞毒素是标准株的24倍。这可能是因为敲除dam基因后，伴放线放线杆菌白细胞毒素基因的DNA甲基化减少，呈低甲基化状态，dam基因的表达增强导致的。但具体作用机制不明确，需进一步研究证明。
4.3调控牙周炎症反应
4.3.1发病机制牙周病的始动因子是牙菌斑。菌斑微生物及其毒性产物引发并驱动炎症反应，同时激活宿主的免疫细胞，产生并释放多种细胞因子。IL、IFN、转化生长因子-β、TNF、前列腺素E2等，能调节破骨细胞的分化，导致牙槽骨吸收。MMP可以直接破坏和降解胶原，还可以通过分泌细胞因子，降解结缔组织，并使其降解持续和延长，是牙周组织破坏的最主要侵袭者。牙周炎发病过程中，涉及的细胞因子主要有IL-6、IL-8、IFN-γ、TNF-α、MMP等。
4.3.2调控牙周病相关细胞因子表观遗传修饰调控细胞因子基因的表达，DNA高甲基化和组蛋白去乙酰化可抑制细胞因子的表达，而DNA低甲基化和组蛋白乙酰化则能促进基因的表达。在牙周炎患者中，常常有多种细胞因子的表达增高。有研究[17-19]发现，细胞因子的分泌增多与其基因的表观遗传修饰存在相关性。慢性牙周炎患者的口腔上皮细胞中，ifn-γ、il-6、tnf-α基因启动子区DNA常常处于低甲基化状态，促进了相应的mRNA表达增多，分泌了IFN-γ、IL-6、TNF-α蛋白[20]。牙周炎活动期ptgs2基因启动子DNA甲基化仅为静止期的1/5，因此活动期PTGS2的表达较静止期明显增多。在侵袭性牙周炎和慢性牙周炎患者的口腔上皮细胞中，il-8基因启动子区的低甲基化均明显高于健康对照组。由此可见，表观遗传修饰的DNA甲基化能够调控ifn-γ、il-6、tnf-α、ptgs2、il-8基因的转录，在牙周炎症的发生发展中起一定的作用。
5小结和展望
表观遗传修饰的DNA高甲基化能抑制细胞因子基因的表达，反之则可促进其表达，此过程的调控依赖于DNA甲基转移酶和组蛋白去乙酰化酶，以及它们的促进剂或抑制剂[21]。表观遗传修饰与牙周病的相关性尚处于探索阶段，学者们在牙周炎症组织中发现存在表观遗传修饰的改变，但其具体机制尚不明确，需进一步研究。
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表观遗传学的发展范文6
关键词 遗传学实验 教学创新 开放式教学 实验管理
中图分类号：G423 文献标识码：A
现代生命科学以及由此衍生出的生物技术和生物工程与基因都发生着丝丝缕缕的联系。遗传学正是研究基因的科学。遗传学基础理论的发展和应用研究，已使工业、农业、林业和医药产业等相关领域发生了巨大变革。随着新技术、新方法的出现，遗传学的研究内容也正发生着深刻的变化，并导致社会对人才的基本素质提出了更高的要求。作为人才培养摇篮的高等教育，怎样适应学科发展的需要，在生命科学领域培养出创新型人才，是高等教育工作者一直在思考的问题。
遗传学实验教学作为理论教学的补充，不仅能验证教材上抽象的理论，辅助学生掌握知识，还可以训练学生动手能力和创新思维，可以有效地调动学生学习积极性。而传统的《遗传学》实验教学中存在着一些共有的问题：经典验证性实验多，探究性实验少，不能满足学生掌握新技术、新方法的要求；实验课和理论课脱节，教学评价体系不合理。0此外，由于遗传学实验自身的特点，部分实验需要持续很长时间，但由于课堂教学时间和教学条件的限制不能开展。因此，如何利用有限的课时安排合理设计遗传学实验教学内容，打破传统的封闭式教学模式，建立科学合理的实验评价体系，是从事遗传学教学实验教师一直都努力试图解决的问题。
基于以上考虑，笔者在开展遗传学教学和实验室管理的过程中，逐步改革教学内容和教学模式，将课堂四十五分钟改为课堂与课外相结合，通过几年的实践总结了一些心得，在此与大家分享。
1 新时期遗传学实验教学的特点
遗传学中学科渗透和交叉现象很普遍，这也体现在遗传学实验中。如果把生命科学的课程体系比喻为一棵大树，遗传学就是这棵大树的主干之一。由于化学、物理学、计算科学等内容的渗入，现代遗传学已经衍生出了发育生物学、分子生物学、基因组学、生物信息学、基因工程等学科。在现代生命科学专业课程设置中，一般都会设置相关课程，这些课程都和遗传学存在联系，也与遗传学教学内容知识点存在交叉。因此，遗传学实验项目的设置极易与其它课程出现“撞车”现象。比如：有丝分裂和减数分裂在细胞生物学实验中也可以开设：植物DNA提取实验在分子生物学实验中也可以开设。一旦“撞车”出现，不仅耽误学生学习，浪费课时，还会让学生在不断地重复中对课程产生厌倦，觉得该课程可有可无，失去学习兴趣。避免与其它课程实验重复，既保证学生在有限的课时学到最多的知识，也能最大程度训练学生的动手能力。
