表觀遺傳學(xué)的發(fā)展精選(九篇)

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第1篇：表觀遺傳學(xué)的發(fā)展范文

自從1957年Waddington提出表觀遺傳學(xué)的概念后，表觀遺傳學(xué)和表觀基因組學(xué)有了相當(dāng)大的發(fā)展。表觀基因組學(xué)是在全基因組水平上研究表觀遺傳學(xué)標(biāo)志及其與基因表達(dá)的相互關(guān)系。這一新興領(lǐng)域已對(duì)毒理學(xué)研究與實(shí)踐產(chǎn)生重大的影響。國(guó)內(nèi)，表觀遺傳學(xué)在毒理學(xué)研究已較深入地開展了一些研究，并發(fā)表了綜述。

1外源化學(xué)物的表觀遺傳毒性

基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控是通過DNA甲基化，組蛋白編碼和相關(guān)的非編碼RNA(如miRNA)來完成的。3種機(jī)制各自的貢獻(xiàn)取決于特定基因及其環(huán)境，如物種，細(xì)胞類型，機(jī)體的發(fā)育階段和年齡，此外，每個(gè)因素可能受到其他因素的影響。因此，表觀基因組的調(diào)控是一個(gè)強(qiáng)大的和動(dòng)態(tài)的綜合過程，在發(fā)育和維持分化狀態(tài)中起關(guān)鍵作用。雖然表觀基因組不是所有的改變預(yù)期都是有害的，但有些可能產(chǎn)生有害結(jié)果(如發(fā)育異常，增加疾病易感性等)。在體外，動(dòng)物和人類的研究已經(jīng)確定了幾類環(huán)境化學(xué)物，可以修飾表觀遺傳標(biāo)志，包括金屬、過氧化物酶體增殖劑、空氣污染物、毒物和內(nèi)分泌干擾物/生殖毒物。目前環(huán)境化學(xué)物表觀遺傳標(biāo)志的研究大多數(shù)集中在DNA甲基化，只有少數(shù)研究涉及組蛋白修飾和miRNA(表1～3)。外源化學(xué)物引起表觀遺傳學(xué)改變可影響細(xì)胞應(yīng)激，并是潛在可逆的;也可能是可遺傳的。表觀遺傳毒性(epigenotoxicity)是指脫離外源化學(xué)物暴露后，可遺傳的有害改變。廣義的表觀遺傳毒性也可以包括外源化學(xué)物引起非遺傳的表觀遺傳學(xué)改變中介的外源化學(xué)物毒效應(yīng)?？蛇z傳的表觀遺傳毒性和表觀遺傳改變中介的毒效應(yīng)是有區(qū)別的。表觀遺傳毒性可以被分為有絲分裂的，減數(shù)分裂的或跨代遺傳的3類。表觀遺傳毒性這一新興研究領(lǐng)域?qū)Χ纠韺W(xué)產(chǎn)生了重大的影響。下文主要討論目前表觀遺傳毒性測(cè)試的主要發(fā)現(xiàn)及國(guó)際生命科學(xué)研究所(ILSI)“評(píng)估表觀遺傳變化”的研討會(huì)的意見。

2表觀遺傳毒性的主要發(fā)現(xiàn)

2.1化學(xué)致癌近年來在多種腫瘤細(xì)胞觀察到表觀遺傳事件。表觀遺傳事件可能引起基因表達(dá)的變化通過DNA甲基化，組蛋白修飾和/或染色質(zhì)重構(gòu)。并估計(jì)，在腫瘤細(xì)胞中檢測(cè)到甲基化變化的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于遺傳改變的數(shù)目。研究發(fā)現(xiàn)表觀遺傳事件參與環(huán)境與職業(yè)因子誘發(fā)癌變進(jìn)程的引發(fā)和進(jìn)展。DNA甲基化異常對(duì)腫瘤發(fā)生有因果關(guān)系作用，甲基胞嘧啶增加突變可能性，增加致癌物結(jié)合，腫瘤抑制基因沉默，DNA修復(fù)基因沉默，癌的DNA低甲基化和遺傳學(xué)改變。組蛋白修飾可能通過影響DNA修復(fù)和細(xì)胞周期關(guān)卡，引起遺傳學(xué)改變。傳統(tǒng)的致癌性試驗(yàn)可確定表觀遺傳修飾誘導(dǎo)腫瘤的可能性。許多不同的嚙齒類致肝癌物已被確定，而研究發(fā)現(xiàn)這些化合物的作用模式并無遺傳毒性，與人類也無關(guān)聯(lián)性。例如過氧化物酶體增殖物激活受體-α(PPAR-A)介導(dǎo)的和構(gòu)成性雄甾烷受體(CAR)介導(dǎo)的嚙齒類動(dòng)物癌變。肝腫瘤促長(zhǎng)劑苯巴比妥(PB)，其與CAR的激活和隨后的效果相關(guān)。PB誘導(dǎo)的嚙齒類表觀遺傳學(xué)改變包括甲基化改變的區(qū)域，基因表達(dá)的特殊改變和外源性及內(nèi)源性化合物的代謝。持續(xù)的核受體介導(dǎo)的肝臟致癌物的分子分析，將更加明確地表征每個(gè)受試化合物的作用模式。表觀基因組正常變異性的表征和與處理相關(guān)的表觀遺傳學(xué)影響的理解，將是研究致癌作用模式的巨大挑戰(zhàn)。

2.2遺傳毒理學(xué)評(píng)價(jià)化學(xué)物引起遺傳損傷的能力是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定的重要內(nèi)容。表觀遺傳學(xué)影響基因表達(dá)的可遺傳的變化可能構(gòu)成遺傳毒性。表觀遺傳導(dǎo)致基因改變的機(jī)制包括:錯(cuò)配修復(fù)基因表觀遺傳缺陷，增加DNA修復(fù)基因表觀遺傳缺陷與癌癥特定突變譜相關(guān)，參與雙鏈斷裂修復(fù)的基因的表觀遺傳失活，有絲分裂關(guān)卡基因表觀遺傳缺陷，致癌物解毒基因與甲基胞嘧啶突變可能性增加，DNA全面低甲基化和染色體不穩(wěn)定等。已經(jīng)確定表觀遺傳學(xué)改變?cè)谀[瘤形成中具有一定的作用。在腫瘤發(fā)展過程中DNA甲基化模式的改變往往是最早觀察到的分子事件。甲基胞嘧啶(5meC)已知是C∶G至T∶A轉(zhuǎn)換突變的熱點(diǎn)，起因于胞嘧啶自發(fā)性水解和酶脫氨基率的增加和DNA修復(fù)降低。增加的5meC脫氨基率和T堿基修復(fù)受限可解釋在CpG位點(diǎn)突變頻率的增加。人類腫瘤p53基因突變的1/4和腫瘤抑制基因p16的C-T轉(zhuǎn)換的1/3已知會(huì)發(fā)生在CpG位點(diǎn)上。突變的增加也可能來自于飲食中甲基供體的不足。已證明葉酸補(bǔ)充劑能減少潰瘍性結(jié)腸炎患者發(fā)生結(jié)腸癌的風(fēng)險(xiǎn)和和預(yù)防結(jié)腸癌細(xì)胞p53突變。參與葉酸代謝的酶遺傳多態(tài)性影響表觀遺傳標(biāo)志，改變SAM水平，并能調(diào)節(jié)結(jié)腸癌的風(fēng)險(xiǎn)。也已提出DNA氧化性損傷在癌癥的發(fā)生、心血管疾病和衰老中所起的作用。8-羥基鳥嘌呤(8oxoG)改變了CpG二核苷酸相鄰的C的甲基轉(zhuǎn)移酶活性，可能改變DNA甲基化。在CpG內(nèi)C5-位的損傷影響DNA甲基化。在體外，5meC和5-氯C因啟動(dòng)子甲基化引起次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶(Hgprt)基因的沉默。此外，CpG內(nèi)的8oxoG和HmC或顯著減少結(jié)合于DNA的MeCP2，并直接導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變。光二聚物，烷基化堿基，脫堿基位點(diǎn)，以及鏈斷裂也會(huì)誘導(dǎo)DNA的甲基化變化。對(duì)性細(xì)胞的致突變性將于下文討論。體外哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因突變?cè)囼?yàn)?zāi)軌蚝Y選表觀遺傳學(xué)介導(dǎo)的危害。例如，在不同嚙齒類細(xì)胞系經(jīng)5-氮胞苷處理TK基因可恢復(fù)活性。此外，DNA合成抑制劑3-疊氮基-3-脫氧胸苷(AZT)可引起TK位點(diǎn)超甲基化。應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)篩選試驗(yàn)以確定表觀遺傳學(xué)中介的遺傳毒性。

2.3發(fā)育與生殖的表觀遺傳毒理學(xué)完全分化的體細(xì)胞，在正常情況下，將有相對(duì)穩(wěn)定的表觀基因組傳遞到子代細(xì)胞。但在哺乳動(dòng)物的發(fā)育過程中，早期胚胎發(fā)育過程(著床前)，以及在子宮內(nèi)原始生殖細(xì)胞的發(fā)育過程中，有兩個(gè)表觀遺傳學(xué)的重編程階段，重新設(shè)置DNA的甲基化模式。這兩個(gè)發(fā)育的表觀遺傳重編程事件有可能是破壞表觀遺傳編程的敏感窗口。發(fā)育和生殖毒理學(xué)家特別感興趣的是毒物暴露是否可以直接改變發(fā)育的表觀基因組，有害的表型是否可跨代遺傳，及因此存在的潛在危害。表觀遺傳編程紊亂可能有助于對(duì)表型的跨代遺傳。使用Avy小鼠(黃色刺小鼠)模型，飲食暴露雙酚A，使Avy和CabpIAP亞穩(wěn)外延等位基因低甲基化。甲基供體膳食補(bǔ)充劑或染料木素可抵消此低甲基化效應(yīng)。這些結(jié)果與造成表觀遺傳影響的其他內(nèi)分泌干擾物報(bào)告一致。在環(huán)境相關(guān)水平低濃度的雙酚A(1.2和2.4μg/kg體重)對(duì)大鼠可誘導(dǎo)跨代遺傳表型異常。暴露于雙酚A圍生期雄性后代的計(jì)數(shù)和活力降低，并在F3代持續(xù)這些表型。甲氧滴滴涕和乙烯菌核利在子宮中暴露也會(huì)導(dǎo)致跨代生殖遺傳表型異常。雖然甲氧氯和乙烯菌核利在高于人類接觸的劑量觀察到病理學(xué)改變，但此研究提供了一個(gè)模型來研究表觀遺傳跨代的機(jī)制。已證明，乙烯菌核利暴露后破壞了多達(dá)3代的小鼠一些印跡基因甲基化模式，這表明跨代遺傳異常的表型也有表觀遺傳的基礎(chǔ)。

2.4免疫毒理學(xué)已發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳調(diào)控多能幼稚輔T細(xì)胞(Th)分化的啟動(dòng)和其效應(yīng)亞群的成熟。啟動(dòng)后不久，幼稚T細(xì)胞同時(shí)轉(zhuǎn)錄低水平的Th1(CD4)和Th2(CD8)細(xì)胞因子，包括IL-2。在選擇性轉(zhuǎn)錄成為Ifng(Th1細(xì)胞因子標(biāo)記)或Th2細(xì)胞因子基因(IL-4和IL-5，IL-13)之前需要幾次復(fù)制。在體外用5-aza誘導(dǎo)T細(xì)胞，導(dǎo)致由早先不產(chǎn)生這些細(xì)胞因子的T細(xì)胞系產(chǎn)生IL-2和IFN-g。在用組蛋白去乙酰酶抑制劑處理的CD4T細(xì)胞研究證實(shí)干擾素IFN-G和Th2型細(xì)胞因子的表達(dá)增強(qiáng)。上述研究結(jié)果表明，表觀遺傳機(jī)制是Th細(xì)胞分化和功能的關(guān)鍵因素。盡管與小鼠相比，人類IFNG基因缺乏脫甲基化，分化的人類Th細(xì)胞CpG甲基化分析顯示出與小鼠類似的結(jié)果。將化學(xué)物誘導(dǎo)的小鼠T細(xì)胞分化的表觀遺傳學(xué)改變數(shù)據(jù)外推到人應(yīng)要謹(jǐn)慎。

2.5其他終點(diǎn)從鼠類模型或單一基因的表觀遺傳學(xué)的某些成果已被外推于人類疾病原因。表觀遺傳學(xué)基礎(chǔ)的表型被認(rèn)為是人類疾病的起源有待進(jìn)一步的研究，特別是確定表觀遺傳的正常變異和評(píng)價(jià)表觀遺傳影響需要適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和對(duì)照。已經(jīng)提出，內(nèi)分泌干擾物的表觀遺傳毒性可能導(dǎo)致暴露人群的許多發(fā)育，代謝和行為障礙。對(duì)其他靶器官或終點(diǎn)的表觀遺傳毒性還有待研究。

2.6檢測(cè)流程和模型Szyf2007年對(duì)檢測(cè)表觀遺傳毒性提出的研究思路為:①在生命一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的環(huán)境暴露可能會(huì)改變表觀遺傳編程，導(dǎo)致穩(wěn)定改變表型和反應(yīng)性，②毒物暴露可能導(dǎo)致表觀遺傳重編程，導(dǎo)致生命后期表型的變異。Reamon-Buettner和Borlak提出使用動(dòng)物模型(如鼠類)環(huán)境暴露后分析表觀遺傳機(jī)制的研究方案，見圖1。已推薦了檢測(cè)表觀遺傳毒性的動(dòng)物模型，特別是Avy小鼠和Axin1融合(Axin1Fu)小鼠能用于研究表觀遺傳學(xué)和發(fā)育畸形之間的聯(lián)系，因?yàn)樵谔囟ǖ腄NA甲基化模式的改變可以與小鼠遺傳疾病廣泛鏈接。

3ILSI的“評(píng)估表觀遺傳變化”研討會(huì)

2009年10月ILSI的健康與環(huán)境科學(xué)研究所(IL-SI/HESI)主辦“評(píng)估表觀遺傳變化”研討會(huì)，評(píng)估和提高表觀遺傳學(xué)方面的科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)及其在疾病中的作用，包括跨代的表觀遺傳變化的影響，還討論了將表觀遺傳納入安全性評(píng)價(jià)的幾個(gè)問題。

3.1可能用于評(píng)價(jià)化學(xué)物產(chǎn)生表觀遺傳毒性的模型系統(tǒng)大鼠和/或兔可能是評(píng)價(jià)外源化學(xué)物產(chǎn)生表觀遺傳變化影響F1和/或F2和F3代的適當(dāng)?shù)哪Ｐ?。小鼠可能是更易于處理的模型，因?yàn)樾∈蠡蚪M有更多的數(shù)據(jù)，并已有用于檢測(cè)表觀遺傳變化的工具。已建議Avy小鼠模型作為潛在的篩查工具，其毛色受亞穩(wěn)Avy等位基因IAP隱蔽啟動(dòng)子附近CpGs甲基化狀態(tài)的影響。然而，Avy小鼠模型用于篩選可能過于敏感。其他可能的模型包括斑馬魚和秀麗隱桿線蟲，以及蜜蜂和果蠅。體外模型是使用哺乳動(dòng)物細(xì)胞或利用干細(xì)胞。干細(xì)胞包括其他物種不存在的印跡基因。印跡基因有可能作為確定表觀遺傳改變的感應(yīng)器。以上討論的模型有可能用于潛在危害識(shí)別，并提供機(jī)制基礎(chǔ)。然而，將很難直接解釋這些數(shù)據(jù)對(duì)整體動(dòng)物和人類的意義。在表觀遺傳模型轉(zhuǎn)化為管理決策測(cè)試之前，需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)工作和驗(yàn)證研究。

3.2可能評(píng)價(jià)的終點(diǎn)/靶對(duì)于表觀遺傳變化的指標(biāo)，應(yīng)確定適應(yīng)反應(yīng)還是有害反應(yīng)。確定表觀遺傳修飾與可能提示特定有害影響的疾病相關(guān)基因表達(dá)改變之間的因果關(guān)系或強(qiáng)的關(guān)聯(lián)需要表型錨定。在發(fā)現(xiàn)受影響的表觀遺傳效應(yīng)的基因與某種疾病相關(guān)的基礎(chǔ)上，應(yīng)建立由表觀遺傳機(jī)制調(diào)控的基因數(shù)據(jù)庫(kù)。表觀遺傳效應(yīng)很可能有物種，組織，暴露和時(shí)間特異性。目前，在研究中實(shí)驗(yàn)對(duì)照組是化合物反應(yīng)表觀遺傳變化的最適當(dāng)?shù)膮⒄?，建立表觀遺傳印跡的參考對(duì)照范圍可能是有意義的，因?yàn)檫@些區(qū)域甲基化模式可能更趨于穩(wěn)定和遺傳。

3.3可能應(yīng)用的技術(shù)關(guān)于DNA甲基化和miRNA，以陣列為基礎(chǔ)的平臺(tái)，針對(duì)人類和小鼠樣品已優(yōu)化。針對(duì)大鼠可用的工具有限，但可用根據(jù)大鼠基因組序列基于陣列的高通量方法。雖然硫酸氫鹽為基礎(chǔ)的測(cè)序評(píng)價(jià)DNA甲基化方法可用于所有物種，但需要發(fā)展高通量測(cè)序方法。區(qū)分異常信號(hào)和背景信號(hào)并不容易，最大的挑戰(zhàn)將是數(shù)據(jù)分析和解釋，應(yīng)發(fā)展信息學(xué)。

3.4管理機(jī)構(gòu)的觀點(diǎn)為了將表觀遺傳毒性納入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定，有很多的考慮。必須明確的問題，理解環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)和/或藥物暴露對(duì)個(gè)人，群體及跨代水平的公共健康的潛在長(zhǎng)期影響，界定希望解決的問題，確定模型系統(tǒng)。這就需要努力使與有害結(jié)局和基線改變相聯(lián)系的研究設(shè)計(jì)、方法和模型標(biāo)準(zhǔn)化。以適當(dāng)?shù)膮⒖蓟衔?、途徑和劑量?yàn)證該模型。模型試驗(yàn)檢測(cè)的任何變化必須以合理的方式鏈接到表型或臨床結(jié)局。對(duì)于法規(guī)測(cè)試，方法必須標(biāo)準(zhǔn)化，具有重復(fù)性和重現(xiàn)性。為了將表觀遺傳數(shù)據(jù)有效地納入人類風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定，最好與管理機(jī)構(gòu)共同努力，確定一個(gè)正?；€范圍，并與有害結(jié)局關(guān)聯(lián)，界定公共衛(wèi)生關(guān)注的適當(dāng)水平。管理機(jī)構(gòu)將需要開發(fā)分析工具，以對(duì)公共健康方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，并將此類數(shù)據(jù)應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定模式和慢性健康結(jié)局。

第2篇：表觀遺傳學(xué)的發(fā)展范文

由于遺傳學(xué)在生命科學(xué)中具有不可替代的重要作用，其教學(xué)方法、教學(xué)模式的探索和研究近些年倍受關(guān)注。近年來,研究性教學(xué)在各高等院校不斷地被提出，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院也把研究性教學(xué)改革不斷地深入到各學(xué)科教學(xué)中去。作為遺傳學(xué)教師,筆者在教學(xué)過程中不斷地進(jìn)行著研究性教學(xué)的實(shí)踐和思考。

研究性教學(xué)是在‘‘發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式”和瑞士皮亞杰的“認(rèn)知發(fā)展學(xué)說”的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其認(rèn)為學(xué)生學(xué)習(xí)的過程與科學(xué)家研究的過程在本質(zhì)上是一致的，強(qiáng)調(diào)將教學(xué)與研究結(jié)合作為大學(xué)教學(xué)的基本思想，注重提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才非常重要。研究性教學(xué)模式的核心理念是以實(shí)踐中的真實(shí)問題為基礎(chǔ),將學(xué)生置于真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐中的動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)工作的適應(yīng)能力，使教學(xué)與研究相統(tǒng)一m。研究性教學(xué)是以學(xué)生為主體,以問題為核心（PBL)去獲取知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的教學(xué)模式。研究性教學(xué)的內(nèi)涵主要包括:教師把研究的思想、方法和取得的新進(jìn)展引入教學(xué)活動(dòng)；教師以研究的形式組織教學(xué)活動(dòng),打破原有的完整的學(xué)科邏輯和機(jī)械的順序；學(xué)生積極參與研究之中，在研究中學(xué)習(xí)、成長(zhǎng)，養(yǎng)成獨(dú)立思考的氣質(zhì)和批判。

筆者根據(jù)研究性教學(xué)的規(guī)律及遺傳學(xué)學(xué)科的特點(diǎn),在教學(xué)過程中對(duì)以下幾方面的問題進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

1發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和獨(dú)立思考能力

黨的十指出，科技創(chuàng)新是提高社會(huì)生產(chǎn)力和綜合國(guó)力的戰(zhàn)略支撐,必須擺在國(guó)家發(fā)展全局的核心位置。要堅(jiān)持走中國(guó)特色的自主創(chuàng)新道路,以全球視野謀劃和推動(dòng)創(chuàng)新，提高原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的能力，更加注重協(xié)同創(chuàng)新。這一論述充分體現(xiàn)了科技創(chuàng)新在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的重要地位,也為高等教育提出了未來人才培養(yǎng)的方向。大學(xué)作為本科生培養(yǎng)基地，肩負(fù)著培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才的重大歷史使命。高校畢業(yè)生的質(zhì)量直接關(guān)系到一個(gè)國(guó)家科技人才的整體實(shí)力和水平,高校教師如何改革現(xiàn)有的教學(xué)方法和模式,培養(yǎng)具有學(xué)習(xí)能力、自我創(chuàng)新能力的大學(xué)生，是目前教育教學(xué)過程中亟待解決的問題。

研究性教學(xué)模式具有極強(qiáng)的實(shí)踐性。研究性教學(xué)模式特別注重教學(xué)與研究相結(jié)合，理論與實(shí)際相統(tǒng)一。研究性教學(xué)模式不只強(qiáng)調(diào)背誦、理解復(fù)述和模擬,而是注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、自主意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和工作責(zé)任心,強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生獲取與歸納整理信息的能力、分析解決問題的能力、展示成果與表述觀點(diǎn)的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不可能僅依靠獲得知識(shí),很大程度上還依賴于學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)的積累，因此切實(shí)加強(qiáng)研究性實(shí)踐教學(xué),對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐能力是至關(guān)重要的。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求學(xué)生既要學(xué)會(huì)動(dòng)手又要學(xué)會(huì)動(dòng)腦；因此，教師在教學(xué)過程中要樹立研究性教學(xué)為主的教學(xué)觀,運(yùn)用正確的教學(xué)法,積極探討、推動(dòng)教學(xué)研究和改革,培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探求知識(shí)的主體精神,動(dòng)手、動(dòng)腦的能力和創(chuàng)造性思維及創(chuàng)造精神。研究性教學(xué)過程從討論問題開始,需要涉獵大量的資料,課程學(xué)習(xí)本身不僅在于學(xué)習(xí)知識(shí)，還在于掌握學(xué)習(xí)知識(shí)的方法。研究性教學(xué)以學(xué)生為主體的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的核心地位,教師只起引導(dǎo)、示范、鼓勵(lì)、輔導(dǎo)和監(jiān)控的作用，這種模式可以最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及獨(dú)立分析和解決問題的能力。在遺傳學(xué)的教學(xué)過程中可以采用問題式、討論式、互動(dòng)式課堂教學(xué),從而達(dá)到更好的教學(xué)效果，在客觀上具有一定的可行性。以學(xué)生為主體的教學(xué)模式關(guān)鍵在于課前的認(rèn)真準(zhǔn)備和教師在課堂上的靈活調(diào)控。

2專業(yè)知識(shí)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)教學(xué)相結(jié)合

遺傳學(xué)是一門在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的學(xué)科,尤其是現(xiàn)代遺傳學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展和遺傳學(xué)知識(shí)的大量增加,都給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了一定的難度。因此,遺傳學(xué)采用什么樣的授課方法才能使學(xué)生掌握基本知識(shí),提高學(xué)生的創(chuàng)新能力一直倍受教育工作者的關(guān)注。一些遺傳學(xué)教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，在遺傳學(xué)授課過程中，適當(dāng)?shù)刂v授遺傳學(xué)研究的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)和遺傳學(xué)研究材料的獲得方法對(duì)幫助學(xué)生理解遺傳學(xué)知識(shí)是非常重要的。例如，在介紹分子標(biāo)記選擇輔助育種的研究進(jìn)展時(shí),對(duì)分子標(biāo)記的定義、類型、發(fā)展和每種標(biāo)記的用途進(jìn)行講解,對(duì)遺傳學(xué)研究材料如重組自交系和近等基因系群體的構(gòu)建方法及其在基因定位和育種研究中的應(yīng)用等知識(shí)進(jìn)行回顧,大大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解。在實(shí)驗(yàn)技術(shù)的教學(xué)方面,應(yīng)不斷地給學(xué)生介紹最新技術(shù)在遺傳學(xué)研究中的作用以及不同技術(shù)在某一研究領(lǐng)域的時(shí)效性3。在內(nèi)容上,盡量安排生動(dòng)豐富且易于操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加一些設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，尤其是近期，隨著表觀遺傳學(xué)研究的日漸深入,適當(dāng)?shù)卦黾釉摲矫娴膶?shí)驗(yàn)課程對(duì)幫助學(xué)生理解基于非基因序列改變所致基因表達(dá)水平變化,如DNA甲基化和染色質(zhì)構(gòu)象變化等表觀遺傳學(xué)對(duì)生物性狀的改變所起的作用，可以開展表觀遺傳抑制劑對(duì)細(xì)胞周期調(diào)控的分析及RNA干擾基因沉默的遺傳分析等實(shí)驗(yàn)。

3為學(xué)生提供具有時(shí)效性、權(quán)威性和新穎性的閱讀材料

隨著遺傳學(xué)科的快速發(fā)展,研究領(lǐng)域不斷拓寬,新技術(shù)、新成果不斷涌現(xiàn),任何一部教材都難以跟上遺傳學(xué)快速發(fā)展的步伐，因此必須借助網(wǎng)絡(luò)等媒體實(shí)現(xiàn)知識(shí)的不斷更新。在教學(xué)過程中，教師可適當(dāng)?shù)亟梃b〈(Science〉〉、《Nature》以及分子細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的一些國(guó)際權(quán)威雜志上的綜述性文章作為教學(xué)中的補(bǔ)充內(nèi)容,使學(xué)生在學(xué)習(xí)經(jīng)典遺傳學(xué)理論的同時(shí)，對(duì)分子遺傳學(xué)和現(xiàn)代遺傳學(xué)的發(fā)展有更深入的理解。如在研究癌癥的遺傳學(xué)基礎(chǔ)時(shí)發(fā)現(xiàn),一半以上癌癥的發(fā)生過程中伴有p53突變。p53在正常細(xì)胞中壽命短、含量低，與細(xì)胞周期控制、DNA修復(fù)、衰老、血管生成和細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。當(dāng)p53發(fā)生突變時(shí),細(xì)胞逃脫正常細(xì)胞生長(zhǎng)的限制,使突變從一代細(xì)胞傳到下一代細(xì)胞,這為癌癥的發(fā)育創(chuàng)造了條件。在給學(xué)生授課的過程中，跟蹤遺傳學(xué)的最新研究動(dòng)態(tài)，如引入p53等遺傳學(xué)研究進(jìn)展，可大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性?。表觀遺傳學(xué)目前也是遺傳學(xué)重要的補(bǔ)充,如乙?；讣易搴腿旧w易位、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、基因沉默、細(xì)胞周期、細(xì)胞分化與增殖以及細(xì)胞凋亡相關(guān),從而對(duì)生物體的性狀產(chǎn)生了影響。而非編碼RNA不僅能對(duì)整個(gè)染色體進(jìn)行活性調(diào)節(jié),也可對(duì)單個(gè)基因活性進(jìn)行調(diào)節(jié)，它們對(duì)基因組的穩(wěn)定性、細(xì)胞分裂、個(gè)體發(fā)育都有重要的作用。在教學(xué)過程中，適量增加表觀遺傳學(xué)的知識(shí),可以極大地豐富學(xué)生的知識(shí)量及對(duì)科技前沿知識(shí)的認(rèn)識(shí),為提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)。

4案例式和情境式教學(xué)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力

案例教學(xué)法（Casemedthodteaching,CMT)是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)目標(biāo)的要求,在學(xué)生掌握了有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論的基礎(chǔ)上,教師在教學(xué)過程中選擇典型案例并以恰當(dāng)?shù)男问浇o學(xué)生展示,把學(xué)生帶入一個(gè)特定情境中，在教師的指引下由學(xué)生自己依靠其知識(shí)結(jié)構(gòu)和背景,在這種案例情境中發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)并形成技能技巧的一種教學(xué)方法5。案例教學(xué)法最大的特點(diǎn)就是模擬實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐的能力。遺傳學(xué)教師在注重理論知識(shí)講授的同時(shí),要穿插與實(shí)際生活密切相關(guān)的大量案例,培養(yǎng)學(xué)生分析問題和動(dòng)手實(shí)踐等能力。

在遺傳學(xué)教學(xué)過程中，注重教學(xué)內(nèi)容與人類生活及人類疾病相結(jié)合,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)和遺傳知識(shí)的深化。在講授單基因遺傳病、多基因遺傳病和染色體病時(shí),可與臨床中真實(shí)的遺傳病相聯(lián)系,如常見的單基因遺傳性疾病一白化病、苯丙酮尿癥、黑尿癥、先天性聾啞、高度近視，多基因遺傳性疾病一原發(fā)性高血壓、支氣管哮喘、冠心病、青少年型糖尿病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、精神分裂癥、癲癇、先天性心臟病，染色體遺傳性疾病一“21三體”綜合征、貓叫綜合征等。針對(duì)這些疾病，巧妙設(shè)計(jì)引導(dǎo)式問題,囊括大綱要求的知識(shí)點(diǎn)，突出遺傳學(xué)的課程特色。在該模式下的教學(xué)過程中，學(xué)生不是被動(dòng)地學(xué)、記憶和理解教師所教授的知識(shí),而是在教師的指導(dǎo)下,將學(xué)生置于可以從不同角度看待事物的環(huán)境，問題情境便能夠吸引并維持他們的興趣，使他們積 極尋找解決問題的方法，創(chuàng)造性地得出結(jié)論,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力。

5加強(qiáng)遺傳學(xué)教師師資隊(duì)伍建設(shè)，為研究性教學(xué)提供人才保障

過去,很多高校過于注重結(jié)果性評(píng)價(jià)而忽視過程評(píng)價(jià),無法對(duì)教師的研究性教學(xué)能力和學(xué)生的實(shí)踐能力作出公正而又科學(xué)的評(píng)價(jià)H。目前，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)已經(jīng)非常重視研究性教學(xué)的實(shí)施,并為此做出很多努力和嘗試。遺傳學(xué)作為生命科學(xué)的重要課程,其教師隊(duì)伍的整體水平是制約教學(xué)效果的一個(gè)重要因素。沒有一支高水平的教師隊(duì)伍一切將成為空談。為了提高研究性教學(xué)水平,學(xué)校組織教師到優(yōu)秀研究性教學(xué)能手的課堂上聽課,通過學(xué)習(xí)其他課程的課堂教學(xué)方法、教學(xué)模式，為遺傳學(xué)更好地進(jìn)行研究性教學(xué)提供了教學(xué)案例。此外,學(xué)校年輕的遺傳學(xué)教師可以通過培訓(xùn)、進(jìn)修等形式提高專業(yè)水平。最后，如果想成功地進(jìn)行研究性教學(xué)，授課教師必須進(jìn)行學(xué)科專業(yè)的科學(xué)研究。授課教師要隨時(shí)關(guān)注遺傳學(xué)領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)向，將權(quán)威雜志中介紹這門學(xué)科研究的新概念、新發(fā)現(xiàn)、新思路和新方法的文獻(xiàn)綜述引入課堂。這些參考文獻(xiàn)學(xué)術(shù)水平高、內(nèi)容新、難度適中，開闊了學(xué)生的視野，對(duì)他們很有吸引力。教師只有通過科研,才能真正理解本學(xué)科教材的內(nèi)在聯(lián)系，把握住本學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì),及時(shí)吸納學(xué)科內(nèi)最新科研學(xué)術(shù)成果,適時(shí)地把學(xué)生引入本學(xué)科知識(shí)和科研的前沿,引導(dǎo)學(xué)生在科研實(shí)踐中增長(zhǎng)才智、得到鍛煉，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造欲望，通過科研、實(shí)驗(yàn)等手段培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

第3篇：表觀遺傳學(xué)的發(fā)展范文

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

中圖分類號(hào)：R979.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(xué)功能是抗癌，并以多種機(jī)制發(fā)揮其抗癌作用。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，硒又可對(duì)表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制異化產(chǎn)生干預(yù)影響，特別是對(duì)在腫瘤發(fā)生機(jī)制中的特異性靶點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)，進(jìn)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(biāo)志物有效的抑制劑。硒的這個(gè)功能不僅對(duì)臨床腫瘤診斷、治療、預(yù)防具有現(xiàn)實(shí)意義，更為“含硒表觀靶向抗癌藥物”開發(fā)提供了科學(xué)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(jiǎn)要介紹。

1 表觀遺傳學(xué)

什么是表觀遺傳學(xué)？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(xì)胞核內(nèi)遺傳。但人們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，在DNA堿基序列以外還有一套調(diào)控機(jī)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?cè)诓簧婕案淖僁NA堿基序列的情況下，影響轉(zhuǎn)錄活性并調(diào)控基因的表達(dá)，改變機(jī)體的性狀，并且是一種可以預(yù)和逆轉(zhuǎn)的遺傳機(jī)制。這種非孟德爾遺傳現(xiàn)象，稱作表觀遺傳學(xué)[1-2]。

2 硒對(duì)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(xué)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(dá)密切相關(guān)。通常情況下，甲基化水平同基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，甲基化程度越高，基因表達(dá)活性越低，甲基化程度越低，基因表達(dá)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(dòng)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(shí)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(xì)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(xì)胞浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移的傾向越明顯[6]。