实验持续时间长是遗传学实验教学的另一个特点。与生物学中的其它学科的实验不同，遗传学实验中有很大部分是需要通过长时间培养实验材料，中间过程持续观察才能完成的，比如果蝇杂交实验和生活史观察实验、植物有性杂交实验。与此相矛盾的是，实验教学安排的时间相对分散，每次课时间很短，在教学管理上教务管理部门也要求教师在指定时间完成实验教学，这就限制了一些实验项目的开设。
遗传学是一门飞速发展的学科，不断有新知识、新技术补充到遗传学中。比如，在传统教材中不涉及基因组学的内容，而最近20年，基因组学已经成为遗传学的重要组成部分。除此之外，发育遗传学、行为遗传学、反向遗传学、表观遗传学和生物信息学等分支学科的内容也不断补充到了遗传学教材中。在理论课讲述这些最新知识的同时，实验课怎样保持和理论课一致，怎样为学生提供消化这些知识的动手机会?针对这一特点，要求在开设遗传学实验时，应随时跟踪学科最新进展，设计和更新实验项目，或者发动学生自主设计实验巩固书本知识。
2 遗传学实验开放式教学内容取舍的原则
遗传学实验项目的选择，首先应兼顾理论性与实践性、基础与应用、经典与现代这几对矛盾。遗传学是理论性和实践性都很强的学科，实验安排时应根据本专业培养目标和学生实际情况，合理安排基础性实验与应用性实验，并适当设计一些新的实验。对于重点院校的学生，应加强理论性实验，鼓励学生自主设计实验验证某一结论。而应用型人才培养的学校则应当偏向应用性、实践性实验项目的开设，以满足学生毕业后进入工作岗位后的动手需求。
遗传学实验项目确定应考虑其它实验课程，避免教学内容冲突。在实验项目的选择上，我们对以前安排的实验内容进行了重新编排，比如：“植物DNA提取”、“随机扩增多态性分析”等在《分子生物学》课程里会涉及到的实验内容在遗传学实验里就大胆地放弃，让学生在《分子生物学》实验里完成，而在遗传学实验中则加入RFLP验证孟德尔遗传定律的内容，直接将分子生物学实验结果引入遗传学分析中，既验证了孟德尔遗传定律，也让学生初步认识了分子生物学在遗传学中的应用。对于有丝分裂和减数分裂的观察，《细胞生物学》实验也会涉及到，但两门课观察的重点不同，细胞生物学侧重观察染色体结构，而《遗传学》实验侧重染色体行为及分裂时期的观察，这样的实验在开设时应向学生讲明观察重点，并且与《细胞生物学》实验课协调，将两个内容合并在遗传学实验中开出。
打破时间和空间限制。遗传学实验中有部分实验持续时间长，很难仅靠课堂时间完成实验，也不利于安排实验。以前在安排此类实验时，受多种因素的限制，一般都不予开设。实验室开放对提高学生的实验操作技能、切实开展综合性或设计性试验项目、推动并帮助学生开展科研和毕业设计成效显著，是培养学生实践动手能力和创新精神的有效途径。所以我们在教学中考虑将传统的课堂实验和开放实验相结合。开放性实验适合于周期比较长的实验，比如果蝇大实验中，教师在课堂上以多媒体的形式充分讲解了实验要求及注意事项后，让学生领取果蝇瓶，课外自己收集和培养果蝇，随时可以观察果蝇的生活史。这个过程既培养了学生的观察习惯和动手能力，也使学生对作为遗传学研究重要材料的果蝇的接触更充分，观察更仔细，让学生对遗传学研究材料和方法产生了浓厚的兴趣。
3 遗传学实验开放式教学的实施与实验室管理
验证实验是课堂教学的补充，便于学生理解课堂抽象的知识。然而，由于验证性实验验证的理论、方法、步骤及结果都是已知的，使实验教学过程变成教师照本宣科讲述，学生机械地模拟重复的过程，造成学生实验积极性不高，对实验结果的成败不重视，盲目的承认失败甚至篡改实验数据以求相符。设计性实验可以训练学生的思维能力和动手能力，让学生学会独立开展工作。一些报道强调验证性实验过多，难以提高学生的创新能力，应加大综合性、设计性实验的比例。而宋兴舜等则认为应将验证性实验与设计性实验有机结合。0在以 前的实验教学安排中，设计型实验由于内容分散，管理麻烦，是大家不愿触及的方面。如何在有限的课时里兼顾巩固知识和能力训练，在安排实验内容的时候需要深思熟虑。为适应学科的快速发展，在遗传学实验教学中，必须强化教师的开放式教学理念，强化学生的动手实践和自主创新意识。从课堂教学和课外研究两个方面，通过对实验教学观念开放、教学内容开放、实验室和实验时间开放、教学方法和手段开放等进行分析，探讨开放式教学在遗传学实验中的应用。。