CpG島的甲基化程度異常升高，會(huì)導(dǎo)致某些抑癌基因表達(dá)沉默，進(jìn)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(dāng)腫瘤抑癌基因的啟動(dòng)子區(qū)域（CpG島）過度甲基化，就會(huì)使抑癌基因的表達(dá)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(dá)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(biāo)志物，已成為臨床多種腫瘤早期診斷的依據(jù)和指標(biāo)[7]。

近年來，作為表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)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）和組蛋白去乙酰化酶（HDACs）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(kuò)增等突變會(huì)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(gè)機(jī)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(duì)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(shí)組織呈現(xiàn)整體低甲基化[8]。Davis等[9]早些時(shí)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(xì)胞株Caco-2 DNA甲基化水平顯著高于未經(jīng)硒處理的對(duì)照組，據(jù)此研究者認(rèn)為，膳食缺硒會(huì)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(yíng)養(yǎng)缺乏會(huì)引起動(dòng)物組織和人體結(jié)腸癌DNA低甲基化。我國(guó)學(xué)者徐世文等[4]通過實(shí)驗(yàn)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(duì)DNMT有抑制作用，缺硒會(huì)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(yíng)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(dá)是使抑癌基因失活的重要機(jī)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(xué)功能，能誘導(dǎo)失活的抑癌基因重新活化和表達(dá)[3]。研究發(fā)現(xiàn)，硒可以直接干預(yù)DNA甲基化，抑制腺癌細(xì)胞株DNMT的高表達(dá)[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(shí)，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(duì)人大腸癌細(xì)胞核提取物中DNMT的活性都有抑制作用[10]。

各方面的研究驗(yàn)證，硒對(duì)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(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白去乙?；概c腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。HDACs家族中的HDAC1高表達(dá)可明顯增加腫瘤細(xì)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(dá)，靶酶HDAC已成為首選的攻擊靶點(diǎn)。

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(xì)胞的生長(zhǎng)停滯、分化或凋亡[2]。Somech等[11]通過臨床試驗(yàn)表明，HDAC抑制劑對(duì)人體白血病及實(shí)體瘤進(jìn)行治療，表現(xiàn)出明顯的抗腫瘤增殖效果，研究者認(rèn)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(xì)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(hù)免受氧化損傷的抗癌活性物質(zhì)、化學(xué)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(jī)硒化合物，是很具潛力的抗癌制劑。Kassam等[13]通過對(duì)彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞系（DLBCL）w外研究首次發(fā)現(xiàn)，MSA可以抑制該細(xì)胞系HDAC的活性。研究者認(rèn)為，有關(guān)MSA抑制HDAC活性的作用以前從未報(bào)道過，從而為人們提供了硒元素一種新的機(jī)制，MSA是日后臨床試驗(yàn)中可以使用的硒化物。

我國(guó)科研人員胡琛霏[2]通過蛋白質(zhì)免疫印跡的方法，檢測(cè)到MSA可抑制食管鱗癌細(xì)胞系HDAC的活性，降低HDACl和HDAC2的蛋白表達(dá)，引起細(xì)胞內(nèi)組蛋白乙酰化水平顯著升高；同時(shí)，還檢測(cè)到硒甲硫氨酸（SLM）對(duì)食管鱗癌細(xì)胞系KYSEl50細(xì)胞和MCF7細(xì)胞的作用，在SLM處理細(xì)胞24 h后，細(xì)胞中組蛋白去乙?；傅幕钚砸诧@著降低。

這些年，越來越多的含硒組蛋白去乙酰化酶抑制劑被發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)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，提高組蛋白乙酰化水平，作為潛在的HDAC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(jìng)爭(zhēng)性抑制劑發(fā)揮抗癌作用；還報(bào)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(duì)不同肺癌細(xì)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(xì)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(duì)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(xué)功能對(duì)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(duì)非編碼RNA調(diào)控機(jī)制產(chǎn)生干預(yù)效應(yīng)

表觀遺傳學(xué)的一個(gè)重要調(diào)控機(jī)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(dá)。因此，miR-200a的表達(dá)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(biāo)志物[17]。

胡琛霏[2]通過TaqMan芯片，檢測(cè)了MSA處理食管鱗癌細(xì)胞后細(xì)胞中微小RNA（miRNA）的變化情況，發(fā)現(xiàn)MSA可以上調(diào)細(xì)胞中miR-200a 的表達(dá)水平，miR-200a 表達(dá)升高后，負(fù)性調(diào)控Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（Keap1）的表達(dá)，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(xì)胞質(zhì)接頭蛋白Keap1的調(diào)控），從而活化Keap1-Nrf2信號(hào)通路。而Keap1-Nrf2信號(hào)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(dá)明顯低于正常組織，β-循環(huán)蛋白（β-catenin）和其下游靶基因細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá)顯著增高，二者和miR-200a呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，上調(diào)miR-200a可降低β-catenin的表達(dá)，進(jìn)而阻斷Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)通路來抑制腦膜瘤的生長(zhǎng)。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(xì)胞系中β-catenin的表達(dá)[2] 。研究已證實(shí)，Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活和高表達(dá)可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移及抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡[20]。

由此可見，MSA可能介導(dǎo)、調(diào)控著miR-200a表達(dá)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(qiáng)硒與表觀遺傳學(xué)之間關(guān)聯(lián)的研究，有著重要的生物醫(yī)學(xué)意義。它有可能解釋硒化學(xué)抗腫瘤的新機(jī)制，從理論上證明硒元素可能具有表觀遺傳學(xué)的效應(yīng)[21] 。綜上所述，硒在腫瘤形成中對(duì)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(biāo)志物，逆轉(zhuǎn)表觀遺傳修飾發(fā)生異化過程，使我們認(rèn)識(shí)了硒化學(xué)抗癌的新機(jī)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(jìn)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(xué)徐輝碧、黃開勛兩位教授和安徽醫(yī)科大學(xué)張文昌碩士的支持，在此表示衷心感謝。

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第4篇：表觀遺傳學(xué)的發(fā)展范文

摘要:

燈刷染色體是存在于除哺乳動(dòng)物以外幾乎所有動(dòng)物雌配子減數(shù)分裂第一次分裂雙線期的一種暫時(shí)性巨大轉(zhuǎn)錄體，因狀如燈刷而得名，但在細(xì)胞遺傳學(xué)三大經(jīng)典染色體研究中關(guān)注度最低。它是研究減數(shù)分裂時(shí)期染色體的結(jié)構(gòu)、組織形式、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄過程的好材料。本文一方面對(duì)以上研究及形成機(jī)制作一簡(jiǎn)要綜述，另一方面探討燈刷染色體可能的作用，也即從已有文獻(xiàn)表明卵細(xì)胞核的燈刷染色體或多倍化為相關(guān)生物胚胎發(fā)育提供足夠的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。最后探討將其作為一個(gè)案例用于遺傳學(xué)教學(xué)的可能性，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)遺傳學(xué)的興趣。

關(guān)鍵詞:

遺傳學(xué)；細(xì)胞遺傳學(xué)；燈刷染色體；研究進(jìn)展；遺傳學(xué)教學(xué)

遺傳學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域中一門兼具理論性和實(shí)驗(yàn)性的基礎(chǔ)性學(xué)科之一，從遺傳學(xué)發(fā)展史上可以清楚地看到一系列經(jīng)典的研究案例對(duì)遺傳學(xué)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用[1]，賦予遺傳學(xué)新的內(nèi)容，使遺傳學(xué)理論不斷地完善和提高，從而在更高水平指導(dǎo)遺傳學(xué)的發(fā)展。例如果蠅和豌豆因其豐富的表型在性狀遺傳研究上成為經(jīng)典研究案例，奠定了遺傳學(xué)的初創(chuàng)和發(fā)展；唾腺染色體和燈刷染色體因其形體的巨大性和特異的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了細(xì)胞遺傳學(xué)的發(fā)展；以噬菌體為材料促進(jìn)了生化和分子遺傳學(xué)的發(fā)展；以大腸桿菌為材料的研究揭示了原核表達(dá)調(diào)控的機(jī)制；以擬南芥和水稻為材料解析了植物基因組的特點(diǎn)并促進(jìn)了植物功能基因組學(xué)的研究[2,3]。這些案例還有很多，限于篇幅不一一枚舉。不過，關(guān)于遺傳學(xué)發(fā)展史上經(jīng)典案例的研究和關(guān)注并不平衡。例如在細(xì)胞遺傳學(xué)三大經(jīng)典染色體的研究中，關(guān)于唾腺染色體和巴氏小體的研究很多，而燈刷染色體(Lampbrushchromosomes,LBCs)的關(guān)注度較低。盡管LBCs因擁有數(shù)以萬計(jì)的正在轉(zhuǎn)錄的單位而具有了結(jié)構(gòu)的巨大性，但在過去的130多年中公開發(fā)表的文獻(xiàn)僅有350多篇（projects.exeter.ac.uk/lampbrush）。究其原因可能有四點(diǎn)：一是分離LBCs技術(shù)難度較大；二是所使用的儀器是顯微鏡，而不是時(shí)髦的微量移液器，導(dǎo)致學(xué)生的興趣不足；三是可用分離該染色體的典型材料不易取得，多數(shù)動(dòng)物材料都是各國(guó)重點(diǎn)保護(hù)的動(dòng)物；四是可能由于偏重理論研究，無法取得足夠的經(jīng)費(fèi)支持[4]。盡管如此，LBCs的研究仍然取得了令人興奮的成績(jī)，本文擬沿著LBCs研究的蹤跡，比較系統(tǒng)地綜述相關(guān)生物卵細(xì)胞減數(shù)分裂第一次分裂雙線期染色體的結(jié)構(gòu)、組織形式以及轉(zhuǎn)錄等相關(guān)知識(shí)。最后探討將這一被忽視的“明星染色體”案例介紹給學(xué)生，以期引導(dǎo)學(xué)生對(duì)LBCs研究的重視，激發(fā)他們學(xué)習(xí)和研究遺傳學(xué)的熱情。

1燈刷染色體的研究進(jìn)展

1882年，F(xiàn)lemming首先在蠑螈（Notophthalmusviridescens）的卵母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了這種結(jié)構(gòu)[5]，十年之后，Rückert(1892)在狗鯊（Chiloscylliumpunctatum）卵母細(xì)胞中再次發(fā)現(xiàn)了Flemming所描述的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠湫稳?9世紀(jì)的燈刷或20世紀(jì)的試管刷而命名為燈刷染色體[6]。典型的LBCs實(shí)質(zhì)上是存在于除哺乳動(dòng)物以外幾乎所有動(dòng)物（在兩棲類、鳥類和昆蟲類都有很好的研究）雌配子減數(shù)分裂第一次分裂雙線期的一種暫時(shí)性巨大轉(zhuǎn)錄體,大小可以達(dá)到5~6mm。細(xì)胞核中每個(gè)LBCs是二價(jià)體（一對(duì)同源染色體），核中有幾個(gè)二價(jià)體就有幾個(gè)LBCs，每個(gè)二價(jià)體包含四條染色單體，同源染色體通過交叉（Chiasmata）相連。它們具有獨(dú)特的染色粒—側(cè)環(huán)（Chromomere–lateralloop）結(jié)構(gòu)：染色粒串聯(lián)形成單體的主軸，是遺傳惰性區(qū)；顯著的側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)則為轉(zhuǎn)錄活性區(qū)，包括了成千上萬的活性轉(zhuǎn)錄單元[7]。隨著轉(zhuǎn)錄的進(jìn)展，RNA鏈不斷延長(zhǎng)，外形呈“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu)。除了在以上動(dòng)物的卵細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)LBCs外，在果蠅細(xì)胞Y染色體和植物中也有發(fā)現(xiàn)，比如在單細(xì)胞藻類（Acetabularia）中發(fā)現(xiàn)有典型的LBCs結(jié)構(gòu)[8]，其它所報(bào)道的植物L(fēng)BCs不具有典型結(jié)構(gòu)，只是一條較長(zhǎng)的染色體，周圍有絨毛狀的結(jié)構(gòu)。由于LBCs在普通光學(xué)顯微鏡下可以看到，因而它是研究基因組結(jié)構(gòu)和功能的極為理想的實(shí)驗(yàn)材料[9]。

1.1燈刷染色體的基本結(jié)構(gòu)和細(xì)胞圖在普通光學(xué)顯微鏡下，在外觀上看每一個(gè)典型的LBCs兩個(gè)同源染色體依靠幾個(gè)交叉相連，它們分別由無數(shù)致密的染色質(zhì)顆粒或染色粒串成線狀，這些顆粒之間有染色質(zhì)絲相連，在每一顆?；蛉旧Ｌ幃a(chǎn)生1到數(shù)個(gè)成對(duì)的側(cè)環(huán)，這就構(gòu)成了所謂LBCs上的“刷毛”[10]。這些環(huán)之所以成對(duì)出現(xiàn)是由于姐妹染色單體之間沒有任何聯(lián)系造成的。利用掃描電鏡或電鏡技術(shù)結(jié)合免疫技術(shù)對(duì)來自不同物種的LBCs進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)側(cè)環(huán)是以纖細(xì)的染色質(zhì)為軸，上面覆蓋了無數(shù)的核糖白（Ribonucleoprotein，RNP）顆粒。由于RNP顆粒相互聚集和沿側(cè)環(huán)軸向的卷曲會(huì)將正常狀態(tài)的側(cè)環(huán)一步一步裝配形成小顆粒、顆粒球和緊密塊狀物等更高級(jí)的側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)[11]，因而形成了光學(xué)顯微鏡下可見的巨大染色體。染色粒和連接它們的染色質(zhì)絲構(gòu)成了LBCs的軸，軸上最顯著的特點(diǎn)就是染色粒–側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)，某些有明顯特征的側(cè)環(huán)往往成為鑒定染色體特異性的界標(biāo)（Landmark），比如在兩棲類中，幾乎大部分燈刷染色體都有巨大的側(cè)環(huán)，只是位置不同，所以可以區(qū)分不同的染色體；另一類是有特異結(jié)構(gòu)的側(cè)環(huán)，分為高密度側(cè)環(huán)和塊狀側(cè)環(huán)，也存在于很多染色體不同位置中。軸上除了染色粒和側(cè)環(huán)外，還有著絲粒、端粒、球體等結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)常常出現(xiàn)在特定染色體的固定部位，成為鑒別各條染色體的界標(biāo)[11]。染色粒(Chromomere)是LBCs軸的主要成分。在配對(duì)的同源染色體中，染色體軸上染色粒的數(shù)目和分布大體相同，但形狀不很規(guī)則。在最初形成的LBCs上，單體燈刷染色體染色粒的數(shù)目可以達(dá)到5000個(gè)以上，在光鏡下染色粒大小從不可見到可見的1µm。據(jù)估算，一個(gè)有尾目的兩棲動(dòng)物L(fēng)BCs的染色粒所包含的堿基數(shù)目約5~10Mb，而側(cè)環(huán)中僅有50~150kb的DNA[10]。染色粒的數(shù)目和大小與物種和減數(shù)分裂的推進(jìn)有關(guān)，也隨側(cè)環(huán)轉(zhuǎn)錄活性而變化。隨著減數(shù)分裂的推進(jìn)，染色粒逐漸變大，數(shù)目減少。在早期的LBCs中側(cè)環(huán)轉(zhuǎn)錄活性高，這時(shí)染色粒小，數(shù)目多；隨著雙線期的推進(jìn)，側(cè)環(huán)因轉(zhuǎn)錄活性下降而回縮，染色粒彼此融合最終成一條正常的分裂期染色體[12]。側(cè)環(huán)(Lateralloop)是DNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，僅占整個(gè)LBCsDNA總量的0.2%~0.4%，其與染色粒的邊界序列有無特異性現(xiàn)在尚不清楚[10]。在兩棲類中，它們的長(zhǎng)度與C值呈正相關(guān)，平均長(zhǎng)度為10~15µm，長(zhǎng)的可達(dá)200~300µm，這些長(zhǎng)的側(cè)環(huán)具有染色體的特異性。多數(shù)側(cè)環(huán)上只有一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄方向可以相同或相反，利用轉(zhuǎn)錄抑制子的研究發(fā)現(xiàn)，這些轉(zhuǎn)錄多數(shù)由RNApolII啟動(dòng)。側(cè)環(huán)的產(chǎn)生并不同步，某些側(cè)環(huán)能貫穿LBCs整個(gè)發(fā)育期；有些僅在個(gè)別時(shí)期產(chǎn)生，失去轉(zhuǎn)錄活性后回縮到染色粒中。激素處理也能影響側(cè)環(huán)的伸展和回縮，這點(diǎn)與果蠅的唾腺染色體的蓬突結(jié)構(gòu)類似，其發(fā)生機(jī)制和意義有待進(jìn)一步的研究。由于轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的種類、數(shù)量和堆積狀態(tài)不同，在某些染色體軸的特定部位可以形成不同類型的側(cè)環(huán)，這成為區(qū)分不同LBCs的重要界標(biāo)[13]。LBCs的著絲粒（Centromere）有二種形態(tài)：一種是在某些兩棲類中稱為著絲粒顆粒，在鳥類中則為蛋白體（Proteinbody）,其大小形態(tài)與前后染色粒不易區(qū)分，另一種主要在兩棲類發(fā)現(xiàn)，著絲粒和其兩側(cè)相鄰的染色粒彼此融合而成染色粒棒（Chromomerebar）。先前的報(bào)道表明著絲粒顆粒和染色粒棒上均無側(cè)環(huán)，最近的報(bào)道稱某些鳥類的蛋白體有短的側(cè)環(huán)產(chǎn)生[14]。關(guān)于端粒（Telomere）的觀察主要來自鳥類，在姐妹染色單體的末端分別形成端粒環(huán)（由染色單體的末端插入鄰近的染色粒所致），通常情況下，端粒環(huán)是開放的，也存在一個(gè)插入一個(gè)開放的形式，其大小和長(zhǎng)度具種的特性。兩側(cè)無側(cè)環(huán)，雞的端粒環(huán)含有2個(gè)轉(zhuǎn)錄單元[15]，關(guān)于LBCs著絲粒和端?？梢赞D(zhuǎn)錄在歐洲水蛙中也得到證實(shí)，一些串聯(lián)重復(fù)序列可以在該類結(jié)構(gòu)中大量轉(zhuǎn)錄[7]。球體（Sphereorganelles）是LBCs上另一個(gè)重要標(biāo)志，有染色體的特異性，相當(dāng)于一般染色體的次級(jí)縊痕。其直徑一般2~10µm，一般包含2~4個(gè)[10]。以上這些結(jié)構(gòu)由于在序列組成、位置、結(jié)合蛋白以及形成的高級(jí)結(jié)構(gòu)上具有染色體或種的差異，結(jié)合LBCs的長(zhǎng)度差異，現(xiàn)在已經(jīng)繪出了多種兩棲類和鳥類的LBCs細(xì)胞圖[7]；利用細(xì)菌人工染色體–熒光原位雜交（BAC–FISH）技術(shù)繪制了雞LBCs著絲粒區(qū)的精細(xì)物理圖譜[16]，以上這些工作為利用LBCs進(jìn)行基因組/雜種鑒定、精細(xì)遺傳/物理圖譜繪制、基因定位、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄機(jī)制等研究工作奠定了基礎(chǔ)。

1.2燈刷染色體的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄進(jìn)程研究表明轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在LBCs的側(cè)環(huán)上，大量的新生轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和相關(guān)蛋白結(jié)合，形成了光鏡下可見的RNP基質(zhì)。每個(gè)側(cè)環(huán)由1~數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)錄單位組成，所以LBCs上單個(gè)轉(zhuǎn)錄單位是可視的，這使得他們成為在結(jié)構(gòu)和分子水平上研究轉(zhuǎn)錄及其調(diào)控機(jī)制的優(yōu)異材料[17]。側(cè)環(huán)的類型因RNP基質(zhì)的大小和類型可以大致分為正常的大環(huán)型、顆粒型、球型和塊狀（Lumpy），它們都是以30nmRNP顆粒為基礎(chǔ)逐漸裝配而成，為了探明不同結(jié)構(gòu)的側(cè)環(huán)與轉(zhuǎn)錄活性的關(guān)聯(lián)，對(duì)典型的側(cè)環(huán)如球型側(cè)環(huán)利用放射自顯影、轉(zhuǎn)錄抑制子結(jié)合大分子擴(kuò)散分析技術(shù)進(jìn)行RNA合成的分析[17]，結(jié)果表明在這類側(cè)環(huán)中，存在RNA的合成；側(cè)環(huán)的延伸與轉(zhuǎn)錄活性相關(guān)，活性高的時(shí)候，側(cè)環(huán)增大，活性降低時(shí)，側(cè)環(huán)回縮到染色粒中；有的側(cè)環(huán)中存在數(shù)個(gè)不同外形的轉(zhuǎn)錄單元，這幾個(gè)轉(zhuǎn)錄單位的轉(zhuǎn)錄存在速度的差異。用RNA前體標(biāo)記物作為探針進(jìn)行原位雜交試驗(yàn)，與大環(huán)和顆粒狀的側(cè)環(huán)相比，球型側(cè)環(huán)標(biāo)記的速度和強(qiáng)度均較弱，推測(cè)不同側(cè)環(huán)可能具有相異的轉(zhuǎn)錄模式，這個(gè)問題有待進(jìn)一步闡明[18]。已有的報(bào)道表明不同側(cè)環(huán)的演化存在關(guān)聯(lián)性，這同樣也可以看作是轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。電鏡實(shí)驗(yàn)證明了這些類型的側(cè)環(huán)都是由30nmRNP顆粒組成的；熱休克（Thermicshock）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在低溫處理下，趨于向高級(jí)側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)展，而在高溫處理下，則趨于向去凝縮方向發(fā)展；免疫實(shí)驗(yàn)也證明側(cè)環(huán)形態(tài)的多樣性與特異蛋白存在關(guān)聯(lián)。例如在蠑螈的卵細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一個(gè)82kD白，利用單抗進(jìn)行原位雜交試驗(yàn)表明可以和所有類型的側(cè)環(huán)結(jié)合，但是并不同步。比如，當(dāng)球狀側(cè)環(huán)被強(qiáng)烈標(biāo)記時(shí)，大環(huán)和顆粒環(huán)不被標(biāo)記，當(dāng)標(biāo)記出現(xiàn)在核質(zhì)中時(shí)，所有類型的環(huán)不被標(biāo)記，該結(jié)果初步證明了特異的蛋白與側(cè)環(huán)的結(jié)構(gòu)演變存在關(guān)聯(lián)[18]。

來自鳥類的實(shí)驗(yàn)表明，側(cè)環(huán)中一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位約長(zhǎng)1~40µm，這些被轉(zhuǎn)錄的基因包括了編碼基因和非編碼基因。一個(gè)令人吃驚的事實(shí)是一些持家基因在LBCs的轉(zhuǎn)錄是被抑制的，比如在鳥類中編碼18S、5.8S和28S的基因簇是沒有活性的，但散布的該類基因仍然可以被RNApolII轉(zhuǎn)錄而不是polI[19]。迄今為止，在兩棲類和鳥類LBCs的研究中，發(fā)現(xiàn)僅有少數(shù)單拷貝基因在此時(shí)轉(zhuǎn)錄。比如在兩棲類LBCs中，已經(jīng)證實(shí)細(xì)胞角蛋白（Cytokeratin）、核仁蛋白NO38/B23、c–myc和Eg1是轉(zhuǎn)錄的，并發(fā)現(xiàn)了它們的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物向核質(zhì)轉(zhuǎn)移[20]。基于DNA/RNA雜交技術(shù)的染色體涂抹技術(shù)（Chromosomepaintingtechnique）使大規(guī)模研究LBCs的轉(zhuǎn)錄成為可能，利用改良的該技術(shù)BAC–FISH發(fā)現(xiàn)許多鳥類LBCs單拷貝的基因可能是轉(zhuǎn)錄的。但問題是BAC克隆是大片段插入，包含了單拷貝和多拷貝的信息，所以，要驗(yàn)證更多的單拷貝的表達(dá)需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。早期的生化實(shí)驗(yàn)證明LBCs轉(zhuǎn)錄的主要是非編碼的串聯(lián)重復(fù)序列[21]，進(jìn)一步的調(diào)查是利用原位雜交實(shí)驗(yàn)證明兩棲類LBCs轉(zhuǎn)錄的主要是一些微衛(wèi)星序列。值得注意的是來自鳥類的研究結(jié)果，如果出現(xiàn)在側(cè)環(huán)中的一個(gè)微衛(wèi)星序列是轉(zhuǎn)錄的，那么側(cè)環(huán)臨近的染色粒里面的同類微衛(wèi)星串聯(lián)簇是不表達(dá)的，這個(gè)結(jié)果表明存在一種未知的調(diào)控機(jī)制啟動(dòng)LBCs側(cè)環(huán)中微衛(wèi)星DNA的轉(zhuǎn)錄[19]。來自熱帶爪蟾的研究發(fā)現(xiàn)卵母細(xì)胞中還儲(chǔ)存大量來自LBCs轉(zhuǎn)錄子的穩(wěn)定內(nèi)含子（StableintronicsequenceRNA），這些內(nèi)含子一直到囊胚期都可以檢測(cè)到，說明在胚胎發(fā)育的早期可能發(fā)揮重要作用[22]。關(guān)于側(cè)環(huán)上轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制的研究，早期提出了“通讀假說”（Read–throughhy-pothesis）[23]，該假說認(rèn)為側(cè)環(huán)上轉(zhuǎn)錄起始于結(jié)構(gòu)基因的啟動(dòng)子序列，到了該基因的終止序列后并不停留，而是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄下面的非編碼序列，現(xiàn)代遺傳學(xué)的研究結(jié)果否認(rèn)了該假說。結(jié)合基因組和細(xì)胞學(xué)的證據(jù)表明位于雞LBCs側(cè)環(huán)微衛(wèi)星序列中的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子長(zhǎng)末端重復(fù)序列（LTR）啟動(dòng)了微衛(wèi)星序列的轉(zhuǎn)錄，這得到了很多來自兩棲類實(shí)驗(yàn)的證明。如果這個(gè)機(jī)制是正確的，側(cè)環(huán)的平均長(zhǎng)度應(yīng)該與活躍的LTR啟動(dòng)子的數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，這是今后需要闡明的問題之一。初生的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物被與RNA成熟相關(guān)的蛋白包被，成為附著于側(cè)環(huán)上的RNP基質(zhì)，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)為在活體條件下研究側(cè)環(huán)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的處理和機(jī)制提供了平臺(tái)。來自生化的證據(jù)表明，鳥類LBCs側(cè)環(huán)中多數(shù)RNP基質(zhì)含有與RNA成熟相關(guān)的組件，如snRNPs、SC35、hnRNP和3’末端處理相關(guān)因子。有些RNP基質(zhì)中沒有發(fā)現(xiàn)snRNPs組件，這可能是由于在相應(yīng)的微衛(wèi)星轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中缺少典型的剪切位點(diǎn)所致[19]。

1.3燈刷染色體的作用自從發(fā)現(xiàn)LBCs后科學(xué)家一直試圖理解發(fā)生在側(cè)環(huán)上大量且有點(diǎn)隨意轉(zhuǎn)錄的意義，很多人認(rèn)為這種轉(zhuǎn)錄或多或少是沒有意義的[20]。Davidson于1986年提出了另一個(gè)假說[24]，他認(rèn)為發(fā)生在LBCs上的轉(zhuǎn)錄為將來卵母細(xì)胞的成熟和胚胎發(fā)育提供必要的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，這一假說越來越為科學(xué)家重視。可能存在這種情況，LBCs上的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在核膜破裂前是隔離的，當(dāng)核膜解體后進(jìn)入了轉(zhuǎn)錄后的切割程序，形成兩類成熟的編碼和非編碼RNA分子，這種現(xiàn)象在Masi和Johnson研究LBCs組蛋白的轉(zhuǎn)錄過程上所證實(shí)[25]。據(jù)此推測(cè)，成熟編碼蛋白質(zhì)RNA分子可以用于在胚胎基因組啟動(dòng)表達(dá)之前，早期胚胎發(fā)育所必需蛋白質(zhì)的合成。至于大量的非編碼微衛(wèi)星序列的命運(yùn)可以用現(xiàn)代分子生物學(xué)的信息來解釋。在后生動(dòng)物中，編碼微衛(wèi)星序列的DNA可以轉(zhuǎn)錄形成dsRNA前體，成熟后產(chǎn)生siRNA，這些siRNA是形成組成型異染色質(zhì)所必需的。那么，可以推測(cè)，在擁有LBCs的動(dòng)物中，非編碼微衛(wèi)星序列的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物同樣可以dsRNA前體形式儲(chǔ)存在卵細(xì)胞中，為早期胚胎發(fā)育提供siRNA以便維持異染色質(zhì)的穩(wěn)定，這種假設(shè)的前提是要探明微衛(wèi)星RNA產(chǎn)物能否出現(xiàn)在受精之后胚胎發(fā)育的過程中[19]。值得注意的是擁有典型LBCs的生物胚胎發(fā)育過程大部分時(shí)間是離體發(fā)育，這與胎生的哺乳動(dòng)物在發(fā)育環(huán)境上存在巨大差異，因此，在這類生物中LBCs轉(zhuǎn)錄與離體后胚胎發(fā)育過程是否存在更密切的關(guān)聯(lián)性是值得深入探討的。1.4燈刷染色體的表觀遺傳修飾與染色質(zhì)重塑通過對(duì)兩棲類和鳥類燈刷染色體的深入研究，我們基本了解了其整體表觀遺傳的狀態(tài)。來自兩棲類的研究發(fā)現(xiàn)這類染色體中包括染色粒和側(cè)環(huán)不但缺少組蛋白H1，而且組蛋白H4都呈高度乙?；癄顟B(tài)，這是典型基因組DNA轉(zhuǎn)錄活化的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)證明，乙?；图谆揎椊M蛋白的尾部都會(huì)導(dǎo)致側(cè)環(huán)相應(yīng)狀態(tài)的改變[19]。關(guān)于對(duì)LBCs表觀遺傳修飾的理解一個(gè)典型的例子是來自于對(duì)6種鳥類卵母細(xì)胞LBCsZW的研究[26]。鳥類卵母細(xì)胞中性染色體ZW是一個(gè)僅通過著絲粒處相連的不對(duì)稱二價(jià)體，Z染色體具有正常的LBCs形態(tài)，而富含重復(fù)序列的W則僅形成幾個(gè)較大的染色粒，含有少量的側(cè)環(huán)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)W染色體具備了惰性染色體的特點(diǎn)，比如缺少乙酰化組蛋白H4，富含組蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，幾個(gè)大的染色粒都含有大量的異染色質(zhì)蛋白1。這些因素共同導(dǎo)致了W染色體在鳥類卵母細(xì)胞的發(fā)育中高度凝縮的狀態(tài)[19]。

盡管現(xiàn)在從整體上對(duì)LBCs的表觀修飾有了一定的理解，但對(duì)該類染色體的“建立–維持–再凝縮”的機(jī)制了解很少。一個(gè)重要的事實(shí)是在兩棲類和鳥類的LBCs上，不但缺少組蛋白H1，而且也未見參與減數(shù)分裂染色質(zhì)凝縮的拓樸異構(gòu)酶II。另外一個(gè)在維持LBCs形態(tài)方面發(fā)揮重要作用的蛋白是染色體結(jié)構(gòu)維持（Structuralmaintenanceofchromosomes，SMC）蛋白家族，它們參與了黏連（Cohesin）復(fù)合體和凝縮（Condensin）復(fù)合體的形成。電鏡結(jié)合免疫試驗(yàn)證明黏連復(fù)合體主要出現(xiàn)在姐妹染色單體兩條染色質(zhì)絲形成的軸上，后者主要在染色粒上發(fā)現(xiàn)。這說明，這兩種復(fù)合體可能對(duì)維持LBCs的染色粒–側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)揮重要作用[27]。最新的關(guān)于LBCs重建的實(shí)驗(yàn)來自將人類的注射進(jìn)兩棲類動(dòng)物非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)染色體形成了典型的LBCs結(jié)構(gòu)，這一方面說明了兩棲類動(dòng)物卵母細(xì)胞中含有重塑哺乳動(dòng)物非活性染色體的所有因素，另一方面也說明哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞染色體的失活并不是永久的遺傳或表觀遺傳機(jī)制造成的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)為進(jìn)一步鑒定染色質(zhì)重塑相關(guān)的順式和反式作用因子以及解析其機(jī)制提供了研究材料[9]。

2燈刷染色體應(yīng)用于遺傳學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀與思考

對(duì)于遺傳學(xué)內(nèi)容的傳授離不開優(yōu)秀的案例，生命科學(xué)的飛速發(fā)展也使得這些案例的內(nèi)涵得到了豐富和擴(kuò)展。以優(yōu)秀案例開展遺傳學(xué)教學(xué)工作可以將復(fù)雜的遺傳學(xué)知識(shí)形象化和簡(jiǎn)單化，便于教師的講授和學(xué)生的理解與記憶[3]，同樣也可以使枯燥的遺傳學(xué)學(xué)習(xí)變得妙趣橫生。LBCs就是遺傳學(xué)的一個(gè)優(yōu)秀經(jīng)典的案例，但在遺傳學(xué)教學(xué)中出鏡偏低。在作者教學(xué)所使用戴灼華等編寫的《遺傳學(xué)》課本中，以LBCs為案例介紹的內(nèi)容很少[28]，僅在第二版第二章《遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)》中，作為一種特殊染色體形態(tài)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，一句“LBCs是在光學(xué)顯微鏡下直接觀察并識(shí)別特殊位置上的單個(gè)基因轉(zhuǎn)錄活性極為理想的材料”讓學(xué)生對(duì)該案例充滿了遐想和期待，但本書后面的遺傳學(xué)內(nèi)容均沒有發(fā)現(xiàn)該案例的身影，因此發(fā)掘和使用LBCs案例應(yīng)用于遺傳教學(xué)有十分重要的意義。