基于以上考虑，笔者在教学过程中逐步安排了一些开放性验证实验和设计性实验，比如植物染色体观察的实验，要求学生独立选材，同学之间选材不能相互重复，做到实验项目的选材开放；实验开始前独立设计方案，方案内容应包括水培获得新生根尖、材料前处理过程、染色方法的选取、压片过程、观察和拍照等步骤，每一步骤都应有详细说明，实验方法的选择上保持开放：方案设计完成经老师同意后，完成一个植物材料的染色体装片制备并提交染色体图，实验过程开放。这些实验过程均要求学生在课堂以外自由安排时间完成。经过几年的实践，结果发现85以上％的学生能独立完成实验，70％以上的学生需要反复多次才能完成任务。在实验过程中，动手能力强的同学还能将这一实验与染色体核型分析实验结合，提交核型分析图。通过该部分设计性实验操作，学生在观察了不同物种具有不同的染色体的同时，学会了查阅文献的方法和工作方案的制订，认识了教材中选取蚕豆或洋葱作为染色体观察材料的原因，认识到要完成一张效果良好的染色体装片的艰难。对实验教师来说，这种发散式的教学方法，也积累了很多植物材料的细胞遗传学操作的知识，为以后改进实验奠定了基础。很多学生反映类似的开放性实验时间可自由安排，实验过程可放开思维，进入实验室操作学会了一些基础的科研技能。此外，还认识到了实验准备的艰辛，更珍惜以后的实验机会了。
在实验教材中将果蝇实验分为果蝇生活史、果蝇杂交和果蝇唾腺染色体制备等几个独立实验。我们改进后的实验则以果蝇为主线，要求学生从野生型果蝇的收集到生活史观察再到唾腺染色体制备融合为一个大实验，要求学生在实验教材所提供知识的基础上，在规定时间内完成实验内容，而将杂交实验和孟德尔遗传定律的验证实验改用其它实验材料来完成。
不可否认的是，将部分遗传学实验从课堂移到课外增加了任课教师和实验室工作人员的工作量，在管理上开放性实验也增加了难度。开放式实验教学要求教师在课外时间也要进入实验室指导，实验室经常处于开放状态，实验仪器设备和药品的使用管理能在一定程度上放开。在实际操作中，我们采用教师网上答疑和在指定时间指导相结合的方式对学生进行辅导。在实验室管理上，试剂方面控制关键药品的使用，常规药品可以适当放开，对一些配制难度较大的溶液统一配制；对显微镜、显微照相系统的使用则采取专人负责制，保证仪器的安全。而水培实验和果蝇饲养实验等内容则允许学生将材料带回宿舍，便于学生随时观察。
4 开放式实验教学的考核指标体系
实验教学考试方法的改革作为实验教学改革的重要内容之一，是当前教学改革中值得深入研究与实践的问题。以前实验考核的方式主要以实验报告为主，针对这样的考核方式，学生常出现相互之间抄袭，作业敷衍的现象，既不能反映学生实验的真实水平，考核指标也比较单一。针对这些问题，结合我们的开发性实验，我们重新制订了实验成绩评价标准，经过我们设计改进后的实验考核主要包括验证性实验考核和开放性实验考核两部分。验证性成绩的记录摈弃了以前单纯看实验报告打分的情况，在实验中对实验结果提出规定要求，课堂上实时检查并记录学生的实验结果，要求学生立即在实验结果栏描述结果并由教师及时确认，防止课后抄袭。对实验原理、实验步骤等内容也杜绝抄袭课本，要求用自己的语言表述。每次实验结束后均布置思考题，启发学生动手之后学会思考，发掘问题。在开放性实验部分，教师将实验设计方案纳入评分范围，实验进行过程中记录平时成绩，对实验结果不做硬性要求，但可作为评分参考。
在平时实验成绩记录之外，还单独设计了期末实验考试。期末实验考核采取开放式考核，拟定考试题目范围，让学生独立设计实验步骤，独立实验，在规定时间内独立完成详尽的实验报告。这些评分方式考查了学生搜集资料，独立开展项目的能力。这样的考试既灵活，也发挥了学生的主观能动性，更训练了学生的科研思维，为以后进入研究岗位奠定基础。
5 结束语