2.1燈刷染色體在遺傳學(xué)教學(xué)中的拓展以LBCs為案例進(jìn)行相關(guān)遺傳學(xué)內(nèi)容教學(xué)，我們應(yīng)首先根據(jù)高校遺傳學(xué)的培養(yǎng)目的和教學(xué)目標(biāo)，在學(xué)生掌握了一定的細(xì)胞、生化和遺傳知識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合遺傳學(xué)的進(jìn)度逐步有序地加以介紹。在我所教授的遺傳學(xué)課本中LBCs是作為一類特殊的染色體介紹給學(xué)生的，除了介紹了一點(diǎn)關(guān)于LBCs的發(fā)現(xiàn)和特點(diǎn)外，缺少更加詳細(xì)的資料。正是由于其可視性的特點(diǎn)，學(xué)生除了可以容易的掌握其特殊染色體的特點(diǎn)外，也可以掌握一般染色體具有的特點(diǎn)。其實(shí)，隨著研究的深入，其涵蓋的遺傳學(xué)知識(shí)也越來越多，形成和維持該特殊染色體的原因也越來越清楚。我們?cè)诮虒W(xué)過程中是這樣介紹的：關(guān)于LBCs結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷深入的。19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)LBCs并不偶然，那時(shí)的科學(xué)家用光學(xué)顯微鏡尋找適合的染色體材料去研究減數(shù)分裂和有絲分裂；隨著時(shí)代的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)LBCs豐富而富有特色的結(jié)構(gòu)適合細(xì)胞圖的繪制；電鏡和掃描電鏡的發(fā)明更推動(dòng)了LBCs結(jié)構(gòu)和染色體組織的認(rèn)識(shí)，知道了更細(xì)微結(jié)構(gòu)的形態(tài)，比如對(duì)側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)了側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；免疫學(xué)和電鏡技術(shù)的結(jié)合，使科學(xué)家認(rèn)識(shí)到側(cè)環(huán)是由最基本的單位RNP顆粒組成的，經(jīng)過一步步的裝配和折疊形成了不同外形特點(diǎn)的側(cè)環(huán)；分子技術(shù)、免疫技術(shù)和電鏡技術(shù)的綜合運(yùn)用，使人們認(rèn)識(shí)到側(cè)環(huán)白體中RNA主要是微衛(wèi)星序列的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，但也有少量單拷貝的編碼序列RNA。由此引導(dǎo)同學(xué)們思考：既然LBCs的RNP基質(zhì)中主要是編碼非編碼序列微衛(wèi)星的RNA，它的作用究竟是什么呢？如果同學(xué)們已經(jīng)知道了微衛(wèi)星序列最終編碼的siRNA參與了異染色質(zhì)的形成和維持的話，自然會(huì)想到在LBCs“再凝縮”階段可能會(huì)發(fā)揮作用。關(guān)于適合進(jìn)行細(xì)胞圖的繪制也可以根據(jù)技術(shù)的發(fā)展逐漸深入：在僅有光學(xué)顯微鏡的早期，只能根據(jù)大的界標(biāo)如側(cè)環(huán)、染色粒、著絲粒、端粒等進(jìn)行簡(jiǎn)單的作圖，用于區(qū)分不同的染色體、基因組甚至雜種；隨著電鏡技術(shù)的發(fā)展，對(duì)LBCs結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)更加細(xì)致，可以繪制更加精細(xì)的細(xì)胞圖；隨著染色體涂抹技術(shù)的發(fā)展，可以將DN段定位到LBCs不同結(jié)構(gòu)中，繪制更加實(shí)用的物理圖，這將為進(jìn)行全基因組測(cè)序更加全面的認(rèn)識(shí)基因組特點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。關(guān)于LBCs形成和維持原因的介紹可以使學(xué)生理解和掌握染色質(zhì)重塑方面的知識(shí)。早期在只有光學(xué)顯微鏡的條件下對(duì)它的認(rèn)識(shí)一籌莫展，只能提出假說；但隨著免疫技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)的運(yùn)用，才認(rèn)識(shí)到存在一些事實(shí)：LBCs中組蛋白H1缺失，H4高度乙?；旧Ｌ幐缓M蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，鳥類W染色體幾個(gè)大的染色粒都含有大量的異染色質(zhì)蛋白1等等。其實(shí)這離完全了解其產(chǎn)生機(jī)制還有很遠(yuǎn)的距離。為了讓學(xué)生直觀地掌握轉(zhuǎn)錄相關(guān)知識(shí)，也可以引入LBCs的相關(guān)內(nèi)容。由于單個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可視性的特點(diǎn)，所以可以直觀容易地了解單個(gè)轉(zhuǎn)錄單位的結(jié)構(gòu)、組成、長(zhǎng)度、速率和分子互作等方面的知識(shí)。為了學(xué)生更容易地理解LBCs相關(guān)的遺傳學(xué)知識(shí)，開設(shè)LBCs分離和鑒定實(shí)驗(yàn)是值得考慮的教學(xué)內(nèi)容?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)常用的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材沒有這個(gè)實(shí)驗(yàn)，國(guó)外也少有開展。我校生命學(xué)院關(guān)于該實(shí)驗(yàn)正在籌劃中，所以待有了一定的進(jìn)展后再向同仁匯報(bào)。更加詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)程序可以參照相關(guān)網(wǎng)站的內(nèi)容。

第5篇：表觀遺傳學(xué)的發(fā)展范文

從小愛讀雜七雜八的書；受中學(xué)化學(xué)老師的“魔術(shù)”忽悠，入了科學(xué)之門；本科時(shí)成績(jī)平平，但在下圍棋和打橋牌上花費(fèi)了大量時(shí)間；如今成為實(shí)驗(yàn)室的掌門人，專注于探秘表觀遺傳學(xué)的生物化學(xué)機(jī)理——這就是“學(xué)習(xí)不太努力”的朱冰，崇尚自由，不愛受拘束，始終保持著孩子般的心境。

“中等生”如何煉成出類拔萃的科學(xué)精英？朱冰的秘訣是：科研源于興趣，需要好奇心、想象力和跳躍的思維。

樂趣來自獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

“想法很多”的朱冰一直在“玩科學(xué)”。初中第一堂化學(xué)課，老師拿來幾根試管，裝著無色透明的液體，倒在一起后，顏色發(fā)生了變化。“哇，跟變魔術(shù)一樣，真有意思！”朱冰想，將來做一名化學(xué)家肯定很好玩。

考入浙江大學(xué)后，他愛上科幻小說。閱讀“西紅柿變西瓜”的情節(jié)，遐想基因工程對(duì)遺傳信息的改變，于是大學(xué)畢業(yè)后考入中國(guó)水稻研究所讀研究生。

“玩”了一段時(shí)間，朱冰想“光是轉(zhuǎn)基因只是技術(shù)活，不夠有挑戰(zhàn)，更好玩的或許是轉(zhuǎn)什么樣的基因”，于是念了博士，在中國(guó)科學(xué)院上海植物生理研究所研究起克隆基因。又“玩”了一段時(shí)間，他又開始琢磨：基因的表達(dá)調(diào)控會(huì)不會(huì)更有意思？這成為他出國(guó)從事博士后研究的課題。

最終，朱冰沒成為化學(xué)家。2006年，他回國(guó)到了北京生命科學(xué)研究所，在自己的一方天地里繼續(xù)“玩”下去。他的實(shí)驗(yàn)室，興趣主要集中在表觀遺傳學(xué)的生物化學(xué)機(jī)理，研究表觀遺傳信息的繼承性機(jī)理和表觀遺傳修飾酶的活性調(diào)節(jié)機(jī)制。

這一次，他“玩”出了名堂：研究成果在《科學(xué)》、《歐洲分子生物學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊》、《干細(xì)胞》等世界頂級(jí)科學(xué)期刊上發(fā)表。尤其是，2010年，他發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究論文澄清了染色質(zhì)基本組成單位核小體的分配模式，是研究表觀遺傳信息繼承性的重要基礎(chǔ)。一名《科學(xué)》雜志的審稿人評(píng)論道：“該項(xiàng)工作終結(jié)了一個(gè)長(zhǎng)期的爭(zhēng)論。”

科研源于好奇和興趣。在不同的階段，接受不同的訓(xùn)練，了解不同的資訊，腦袋里自然能不斷產(chǎn)生不同的科學(xué)問題。對(duì)自己不停提問，尤其是提出具有獨(dú)創(chuàng)性、未被真正解答的問題，求解這些困惑著、也誘惑著自己的科學(xué)難題——這就是“朱式”科研。

成功的竅門是什么？愛“玩”的朱冰自稱“思想上不受拘束，思維很跳躍，想法很多”。在他看來，不僅需要提出問題，更需要不斷想出巧妙的方法對(duì)問題進(jìn)行證實(shí)或證偽，而設(shè)計(jì)方案更猶如設(shè)計(jì)房子，讓人著迷，“與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相比，我最大的樂趣來自于創(chuàng)造出獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”。

疑問教學(xué)法教學(xué)生

回國(guó)創(chuàng)建自己的實(shí)驗(yàn)室之后，從不循規(guī)蹈矩的朱冰開始帶學(xué)生。他的“傳道授業(yè)”，也不按常理出牌。

“朱門”第一課，教如何“不尊師重教”。朱冰的理論是：做科學(xué)研究，最終要有新發(fā)現(xiàn)，但新發(fā)現(xiàn)必然要挑戰(zhàn)原有的結(jié)論，哪怕是來自于權(quán)威的結(jié)論。“如果你們連挑戰(zhàn)自己導(dǎo)師的勇氣和能力都沒有，如何挑戰(zhàn)其他權(quán)威？如何獲得新發(fā)現(xiàn)？所以，別太尊師重教，一定要有挑戰(zhàn)精神?！?/p>

他在美國(guó)HHMI進(jìn)行博士后研究，與導(dǎo)師之間最常見的對(duì)話是：“朱冰，有什么新發(fā)現(xiàn)嗎？”“沒有?！薄罢鏇]勁?！睘榭茖W(xué)問題而“吵架”，更是再平常不過的家常便飯，“科學(xué)探索就是要挑戰(zhàn)權(quán)威，科學(xué)問題越辯越明。”

如今，已成別人導(dǎo)師的朱冰跟學(xué)生開玩笑：“博導(dǎo)博導(dǎo)，一駁就倒”，不駁是不會(huì)倒的。

“朱門”秘籍第二條，讓自己源源不斷產(chǎn)生“點(diǎn)子”。大膽假設(shè)，仔細(xì)觀察——在科研的金科玉律中，朱冰更看重“大膽假設(shè)”。他常向?qū)W生灌輸：提出假設(shè)的能力是訓(xùn)練中最重要的事，“你不需要非常聰明，但一定要多想，無所謂對(duì)錯(cuò)，甚至可以曇花一現(xiàn)。”只有產(chǎn)生了想法，才會(huì)形成科學(xué)假設(shè)，也才能進(jìn)行驗(yàn)證。

“朱門”秘籍第三條是“努力”?！坝绕涫巧锟茖W(xué)領(lǐng)域，需要做很多嘗試，從事無數(shù)次試驗(yàn)，努力很關(guān)鍵?！敝毂ρ裕约鹤x書時(shí)不夠用功，但現(xiàn)在要求學(xué)生們努力科研?！拔沂请p子座，雙面性很強(qiáng)，對(duì)別人要求都很嚴(yán)?！?/p>

學(xué)生眼中的“大牛”導(dǎo)師朱冰，堅(jiān)信“我的博士應(yīng)該比我強(qiáng)”。

無大師的時(shí)代離大師更近

“玩科學(xué)”的朱冰，不“尊師重教”的朱冰，自信卻平和的朱冰，是在中國(guó)科學(xué)迅猛發(fā)展的跑道上，一個(gè)深刻卻不孤單的身影。一群青年科學(xué)家正生機(jī)勃勃地你超我趕。

朱冰認(rèn)為，他們這一代的青年科學(xué)家，和中國(guó)大多數(shù)年輕人的狀態(tài)很相似，“大家都處在追求、進(jìn)取、向上的狀態(tài)中?！?/p>

良好的教育背景和海外留學(xué)的經(jīng)歷，讓他們煉成了積極的心態(tài)和開闊的思維，散發(fā)著自信、篤定卻平和的魅力?！翱茖W(xué)家不應(yīng)該被人仰望，也不應(yīng)該仰望別人，因?yàn)榭茖W(xué)面前人人平等?！?/p>

正在快速發(fā)展的祖國(guó)，也對(duì)他們形成了難以抵抗的誘惑。朱冰于1999年出國(guó)從事博士后研究，早他五六年出國(guó)的人，當(dāng)時(shí)很少有人想回國(guó)；到了朱冰這一茬，“我們覺得回來有可能做出好的科研成就”。他的歸國(guó)心更質(zhì)樸：我只是希望兒子能學(xué)會(huì)欣賞唐詩(shī)的美。

現(xiàn)在，若問起朱冰的學(xué)生們，幾乎每人都說：“畢業(yè)之后我希望去國(guó)外進(jìn)行博士后研究，接受更多訓(xùn)練，但我一定要回來?！币?yàn)?，“能夠在中?guó)做科研，而且能做得更好?！边@樣的變化讓人無法忽視，朱冰甚至覺得“現(xiàn)在不是愿不愿意回來的問題，而是回不回得來的問題”。他常打趣，目前唯一能和國(guó)內(nèi)房?jī)r(jià)上漲水平相比的，就是中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”的選才標(biāo)準(zhǔn)，“人才越來越多，競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈”。

也有讓他頭疼的事情：留不住優(yōu)秀的博士生在國(guó)內(nèi)進(jìn)行博士后研究，但“這對(duì)學(xué)生來說是好事，一來可以開闊視野，二來可以訓(xùn)練語言和寫作能力”。

為什么中國(guó)培養(yǎng)不出創(chuàng)新型人才——這個(gè)沉重的“錢學(xué)森之問”，在青年科學(xué)家朱冰看來，并非那么令人沮喪：沒有大師，或許是因?yàn)榇蠹叶茧x大師更近了。我們一直往前走，只會(huì)更好，不會(huì)更差。（來源：人民日?qǐng)?bào)）

第6篇：表觀遺傳學(xué)的發(fā)展范文

關(guān)鍵詞　醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)　趣味教學(xué)法　調(diào)查

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)容覆蓋面廣、跨度大、發(fā)展快、與其它學(xué)科的交叉滲透廣泛，對(duì)教師的專業(yè)修為要求較高。在一般的醫(yī)學(xué)院校，醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程多在大學(xué)二、三年級(jí)開設(shè)，課程的部分基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)生已在低年級(jí)或高中階段學(xué)習(xí)過，要求教師課程設(shè)計(jì)、內(nèi)容取舍得當(dāng)。另外，醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程內(nèi)容多而雜，在教學(xué)過程中容易出現(xiàn)主線不清晰、體系不嚴(yán)密、層次不分明、學(xué)生理不清、重點(diǎn)記不牢等問題，特別是很多內(nèi)容枯燥乏味，如果教師講授馬虎、呆板、教條、沒有生氣，那么學(xué)生學(xué)習(xí)困難、味同嚼蠟，甚至個(gè)別學(xué)生有惰學(xué)、厭學(xué)、懼學(xué)、逃學(xué)等問題。因此教師在醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)教學(xué)中必須根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合課堂實(shí)際，利用趣味教學(xué)法，讓學(xué)生在愉快、歡樂中學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。本文根據(jù)筆者在醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)教學(xué)中的體會(huì)，結(jié)合近年在大一和大三課程教學(xué)中的問卷調(diào)查，對(duì)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)趣味教學(xué)法作粗淺探討，以利醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高。

1 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程內(nèi)容趣味性課前、課后調(diào)查

在授課前和授課后，按教材章節(jié)順序，對(duì)教材內(nèi)容的緒論、遺傳的分子基礎(chǔ)、遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)、人類基因組學(xué)與醫(yī)學(xué)、單基因遺傳病、多基因遺傳病、線粒體遺傳病、染色體病、分子病與先天性代謝缺陷病、群體遺傳學(xué)、腫瘤遺傳學(xué)、免疫遺傳學(xué)、藥物遺傳學(xué)、發(fā)育遺傳學(xué)、行為遺傳學(xué)、表觀遺傳學(xué)、輻射遺傳學(xué)、遺傳病的診斷、遺傳病的治療、遺傳病的預(yù)防、優(yōu)生與優(yōu)育內(nèi)容進(jìn)行趣味性調(diào)查，結(jié)果如圖1所示。

調(diào)查表明，醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程內(nèi)容在授課前認(rèn)為有趣的占59.26%，而授課后認(rèn)為有趣的學(xué)生比例達(dá)84.78%，說明通過講授確實(shí)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程的興趣。其中提高學(xué)生興趣最明顯的是緒論部分，課前為45%，課后達(dá)93%，提高了一倍多，因?yàn)榫w論部分教師的課件、教案、講稿、教學(xué)理念、教學(xué)設(shè)計(jì)等方面準(zhǔn)備充分，它關(guān)系到學(xué)生對(duì)今后所有醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程的聽課積極性，因此應(yīng)該達(dá)到這種效果。同時(shí)也表明，無論什么課程內(nèi)容，只要老師精心準(zhǔn)備，都會(huì)使枯燥的內(nèi)容生動(dòng)有趣。從課程結(jié)構(gòu)的課后趣味性分析，遺傳學(xué)知識(shí)運(yùn)用方面學(xué)生認(rèn)為趣味性最高，達(dá)90.4%，人類遺傳病和遺傳臨床理論次之，分別為83.2%和84.2%，而遺傳基礎(chǔ)理論趣味性最差，為80.5%。

2 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程教學(xué)方法趣味性調(diào)查

針對(duì)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程內(nèi)容，采用不同教學(xué)方法調(diào)查學(xué)生學(xué)習(xí)趣味性，結(jié)果如圖2所示，班級(jí)小組討論后學(xué)生講解趣味性最高，占33.3%，班級(jí)小組討論后教師講解趣味性占23.8%，主講教師授課講解趣味性占24%，播放其他教師講解錄像趣味性占10.6%，學(xué)生自學(xué)趣味性占8.3%。結(jié)果表明，采用互動(dòng)式教學(xué)方法最受學(xué)生歡迎，占57.1%，而播放其他教學(xué)名師的講解錄像學(xué)生認(rèn)為趣味性不高，只比學(xué)生自學(xué)高2.3%，顯示教學(xué)名師講解錄像只能作為教學(xué)資料使用，無法提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程講授方法趣味性調(diào)查

趣味講授活躍課堂氛圍，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的熱情，讓課堂產(chǎn)生愉悅感，使學(xué)生輕松、愉快、爽心地進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，提高醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程學(xué)習(xí)效果。在醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課堂講授中，綜合各種趣味性教學(xué)技能，采用故事引導(dǎo)、比喻擬人、動(dòng)畫模擬、套用小品、古語今用、寓言俗語、打油詩(shī)、熱點(diǎn)流行語、漫畫卡通畫、視頻插入、連環(huán)提問、故意歪曲、故意夸大、標(biāo)新立異、滑稽比喻、一語雙關(guān)、答非所問、詼諧夸張等講授方法，發(fā)揮學(xué)生“無意識(shí)”心理活動(dòng)，集中學(xué)生注意力、增強(qiáng)學(xué)生記憶力，幫助理解、啟迪思維、豐富想象，學(xué)生可以毫不費(fèi)力、輕松愉快地學(xué)懂知識(shí)。

從課程講授方法的趣味性調(diào)查（如圖3）看，學(xué)生認(rèn)為漫畫卡通畫、打油詩(shī)、熱點(diǎn)流行語、故事、一語雙關(guān)等趣味性較高，而連環(huán)提問、古語今用、故意夸大等趣味性不高。當(dāng)然，趣味教學(xué)在教學(xué)中的表現(xiàn)形式多種多樣：一是語言趣味，語言趣味的最佳表現(xiàn)是幽默，幽默是教師的課堂口頭語言，在導(dǎo)語、插語、結(jié)語中有意采用妙語警句、雙關(guān)語、故錯(cuò)等修辭手段來制造趣味，可收到愉悅諧趣的藝術(shù)效果；二是動(dòng)作趣味，教師在教學(xué)中利用趣味化的眼神表情、體態(tài)、手勢(shì)等動(dòng)作形象，以引起學(xué)生的注意或沉思；三是輔助趣味，如輔助教師教學(xué)的直觀教具模型、標(biāo)本、掛圖、表格等，具有引人發(fā)笑的特點(diǎn)。趣味是一種很難界定的心理現(xiàn)象，不同教師使用方法不盡一致，醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課堂教學(xué)中需靈活使用。

4 趣味教學(xué)法對(duì)提高學(xué)生能力調(diào)查

趣味教學(xué)以其獨(dú)特藝術(shù)魅力在學(xué)生的愉悅中提高教學(xué)藝術(shù)效果和水平，體現(xiàn)機(jī)智性、娛樂性、教育性，推動(dòng)學(xué)生對(duì)知識(shí)、信息的追蹤和吸收。趣味用詼諧語言、形象化的手法，暗示自己的思想，啟發(fā)人們思考，產(chǎn)生意味深長(zhǎng)的美感。趣味集中學(xué)生注意力、增強(qiáng)學(xué)生記憶力，幫助理解、啟迪思維、豐富想象。趣味可以使學(xué)生毫不費(fèi)力、輕松愉快地學(xué)懂知識(shí)，潛移默化地開發(fā)智力，提高各種能力。

第7篇：表觀遺傳學(xué)的發(fā)展范文

關(guān)鍵詞 甲狀腺癌 未分化 組織學(xué)

中圖分類號(hào)：R736.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1533（2016）06-0007-04

Pathological diagnosis of undifferentiated thyroid carcinoma

TANG Feng， DU Zunguo（1. Department of Pathology， Shanghai Jing ’an District Central Hospital， Shanghai 200040， China； 2. Department of Pathology， Huashan

Hospital of Fudan University， Shanghai 200040， China）

ABSTRACT Undifferentiated thyroid carcinoma （UTC） is one of the most aggressive malignant tumors with lower morbidity and higher mortality. UTC usually occurs in elderly female patients. Most cases present with a rapidly enlarging neck mass with local compressive symptoms and early metastases. The morphological features depend on admixture of three main histological patterns（spindle， giant and epithelioid cells）with marked pleomorphism and numerous mitoses. It shows sarcomatoid， epithelioid-squamoid or other rare variants changes. Tumor cells are usually immunoreactive for cytokeratin and PAX-8， but negative for thyroglobulin and TTF-1. The genetic changes include mutations of the key-points in signal pathway， aberrations of chromosomal regions， and modifications of epigenetic targets. It is widely accepted that UTC represents a terminal dedifferentiated of well differentiated thyroid carcinoma， although the definite histogenesis is not clear.

KEY WORDS thyroid carcinoma； undifferentiated； histology

甲狀腺未分化癌（undifferentiated thyroid carcinoma，UTC）又稱間變性癌（anaplastic thyroid carcinoma，ATC），是一種罕見的高度惡性上皮性腫瘤，在所有甲狀腺癌中不足5%。UTC也是全身最致命性腫瘤之一，死亡率超過90%，占所有甲狀腺癌死亡病例的半數(shù)以上，中位生存期僅6個(gè)月左右[1]。UTC全部或部分由未分化細(xì)胞構(gòu)成，可直接發(fā)生于甲狀腺濾泡，亦可發(fā)生于分化好的甲狀腺癌，此類細(xì)胞僅能通過免疫表型或超微結(jié)構(gòu)辨識(shí)其上皮源性。由于在形態(tài)學(xué)上UTC表現(xiàn)形式多樣，與其他甲狀腺原發(fā)性腫瘤可有部分形態(tài)重疊，甚至免疫與遺傳學(xué)特點(diǎn)亦有重疊，因此其鑒別診斷非常困難。本文將對(duì)UTC病理診斷中遇到的若干問題進(jìn)行探討，以利于臨床精確診斷與處理。

1 UTC的臨床特點(diǎn)

UTC多見于老年人，中位年齡為65歲，女性占60%～70%[1-2]，通常表現(xiàn)為迅速增大的甲狀腺腫塊，易侵犯周圍組織與臟器，逐漸出現(xiàn)壓迫與牽扯癥狀，如聲音嘶?。?7%）、吞咽困難（56%）、聲帶麻痹（49%）、頸部疼痛（29%）及呼吸困難（19%）[2]。約1/3的患者在初診時(shí)已出現(xiàn)鄰近區(qū)域淋巴結(jié)及喉返神經(jīng)受累，遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移亦常有發(fā)生，最常見的部位是肺，其次為骨[2]。腫塊的快速生長(zhǎng)可導(dǎo)致甲狀腺內(nèi)出血及壞死，偶而引起甲狀腺毒癥及頸部劇痛，觸診時(shí)可發(fā)現(xiàn)頸部巨大腫塊，結(jié)節(jié)狀，質(zhì)實(shí)有壓痛。

2 UTC的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)

UTC體積大，呈灰白至灰褐色，魚肉樣，常見壞死及出血，可有邊界，但大多數(shù)腫塊與周圍組織分界不清。細(xì)胞學(xué)檢查可見少量淋巴及單核細(xì)胞背景，腫瘤細(xì)胞單個(gè)或成簇分布，細(xì)胞呈鱗狀、巨細(xì)胞樣或梭形。細(xì)胞質(zhì)豐富，無明確邊界，嗜酸性。細(xì)胞核明顯異形或怪異，染色質(zhì)粗塊狀，有單個(gè)或多個(gè)明顯核仁，核分裂像多見，包括病理性核分裂像[1，3-4]。UTC組織學(xué)特點(diǎn)取決于梭形細(xì)胞、鱗狀或上皮樣細(xì)胞、巨細(xì)胞三種主要細(xì)胞成分的構(gòu)成，表現(xiàn)為以梭形和巨細(xì)胞為主的肉瘤樣形態(tài)，以上皮樣細(xì)胞為主的癌樣形態(tài)，或兩者混合[1，3]。梭形細(xì)胞往往密集排列成束狀或席紋狀，細(xì)胞異形明顯，與真性肉瘤（纖維或平滑肌肉瘤等）難以區(qū)分，亦可見血管外皮瘤樣模式；腫瘤細(xì)胞亦可稀疏，出現(xiàn)明顯的纖維母細(xì)胞或肌纖維母細(xì)胞增生性病變（如纖維瘤病或結(jié)節(jié)性筋膜炎），間質(zhì)可膠原化玻璃樣變，細(xì)胞異形不明顯，但圍繞血管殘影的凝固性壞死、明顯的核分裂像、完全蠶食血管腔都提示UTC[3-4]。巨細(xì)胞出現(xiàn)時(shí)，多形性明顯，有奇異核、豐富的嗜酸性胞質(zhì)，散在分布于略小的單核樣腫瘤細(xì)胞中間，分布呈實(shí)片狀、假腺樣或假血管樣結(jié)構(gòu)，核分裂像與壞死明顯，類似多形性未分化肉瘤；腫瘤內(nèi)常見顯著的炎性背景，尤其是中性粒細(xì)胞及淋巴細(xì)胞，類似富含炎性細(xì)胞的未分化肉瘤[1，3]。骨、軟骨、橫紋肌以及對(duì)應(yīng)腫瘤的結(jié)構(gòu)都可以出現(xiàn)異源性成分，尤其表現(xiàn)為橫紋肌、破骨樣多核巨細(xì)胞分化時(shí)，代表了一種少見形態(tài)變異亞型[3]。在以上皮樣細(xì)胞為主時(shí)，組織形態(tài)相對(duì)均一，細(xì)胞呈多邊形，胞質(zhì)豐富，核圓，細(xì)胞排列成假腺樣或?qū)嵭猿财瑺?，混雜有纖維性間質(zhì)成分，在20%的病例中可見到鱗樣分化，但往往與其他梭形、巨細(xì)胞成分混合[3]。當(dāng)上皮樣細(xì)胞分化較差、巢片狀分布、伴大量淋巴及漿細(xì)胞浸潤(rùn)時(shí)，類似鼻咽癌[3]。在腫瘤取材充分的情況下，往往三種形態(tài)的細(xì)胞成分都能發(fā)現(xiàn)，混合存在，尤以一或兩種成分為主。腫瘤往往呈浸潤(rùn)性生長(zhǎng)，甲狀腺濾泡成分可被完全取代或散在陷入其中，腫瘤可侵犯至甲狀腺被膜外，累及神經(jīng)、脂肪、血管及氣管等。

3 形態(tài)學(xué)變異型

鱗癌樣或表皮樣型瘤細(xì)胞分化呈鱗狀上皮樣，與普通鱗癌類似，細(xì)胞卵圓或多邊形，界限清晰，偶見角化現(xiàn)象，核圓或卵圓，部分呈空泡狀，核仁明顯[1，3]。

寡細(xì)胞型類似木樣甲狀腺炎，呈浸潤(rùn)性生長(zhǎng)，瘤內(nèi)細(xì)胞稀少，梭形細(xì)胞類似纖維母細(xì)胞，核輕度異形，間質(zhì)明顯致密硬化，可伴有梗死，少量淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)[3，5]。破骨巨細(xì)胞型類似骨與軟組織的巨細(xì)胞瘤，破骨樣巨細(xì)胞散在于單個(gè)核的腫瘤細(xì)胞中，巨細(xì)胞為反應(yīng)性成分，具有單核組織細(xì)胞表型[3]。橫紋肌樣型特征為大的多邊形或卵圓形腫瘤細(xì)胞巢片狀分布，黏附性差，核偏位，扭曲多變，異形明顯，核仁突出，胞質(zhì)豐富，嗜酸性，可見包涵體樣物[3，6]。淋巴上皮瘤樣型豐富的淋巴細(xì)胞背景中見巢狀、條索狀的上皮細(xì)胞，核大，染色質(zhì)稀疏，空泡狀，核仁明顯[3，7]。

4 UTC的免疫表型與分子遺傳學(xué)特點(diǎn)

UTC的免疫表型復(fù)雜多樣，上皮源性標(biāo)記角蛋白（CK）陽性率為40%～100%不等，單一的CK染色結(jié)果常不一致，通常聯(lián)合幾種CK套餐檢測(cè)可提高檢出率[1]。上皮膜抗原（EMA）主要表達(dá)于上皮樣或鱗樣分化細(xì)胞中（30%～50%），而間葉標(biāo)志Vimentin在所有梭形細(xì)胞中都有表達(dá)[1，3]。腫瘤細(xì)胞不表達(dá)甲狀腺球蛋白（Tg）、促甲狀腺激素（TSH）受體、降鈣素及甲狀腺轉(zhuǎn)錄因子（TTF-1）等組織特異性標(biāo)志，卻一致性強(qiáng)表達(dá)TP53[3]。近來研究發(fā)現(xiàn)，一種轉(zhuǎn)錄因子配對(duì)盒基因（PAX-8）在79%的UTC（92%為鱗樣分化）中有表達(dá)，而在頭頸部的其他鱗癌中不表達(dá)[3]。

遺傳學(xué)的累積效應(yīng)是腫瘤發(fā)生與發(fā)展的始動(dòng)效應(yīng)，與其他腫瘤類似，UTC的分子遺傳學(xué)改變也是復(fù)雜多樣，但在眾多差異中又有其獨(dú)特性：①體細(xì)胞基因突變：主要發(fā)生于細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路（如MARK，PI3K，Wnt等）的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)[3]。在6%～50%UTC的病例中有RAS基因突變，在狀癌常見RET/PTC基因重排，而在UTC中幾乎未發(fā)現(xiàn)，類似的Braf基因突變發(fā)生率在25%左右，也遠(yuǎn)低于狀癌的50%。相反，PIK3CA突變率達(dá)23%，遠(yuǎn)高于其他癌。TERT啟動(dòng)子的突變發(fā)生率為33%～50%，尤其在Braf或RAS突變患者，可能在疾病后期進(jìn)展中發(fā)揮作用。在25%～60%的UTC存在CTNNB1（ -catenin）突變，影響細(xì)胞黏附與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。除了促癌基因激活，抑癌基因失活也起有重要作用，超過50%的UTC有p53基因失活性突變，而PTEN為4%～16%。②染色體異常：研究發(fā)現(xiàn)UTC基因組的不穩(wěn)定性與DNA拷貝量的變化呈異質(zhì)性，尚無特異性結(jié)果，如3p、11q獲得及5q缺失都是腫瘤發(fā)生的后期事件，且染色體基因組的異常與UTC的生物學(xué)特點(diǎn)及結(jié)局不完全相關(guān)[3]。③表觀遺傳學(xué)改變：主要涉及DNA甲基化與組蛋白修飾、沉默基因表達(dá)等，在腫瘤的去分化與增殖異質(zhì)性上發(fā)揮重要作用，但有關(guān)UTC的研究較少，僅陸續(xù)發(fā)現(xiàn)與分化相關(guān)的基因SLC5A5及NKX2-1甲基化。另外，在甲狀腺癌中，組蛋白H3的乙?；矢咚?，利用組蛋白去乙?；种苿┛纱龠M(jìn)甲狀腺癌細(xì)胞再分化，改善其對(duì)化療藥物的敏感性，說明UTC存在明確的潛在治療預(yù)期的表觀遺傳學(xué)改變[8]。

5 UTC的鑒別診斷

肉瘤樣或梭形細(xì)胞形態(tài)的UTC類似軟組織腫瘤，如無典型分化好的癌區(qū)域或在無法證實(shí)其上皮分化的前提下，僅從形態(tài)上兩者難以鑒別。對(duì)診斷UTC有重要提示作用的是：①腫瘤地圖狀柵欄樣壞死（類似膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的壞死）；②腫瘤侵犯大靜脈或動(dòng)脈；③免疫組化的輔助作用。需要謹(jǐn)記的是，甲狀腺的原發(fā)肉瘤非常罕見，轉(zhuǎn)移就更罕見，若碰到此類情況，首先考慮UTC，但需與各種間葉軟組織肉瘤鑒別，另外也要考慮某些甲狀腺腫瘤或病變的梭形細(xì)胞改變，具體鑒別診斷見表1。上皮樣或鱗樣形態(tài)UTC的鑒別診斷首先要排除鄰近器官癌的直接侵犯或轉(zhuǎn)移，其次應(yīng)注意甲狀腺腫瘤及非腫瘤性病變（表1）。

6 UTC的組織起源

UTC代表分化好的甲狀腺癌去分化的終末階段已得到絕大多數(shù)學(xué)者的認(rèn)可，在長(zhǎng)期患有甲狀腺腫患者、先前存在未完善治療的甲狀腺狀癌及濾泡性癌的患者中，UTC發(fā)生比例較高。同樣，仔細(xì)取材檢查UTC腫塊，發(fā)現(xiàn)80%～90%患者或多或少有分化好的甲狀腺癌成分[9]，因此，有人推測(cè)在未分化成分中那些邊界清晰的玻璃樣變性硬化結(jié)節(jié)可能是分化好的癌成分退變結(jié)果。另外，從一些甲狀腺癌轉(zhuǎn)移灶中可以發(fā)現(xiàn)瘤細(xì)胞的去分化轉(zhuǎn)變，也支持此觀點(diǎn)[3]。然而，分子遺傳學(xué)研究顯示，UTC與分化好的甲狀腺癌并不完全類似，因此絕非所有UTC都是分化好的甲狀腺癌的惡性進(jìn)展。

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第8篇：表觀遺傳學(xué)的發(fā)展范文

關(guān)鍵詞 21-三體綜合征 無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷 核型分析 胎兒細(xì)胞

中圖分類號(hào)：R714.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1006-1533（2013）06-0008-05

Research progress of screening of 21 - trisomy with non invasive prenatal

ZHOU Fenhe， SUN Luming

（ First Maternity And Infant Health Care Hospital of Tongji University Shanghai 200040， China）

ABSTRACT A rapid progress has been made in noninvasive prenatal diagnostic technology in last 10 years. People obtain fetal cells， free fetal DNA or mRNA through maternal peripheral blood and take advantage of epigenetic means to do prenatal screening and access the information of chromosome 21 aneuploidy. It is obvious to see that the advantage of NIPD is noninvansive， rapid and efficient. At present its application exists certain limitation. With the technology of the NIPD continuing to be matured， its application is very broad prospects.

KEY WORDS 21 - trisomy syndrome； noninvasive prenatal diagnosis； karyotype analysis； fetal cells

染色體非整倍體異常是一類常見的胎兒遺傳性疾病，發(fā)病率占出生胎兒的1/300。最常見的非整倍體異常即為21-三體綜合征（唐氏綜合征），其發(fā)生率約為1/800。人們通過不同的篩查方法，希望在孕期能夠盡可能的篩查出該病的高危人群。目前常用的篩查方法為早孕期和中孕期篩查，即控制檢出率達(dá)到90.0%，假陽性率在2.0%～5.0%的情況下，多采取孕婦年齡、胎兒超聲檢查結(jié)合母體血清學(xué)指標(biāo)綜合計(jì)算得出相應(yīng)的結(jié)果，其結(jié)果分為低危和高危[1]。對(duì)于高危人群，往往采取絨毛活檢或者羊水穿刺取樣，進(jìn)行胎兒染色體核型分析獲得確切的結(jié)果明確診斷。但無論何種方法，侵入性診斷始終存在約0.5%～1.0%的胎兒丟失率。

隨著通過母體外周血獲取胎兒細(xì)胞方法的逐漸成熟，越來越多的產(chǎn)科醫(yī)院開始嘗試無創(chuàng)的產(chǎn)前診斷方法。自1990年以來，這項(xiàng)技術(shù)被人們不斷探索并取得長(zhǎng)足進(jìn)展，為遺傳性疾病的高危人群提供了一種安全的產(chǎn)前診斷方法。該技術(shù)本身也存在一定的問題亟待解決，因此這項(xiàng)技術(shù)仍然在不斷的完善中，暫未大規(guī)模的應(yīng)用于臨床。本文結(jié)合最近一段時(shí)間文獻(xiàn)相關(guān)報(bào)道的復(fù)習(xí)，對(duì)無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)應(yīng)用于篩查21-三體綜合征的進(jìn)展進(jìn)行討論。

1 無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法的進(jìn)展

1.1 利用孕婦外周血中胎兒細(xì)胞診斷胎兒非整倍體異常

由于孕婦外周血中發(fā)現(xiàn)了胎兒細(xì)胞，故人們聯(lián)想到利用孕婦外周血中胎兒細(xì)胞診斷胎兒非整倍體異常。如果能夠獲得完整的胎兒基因組DNA，則可以進(jìn)行完整的胎兒染色體核型分析，從理論上可以作出這樣的推斷。困難在于，外周血中發(fā)現(xiàn)的胎兒細(xì)胞類型多樣，主要有滋養(yǎng)細(xì)胞、胎兒有核紅細(xì)胞（NRBC）、淋巴細(xì)胞和粒細(xì)胞等。相對(duì)其他細(xì)胞來說，NRBC是單核細(xì)胞，壽命短且穩(wěn)定，增殖能力有限，不滯留到下次妊娠。此外，NRBC有明顯的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)和特殊的細(xì)胞表面標(biāo)志物，易于識(shí)別，因此被認(rèn)為是理想的無創(chuàng)傷性產(chǎn)前診斷靶細(xì)胞[2]。

影響胎兒細(xì)胞應(yīng)用于臨床診斷的因素，首先是獲得的胎兒細(xì)胞數(shù)量太少且存在一定的背景干擾。不但有胎源性，也有母源性。因此，在利用NRBC進(jìn)行無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷時(shí)，須對(duì)分離到的NRBC來源進(jìn)行鑒定，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。起初常用的方法為FISH技術(shù)（即原位熒光免疫雜交）。但人們發(fā)現(xiàn)采用FISH方法時(shí)，大多數(shù)細(xì)胞難以進(jìn)行熒光標(biāo)記，且判讀結(jié)果依賴于人工，效率低下，這些因素都影響了孕婦外周血中胎兒NRBC在產(chǎn)前診斷中的應(yīng)用?，F(xiàn)階段提出可能的改進(jìn)方法為尋找新的特異性標(biāo)記物或改進(jìn)胎兒細(xì)胞的收集方法?？梢栽O(shè)想，如果孕婦外周血中的胎兒細(xì)胞能夠培養(yǎng)成功，可以獲得足夠的應(yīng)用于核型分析的胎兒細(xì)胞，再結(jié)合改進(jìn)的FISH技術(shù)，如光譜核型分析可能使得非侵入性產(chǎn)前診斷胎兒非整倍體出現(xiàn)突破性進(jìn)展。

1.2 利用孕婦血漿中游離胎兒DNA檢測(cè)胎兒非整倍體異常

有研究發(fā)現(xiàn)懷有染色體非整倍體胎兒的孕婦，其血漿或血清中胎兒游離DNA濃度高于懷有正常胎兒的孕婦，但困難的是在孕11～17周，母體的游離DNA占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使用傳統(tǒng)的DNA提取技術(shù)和熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase chain reaction， PCR）方法難以對(duì)胎兒染色體非整倍體異常進(jìn)行準(zhǔn)確診斷。解決這一問題的途徑，一種方法是增加提取的胎兒DNA濃度或抑制母體DNA濃度，減少背景DNA；另一種方法是尋找孕婦外周血中新的胎兒特異性標(biāo)志物，使之不受高濃度母體背景DNA的影響[3]。近年來表觀遺傳學(xué)的研究為這一設(shè)想提供了可能，DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)也是最重要的基因表觀修飾方式之一。DNA甲基化是在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下使CpG二核苷酸5’-端的胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)?’-甲基胞嘧啶。DNA甲基化調(diào)控了基因的表達(dá)但并不改變基因的序列。一般情況下，DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。2002年P(guān)oon等[4]利用甲基化特異性PCR方法，不僅從母體血漿中檢測(cè)到了胎兒從父系繼承下來的甲基化等位基因，還檢測(cè)到從母系繼承來的胎兒非甲基化等位基因，說明胎兒與母體之間的基因位點(diǎn)上存在不同的甲基化形式。這一結(jié)果為無創(chuàng)傷性診斷胎兒非整倍體提供了依據(jù)。

Chim等[5]的研究顯示，編碼maspin基因的SERPINB5基因在胎盤細(xì)胞中處于低甲基化，而在母血細(xì)胞中處于高甲基化。因?yàn)樘ケP是血漿中游離胎兒DNA的主要來源，而母血細(xì)胞是血漿中母體DNA的主要來源。推測(cè)利用胎兒和母血細(xì)胞之間存在的DNA甲基化狀態(tài)的差異，可以進(jìn)行胎兒非整倍體的檢測(cè)。唐氏綜合征由于其發(fā)病率高而備受關(guān)注，為了尋找21號(hào)染色體的表觀遺傳標(biāo)記，Hulten[6]采取了3種策略進(jìn)行篩選，結(jié)果在21q22.3發(fā)現(xiàn)了3個(gè)差異甲基化序列。其中AIRE基因啟動(dòng)子區(qū)域的CpG位點(diǎn)高度差異甲基化，可作為無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷唐氏綜合征重要的候選表觀遺傳標(biāo)記。Chim等[7]采用甲基化敏感的單核甘酸引物延伸和（或）重亞硫酸鹽測(cè)序的方法，系統(tǒng)性搜尋21號(hào)染色體上的甲基化位點(diǎn)，在114個(gè)CpG島中，有22個(gè)顯示出母體和胎兒間的表觀遺傳學(xué)差異。隨著這些表觀遺傳標(biāo)記研究的不斷深入，有可能使無創(chuàng)傷性產(chǎn)前診斷胎兒染色體非整倍體成為現(xiàn)實(shí)。

1.3 利用孕婦血漿中細(xì)胞游離胎兒mRNA檢測(cè)胎兒非整倍體

2000年P(guān)oon等[8]在孕有男性胎兒的孕婦血漿中首次檢測(cè)到Y(jié)染色體特異性鋅脂蛋白（ZFY）mRNA。此后多項(xiàng)研究證實(shí)了孕婦外周血中存在著游離胎兒RNA。它們主要來自于胎盤，在孕婦血漿中含量豐富，具有極好的穩(wěn)定性，并且與血漿中胎兒的DNA一樣，于產(chǎn)后迅速?gòu)难獫{中清除。據(jù)此推斷，利用孕婦外周血中游離RNA檢測(cè)胎兒異常是可行的。選擇細(xì)胞游離胎兒RNA進(jìn)行無創(chuàng)傷性產(chǎn)前診斷的主要優(yōu)勢(shì)在于基因轉(zhuǎn)錄的mRNA的多拷貝性。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是胎盤表達(dá)的特異mRNA種類是母體任何組織都無法表達(dá)的，易于檢測(cè)。與前述的利用表觀遺傳學(xué)差異選擇胎兒特異的標(biāo)記物一樣，分析胎盤來源的RNA類似利用胎兒DNA檢測(cè)Y特異序列或Rh D血型，母體血漿中完全缺乏這種物質(zhì)，因此檢測(cè)不受強(qiáng)大的母體DNA背景干擾。

2 臨床應(yīng)用中的相關(guān)問題

2.1 無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)是篩查還是診斷

回答這個(gè)問題牽涉到兩個(gè)方面，即向哪些人群提供這項(xiàng)技術(shù)以及如何使用這些技術(shù)。是否所有的孕婦都需要在早孕期進(jìn)行該技術(shù)的檢查？如果在唐氏篩查高危人群中，是否需要把無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷列同有創(chuàng)性介入性診斷一起作為一種選項(xiàng)？影響這些問題的答案受制于多種因素如技術(shù)的精確性，可擴(kuò)展性，實(shí)驗(yàn)室檢查持續(xù)的時(shí)間和成本-效益。顯然，成本-效益無疑是非常重要的，這也是其中的難點(diǎn)之一。那我們有必要對(duì)所有的孕婦提供無創(chuàng)技術(shù)嗎？

在歐美國(guó)家，政府制訂的政策為所有妊娠婦女均需要進(jìn)行唐氏綜合征的篩查或診斷。早孕期唐氏篩查的比例在逐漸升高，和中孕期唐氏篩查相比，早孕期篩查有更低的假陽性率。在英國(guó)，如果早孕期唐氏篩查風(fēng)險(xiǎn)高于1/150，則該孕婦需要接受侵入性的產(chǎn)前診斷[9]。早孕期篩查同樣能夠應(yīng)用于妊娠并發(fā)癥如子癇前期、胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)受限、胎兒心臟結(jié)構(gòu)異常及其他遺傳綜合征等。在無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要超聲提供胎兒準(zhǔn)確的胎齡及胎兒的數(shù)量來確保檢查的準(zhǔn)確性。在一些唐氏篩查策略非常完善的國(guó)家，是否有必要用新的策略來代替現(xiàn)有的篩查方案也值得考慮。

我們把無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)作為序貫篩查的一部分，還是作為介入性產(chǎn)前診斷技術(shù)的替代品？這個(gè)問題屬于各個(gè)國(guó)家自主選擇的范疇，從全球范圍經(jīng)濟(jì)效費(fèi)比（效用/費(fèi)用的比例）考慮，完全替代現(xiàn)有的篩查方式顯然并不可取。從現(xiàn)有的早孕期唐氏篩查方案看，現(xiàn)有的篩查方法是能夠有效檢測(cè)出唐氏綜合征的。從篩查的角度看，目前早孕期唐氏篩查的檢出率，假陽性率和假陰性率是可以令人接受的。

2.2 經(jīng)濟(jì)學(xué)因素

無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷與侵入性產(chǎn)前診斷之間的關(guān)系是目前探討的熱點(diǎn)。無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷花費(fèi)的多少取決于整個(gè)衛(wèi)生系統(tǒng)在唐氏篩查與診斷路徑中對(duì)于無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷作用的認(rèn)識(shí)。在不同的國(guó)家，根據(jù)不同的特點(diǎn)采取不同的態(tài)度。顯然，隨著技術(shù)的發(fā)展，無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)的成本會(huì)不斷下降，而其檢測(cè)的精確性會(huì)不斷提高。

以英國(guó)為例，結(jié)合最新報(bào)道的文獻(xiàn)[10]，我們來探討無創(chuàng)技術(shù)在唐氏篩查策略中的作用。在這項(xiàng)研究中，假定的篩查策略是將所有早孕期唐氏篩查高危的婦女都進(jìn)行無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷，如果無創(chuàng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)陽性結(jié)果則進(jìn)行介入性產(chǎn)前診斷。如果以唐氏綜合征目前的發(fā)病率進(jìn)行預(yù)測(cè)，則每50萬名孕婦中可能有1 389例唐氏兒出生。以目前英國(guó)早孕期唐氏篩查截?cái)嘀?/150計(jì)算，大約13 646名孕婦需要進(jìn)行無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷，其中進(jìn)行無創(chuàng)檢測(cè)陽性的1 305名孕婦需要進(jìn)行絨毛活檢術(shù)，進(jìn)行胎兒染色體和性別分析的檢查。13名孕婦手術(shù)出現(xiàn)流產(chǎn)（以1.0%的胎兒丟失率計(jì)算），1 169個(gè)唐氏兒能夠得到確診。如果以每個(gè)無創(chuàng)性檢測(cè)需要? 200，則全部的篩查與診斷費(fèi)用需要? 29 700 000。

如果相同的早孕期唐氏篩查截?cái)嘀迪拢呶Ｔ袐D不做無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷，則所有13 646名孕婦均需要進(jìn)行絨毛活檢術(shù)，發(fā)生流產(chǎn)的孕婦為136名，通過侵入性診斷可以檢測(cè)出1 181個(gè)唐氏兒。全部的費(fèi)用需要? 31 800 000。通過該研究發(fā)現(xiàn)，采取無創(chuàng)性產(chǎn)前技術(shù)后，能夠降低正常胎兒因接受有創(chuàng)檢測(cè)發(fā)生流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，換言之，避免了不必要的有創(chuàng)穿刺和流產(chǎn)。

如果將早孕期篩查的截?cái)嘀堤岣?，則顯然會(huì)有更多的孕婦需要接受無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷，可以有更多的唐氏兒被檢測(cè)出，但總體的花費(fèi)需要增加。舉例說明，如果篩查的截?cái)嘀禐?/2 000，檢出率可以達(dá)到98.0%，50萬名孕婦中大約94 000名孕婦需要接受無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷，大約1 348例唐氏兒可以被檢測(cè)出。如果每例無創(chuàng)檢測(cè)費(fèi)用仍然為? 200，則總體花費(fèi)達(dá)到? 46 200 000。如果每例無創(chuàng)的檢測(cè)費(fèi)用降低至? 50，則該篩查方案的費(fèi)用與目前早唐篩查1/150采取絨毛活檢方案的費(fèi)用基本相似，但流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)更低，且有更多唐氏兒（167）能被檢測(cè)出。

假如，我們放棄目前的早孕期唐氏篩查，全部采取無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)的話，假設(shè)每例檢測(cè)費(fèi)用在? 50，總體的費(fèi)用甚至比序貫篩查更低。無創(chuàng)技術(shù)和早唐篩查相比有更高的檢出率（99.0%），該技術(shù)有1.0%的假陽性率，約6 300名孕婦需要接受絨毛活檢術(shù)，約為目前篩查方案需要接受侵入性檢測(cè)孕婦數(shù)目的一半。

直至目前，關(guān)于無創(chuàng)技術(shù)在產(chǎn)前的適用范圍仍然在進(jìn)一步的討論中。目前的文獻(xiàn)報(bào)道中，該技術(shù)主要應(yīng)用于唐氏篩查的高危人群，其中也有假陽性的存在，這顯示了有創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)存在的必要性。我們把無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)視為“高級(jí)篩查”，這同時(shí)也顯示，對(duì)于假陰性的存在也是需要引起重視的。目前的研究表明，無創(chuàng)技術(shù)的假陰性較低，但目前提供的研究存在一定的局限性，比如，研究的樣本量較小，研究對(duì)象多集中于唐氏高危孕婦而非普通人群。對(duì)于該技術(shù)精確性的評(píng)判需要進(jìn)一步的研究。

從健康專業(yè)角度考慮，除非該項(xiàng)技術(shù)已被證明精確性非常之高，否則不宜在全球進(jìn)行大范圍的推廣。但是這樣的觀點(diǎn)往往并不與孕婦的意見一致。顯然在對(duì)待無創(chuàng)技術(shù)的應(yīng)用意見上，存在很多的分歧。一項(xiàng)來自英國(guó)的報(bào)道顯示，與專業(yè)醫(yī)生著眼于無創(chuàng)技術(shù)的準(zhǔn)確性相比，孕婦更加愿意接受其顯著的安全性。與此類似的一份美國(guó)的研究顯示，孕婦對(duì)無創(chuàng)技術(shù)主要關(guān)注的是其安全性（75.0%），關(guān)注度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于精確性（13.0%）或更早的得知結(jié)果（7.0%）[11]。

2.3 倫理方面的討論

對(duì)于無創(chuàng)技術(shù)的倫理及社會(huì)學(xué)討論目前主要集中在以下方面：孕婦接受無創(chuàng)技術(shù)的檢測(cè)是否經(jīng)過充分的知情告知，對(duì)于終止妊娠數(shù)量增加所帶來的社會(huì)壓力等。令人擔(dān)心的一個(gè)問題是，孕婦往往并不清楚這項(xiàng)技術(shù)的方法與用途，僅僅簡(jiǎn)單的認(rèn)為是一項(xiàng)血液檢測(cè)。這樣類似的問題同樣也暴露在唐氏篩查的過程中，隨著無創(chuàng)技術(shù)的便捷性，終止妊娠也變得更加隨意。

目前可以看到的前景是將無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)引入到已成熟的唐氏篩查系統(tǒng)中。以往孕婦拒絕唐氏篩查和產(chǎn)前診斷的理由往往是擔(dān)心流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。目前的序貫篩查方案由于侵入性產(chǎn)前診斷技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)使得孕婦在選擇接受唐氏篩查時(shí)，心理存在一定的阻礙。如果該方案降低了流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，孕婦可能不難作出自己的決定。因此，將無創(chuàng)性技術(shù)引入到產(chǎn)前篩查中，有助于孕婦的知情決策。另一關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)醫(yī)學(xué)專業(yè)人員進(jìn)行教育，以便能夠?qū)颊哌M(jìn)行正確的咨詢和指導(dǎo)。無論哪種篩查方案，無論何種技術(shù)，均存在自身的局限性。任何的篩查手段均有假陽性和假陰性的存在，如何讓孕婦在現(xiàn)有的條件下酌情選擇篩查的方案，在總體人群中切實(shí)降低流產(chǎn)的發(fā)生，提高唐氏綜合征的檢出率是我們努力的目標(biāo)。

2.4 商業(yè)因素

就現(xiàn)在開展的這些無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)，多數(shù)是通過商業(yè)行為提供的。對(duì)于這些新技術(shù)，一線臨床醫(yī)生并不十分確切的了解它們適用的最佳人群、檢驗(yàn)的成本、以及如何正確的解讀實(shí)驗(yàn)室報(bào)告，但他們卻需要承擔(dān)對(duì)患者的咨詢。顯而易見的是，臨床醫(yī)生可能會(huì)過度把握無創(chuàng)技術(shù)的適應(yīng)癥。從患者需求的角度看，無創(chuàng)技術(shù)由于其特有的優(yōu)越性，無須過多宣傳，患者的接受度會(huì)很好。因此，許多供應(yīng)商把無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷作為抓住市場(chǎng)的重要機(jī)會(huì)。某些公司宣傳自己擁有該技術(shù)的全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)，但目前法律上的訴訟并不完全支持這樣的觀點(diǎn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，法律上的糾紛并不會(huì)因此而減少。作為圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)專業(yè)的醫(yī)生，應(yīng)盡可能避免商業(yè)因素成為篩查策略的考慮因素，應(yīng)該客觀的看待不同公司所提供的技術(shù)存在的利與弊。

3 小結(jié)

無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)無疑是一個(gè)充滿活力的全新的發(fā)展方向，近10年來的表現(xiàn)非常奪目。它的飛速發(fā)展除了實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的進(jìn)步以外，臨床迫切的需求和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究的開展也是其發(fā)展的主要推動(dòng)力。然而，該技術(shù)要在全球范圍內(nèi)廣泛得到推廣仍有漫長(zhǎng)的道路要走。這項(xiàng)技術(shù)取得進(jìn)展的同時(shí)，如何對(duì)它的應(yīng)用范圍、技術(shù)局限有清晰的認(rèn)識(shí)、如何對(duì)患者進(jìn)行正確的臨床指導(dǎo)，有賴于進(jìn)一步的研究和經(jīng)驗(yàn)積累。正確有效的咨詢能夠使患者充分了解各項(xiàng)技術(shù)的利弊并選擇最有利于自身的方案，并盡力避免商業(yè)因素成為臨床醫(yī)生作出決策的干擾。對(duì)于一個(gè)產(chǎn)前篩查平臺(tái)所要求達(dá)到的終極目標(biāo)是能夠進(jìn)行高通量的篩查，達(dá)到非常高的檢出率、很低的假陽性率和假陰性率，盡可能避免對(duì)孕婦的損傷，避免正常妊娠的胎兒丟失，能夠具有一定的成本效益。在這些方面，無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術(shù)顯然具有非常好的前景。

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第9篇：表觀遺傳學(xué)的發(fā)展范文

關(guān)鍵詞：誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）；誘導(dǎo)性細(xì)胞；細(xì)胞治療

中圖分類號(hào)：Q813 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）05-0993-05

將已分化的體細(xì)胞重編程為類胚胎干細(xì)胞樣細(xì)胞的技術(shù)完成于2006年。Takahashi等[1]通過外源表達(dá)一組選擇性的轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)入成體小鼠成纖維細(xì)胞，最終確定最少有4種轉(zhuǎn)錄基因組合――Oct4（也稱Pou5f1、Oct3/4）、Sox2、Klf4和c-Myc可將成纖維細(xì)胞重編程為誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）。從此iPS細(xì)胞的研究開始成為干細(xì)胞研究領(lǐng)域的熱門，并且iPS細(xì)胞的來源也越來越廣泛。利用iPS細(xì)胞誘導(dǎo)技術(shù)將終末分化細(xì)胞先誘導(dǎo)成iPS細(xì)胞，再進(jìn)一步誘導(dǎo)成具有特定功能的細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞，心肌細(xì)胞等，稱為誘導(dǎo)性細(xì)胞。時(shí)至今日研究者已經(jīng)開始嘗將iPS細(xì)胞應(yīng)用于臨床治療。

1 誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞的研究進(jìn)展

從iPS細(xì)胞誕生之日起，iPS細(xì)胞的研究就成為細(xì)胞研究領(lǐng)域的熱門。起初，研究者誘導(dǎo)iPS細(xì)胞時(shí)，iPS細(xì)胞的誘導(dǎo)效率極低，而且他們用的是4個(gè)轉(zhuǎn)錄因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，其中c-Myc還具有一定的致癌作用。后來經(jīng)過科學(xué)家們的不斷嘗試，開始用小分子化合物、miRNA、mRNA或蛋白質(zhì)等導(dǎo)入細(xì)胞來誘導(dǎo)iPS細(xì)胞[1-6]，轉(zhuǎn)錄因子的個(gè)數(shù)也從4個(gè)減少到1個(gè)，甚至只用小分子化合物等物質(zhì)來誘導(dǎo)iPS細(xì)胞[7-9]。近年來iPS細(xì)胞研究取得了突破性進(jìn)展，如建立了人類疾病特異的iPS細(xì)胞，借助鋅指核酸酶和轉(zhuǎn)座子等介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)高效制備了無病毒的iPS細(xì)胞[10-13]。

從2007年Takahashi 等[2]和Yu等[3]先后將人的體細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞開始，多種人類成體干細(xì)胞被重編程為誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞，但是直到2013年Trokovic等[14]才將人類骨骼成肌細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞，他們通過逆轉(zhuǎn)錄病毒載體（圖1）或仙臺(tái)病毒載體介導(dǎo)目的基因的異位表達(dá)，在無飼養(yǎng)層且含有適宜的培養(yǎng)基條件下，可以使人類骨骼成肌細(xì)胞達(dá)到和人類成纖維細(xì)胞一樣的重編程效率，再加入組蛋白脫乙酰酶抑制劑丙戊酸鈉（VPA）、丁酸鈉（NaB）和ALK4/5/7抑制劑SB431542（SB），能明顯提高人類骨骼成肌細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞的誘導(dǎo)效率。

到目前為止，除了人之外，小鼠、大鼠、猴子、綿羊、豬的iPS細(xì)胞系均已建立[15-19]。

iPS細(xì)胞研究的意義重大，它不僅為多潛能干細(xì)胞[20]的獲取提供了新的途徑，而且避免了傳統(tǒng)胚胎干細(xì)胞研究中存在的倫理問題，同時(shí)還解決了免疫排斥反應(yīng)問題，為細(xì)胞的體外培養(yǎng)和誘導(dǎo)提供了平臺(tái)（圖2），使人們?cè)诩?xì)胞和分子水平上研究人類多種疾病及其發(fā)病機(jī)理成為可能（圖3），也為相應(yīng)藥物的研發(fā)提供了便利。正是由于iPS細(xì)胞技術(shù)使得整個(gè)細(xì)胞生物學(xué)研究發(fā)生了質(zhì)的飛躍，所以Yamanaka榮獲了2012年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)然，目前iPS細(xì)胞的發(fā)生機(jī)制還不是十分明確，還有待深入了解，iPS細(xì)胞的誘導(dǎo)效率仍然很低，整個(gè)誘導(dǎo)過程相對(duì)繁瑣，費(fèi)用比較昂貴，達(dá)到商業(yè)化、大眾化應(yīng)用的地步還有些遙遠(yuǎn)，這一切都有待進(jìn)一步研究和開發(fā)。

2 誘導(dǎo)性細(xì)胞的研究進(jìn)展

利用iPS細(xì)胞誘導(dǎo)技術(shù)，通過導(dǎo)入特定的轉(zhuǎn)錄因子組合，再加入一些小分子化合物等物質(zhì)，將終末分化細(xì)胞先誘導(dǎo)成iPS細(xì)胞，再進(jìn)一步誘導(dǎo)成具有特定功能的細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞等，稱為誘導(dǎo)性細(xì)胞或誘導(dǎo)細(xì)胞。到目前為止，已經(jīng)在多種具有重要功能的細(xì)胞上誘導(dǎo)成功[21-23]。

2.1 誘導(dǎo)性造血和血管祖細(xì)胞

Park等[21]在改進(jìn)的無飼養(yǎng)層的內(nèi)皮培養(yǎng)條件下，利用了一組重組生長(zhǎng)因子[骨形態(tài)發(fā)生蛋白4（BMP4）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）和纖維母細(xì)胞生長(zhǎng)因子2（FGF2）]的最適組合，然后在成分明確的內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)培養(yǎng)基（EGM-2）中附著低密度培養(yǎng)，用人類胚胎干細(xì)胞和人類誘導(dǎo)多潛能干細(xì)胞培育出大量的CD34+CD45+造血祖細(xì)胞（表1）。這些造血祖細(xì)胞出現(xiàn)在附著于內(nèi)皮或基質(zhì)的細(xì)胞層周圍，從某種意義上來說，這種方式與體內(nèi)胚胎生血內(nèi)皮的造血方式類似。雖然之前已經(jīng)證實(shí)由成纖維細(xì)胞衍生而來的hiPSC細(xì)胞系并不具備有效分化為造血內(nèi)皮的能力，但是這個(gè)培養(yǎng)體系能夠使hiPSC具有和hESC一樣分化為造血內(nèi)皮的能力。這個(gè)有效的分化體系可用于直接延時(shí)攝像和造血發(fā)生過程的時(shí)間進(jìn)程研究等。

2.2 誘導(dǎo)性神經(jīng)細(xì)胞

Kuo等[22]在由海藻酸和多聚γ-谷氨酸（γ-PGA）以及表面神經(jīng)生長(zhǎng)因子構(gòu)成的水凝膠中將iPS細(xì)胞誘導(dǎo)成神經(jīng)元。這種由海藻酸和多聚γ-谷氨酸（γ-PGA）以及表面神經(jīng)生長(zhǎng)因子構(gòu)成的水凝膠在整個(gè)誘導(dǎo)過程中發(fā)揮著重要作用，而孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙度和溶脹比也有一定的影響。在這種水凝膠中，iPS細(xì)胞分化的形態(tài)學(xué)圖像（圖4）展示出神經(jīng)元的特點(diǎn)。在誘導(dǎo)iPS細(xì)胞向神經(jīng)元分化的過程中，表面神經(jīng)生長(zhǎng)因子可以增強(qiáng)β Ⅲ微管蛋白的表達(dá)強(qiáng)度而抑制SSEA-1的表達(dá)強(qiáng)度。iPS細(xì)胞在這種水凝膠中的分化可以通過SSEA-1和β Ⅲ微管蛋白的表面抗原免疫化學(xué)染色和掃描電子顯微鏡來觀察鑒定。

2.3 誘導(dǎo)性心肌細(xì)胞

Jiang等[23]使用從Oct4-GFP-C57小鼠身上獲得的心臟成纖維細(xì)胞（Cardiac fibroblasts，CFs）感染逆轉(zhuǎn)錄表達(dá)重組因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）來誘導(dǎo)功能性心臟細(xì)胞（Cardiomyocytes，CMs）。以初代的小鼠胎兒成纖維細(xì)胞（MEFs）作為對(duì)照，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)由CFs衍生而來的iPS細(xì)胞（CF-iPS）與胚胎干細(xì)胞（EBs）及MEF衍生而來的iPS細(xì)胞（MEF-iPS）具有同樣的生理學(xué)特性。他們使用經(jīng)典擬胚體的方法和Transwell CM共培養(yǎng)體系來模擬心肌旁分泌微環(huán)境，進(jìn)而將CF-iPS向功能性心肌細(xì)胞誘導(dǎo)。在模擬的心肌旁分泌微環(huán)境中，CF-iPS自發(fā)地形成可以跳動(dòng)的EBs。這些分化而來的能夠自發(fā)跳動(dòng)的細(xì)胞可以表達(dá)心臟特有的組織特異性轉(zhuǎn)錄和結(jié)構(gòu)因素，而且顯示出典型的心肌形態(tài)學(xué)和電生理特征。

當(dāng)然，除了上述誘導(dǎo)性造血和血管細(xì)胞、誘導(dǎo)性神經(jīng)細(xì)胞和誘導(dǎo)性心肌細(xì)胞外，還有其他的誘導(dǎo)細(xì)胞也已經(jīng)被人們所發(fā)現(xiàn)并認(rèn)知。如Yamaguchi等[24]將小鼠的iPS細(xì)胞誘導(dǎo)成肥大細(xì)胞。

3 展望

iPS細(xì)胞自誕生之日起即受到人們的關(guān)注，iPS細(xì)胞的研究開創(chuàng)了細(xì)胞生物學(xué)的新篇章，也極大地促進(jìn)了表觀遺傳學(xué)和胚胎生物學(xué)的發(fā)展，為人類再生醫(yī)學(xué)和特異的細(xì)胞治療帶來了更美好的希望。

如果供體細(xì)胞是來源于病人自身的體細(xì)胞，就可以避免免疫排斥反應(yīng)問題，將這些體細(xì)胞先誘導(dǎo)成iPS細(xì)胞，進(jìn)而再誘導(dǎo)成具有特定功能的目的細(xì)胞，理論上就可以用于臨床醫(yī)學(xué)和再生醫(yī)學(xué)，這樣就有望實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療。然而，到目前為止，誘導(dǎo)細(xì)胞的種類有限，誘導(dǎo)效率也有待提高，并且細(xì)胞的功能仍需要大量動(dòng)物模擬試驗(yàn)驗(yàn)證。

目前，如何獲取更多的從終末分化細(xì)胞誘導(dǎo)而來的iPS細(xì)胞，并進(jìn)一步誘導(dǎo)成具有特定功能的細(xì)胞成為熱點(diǎn)，對(duì)多種體細(xì)胞衍生的iPS細(xì)胞和多種新的培養(yǎng)誘導(dǎo)方法[25-28]也已經(jīng)進(jìn)行了嘗試。

盡管這種誘導(dǎo)的功能性體細(xì)胞在將來可能具有較高的應(yīng)用價(jià)值，但是其中的詳細(xì)機(jī)理仍需要探索明確。相信在胚胎干細(xì)胞研究、iPS細(xì)胞研究、現(xiàn)代基因組學(xué)和RNA組學(xué)以及蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展和帶動(dòng)下，在不遠(yuǎn)的將來，越來越多的誘導(dǎo)細(xì)胞有望在臨床醫(yī)學(xué)和生物學(xué)基礎(chǔ)研究上發(fā)揮重要作用，從而加快再生醫(yī)學(xué)和動(dòng)物組織工程的發(fā)展，同時(shí)，也能促進(jìn)發(fā)育生物學(xué)、表觀遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等基礎(chǔ)研究的發(fā)展。

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