表观遗传学的发展精选(九篇)

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第1篇：表观遗传学的发展范文

自从1957年Waddington提出表观遗传学的概念后，表观遗传学和表观基因组学有了相当大的发展。表观基因组学是在全基因组水平上研究表观遗传学标志及其与基因表达的相互关系。这一新兴领域已对毒理学研究与实践产生重大的影响。国内，表观遗传学在毒理学研究已较深入地开展了一些研究，并发表了综述。

1外源化学物的表观遗传毒性

基因表达的表观遗传调控是通过DNA甲基化，组蛋白编码和相关的非编码RNA(如miRNA)来完成的。3种机制各自的贡献取决于特定基因及其环境，如物种，细胞类型，机体的发育阶段和年龄，此外，每个因素可能受到其他因素的影响。因此，表观基因组的调控是一个强大的和动态的综合过程，在发育和维持分化状态中起关键作用。虽然表观基因组不是所有的改变预期都是有害的，但有些可能产生有害结果(如发育异常，增加疾病易感性等)。在体外，动物和人类的研究已经确定了几类环境化学物，可以修饰表观遗传标志，包括金属、过氧化物酶体增殖剂、空气污染物、毒物和内分泌干扰物/生殖毒物。目前环境化学物表观遗传标志的研究大多数集中在DNA甲基化，只有少数研究涉及组蛋白修饰和miRNA(表1～3)。外源化学物引起表观遗传学改变可影响细胞应激，并是潜在可逆的;也可能是可遗传的。表观遗传毒性(epigenotoxicity)是指脱离外源化学物暴露后，可遗传的有害改变。广义的表观遗传毒性也可以包括外源化学物引起非遗传的表观遗传学改变中介的外源化学物毒效应。可遗传的表观遗传毒性和表观遗传改变中介的毒效应是有区别的。表观遗传毒性可以被分为有丝分裂的，减数分裂的或跨代遗传的3类。表观遗传毒性这一新兴研究领域对毒理学产生了重大的影响。下文主要讨论目前表观遗传毒性测试的主要发现及国际生命科学研究所(ILSI)“评估表观遗传变化”的研讨会的意见。

2表观遗传毒性的主要发现

2.1化学致癌近年来在多种肿瘤细胞观察到表观遗传事件。表观遗传事件可能引起基因表达的变化通过DNA甲基化，组蛋白修饰和/或染色质重构。并估计，在肿瘤细胞中检测到甲基化变化的数目远远多于遗传改变的数目。研究发现表观遗传事件参与环境与职业因子诱发癌变进程的引发和进展。DNA甲基化异常对肿瘤发生有因果关系作用，甲基胞嘧啶增加突变可能性，增加致癌物结合，肿瘤抑制基因沉默，DNA修复基因沉默，癌的DNA低甲基化和遗传学改变。组蛋白修饰可能通过影响DNA修复和细胞周期关卡，引起遗传学改变。传统的致癌性试验可确定表观遗传修饰诱导肿瘤的可能性。许多不同的啮齿类致肝癌物已被确定，而研究发现这些化合物的作用模式并无遗传毒性，与人类也无关联性。例如过氧化物酶体增殖物激活受体-α(PPAR-A)介导的和构成性雄甾烷受体(CAR)介导的啮齿类动物癌变。肝肿瘤促长剂苯巴比妥(PB)，其与CAR的激活和随后的效果相关。PB诱导的啮齿类表观遗传学改变包括甲基化改变的区域，基因表达的特殊改变和外源性及内源性化合物的代谢。持续的核受体介导的肝脏致癌物的分子分析，将更加明确地表征每个受试化合物的作用模式。表观基因组正常变异性的表征和与处理相关的表观遗传学影响的理解，将是研究致癌作用模式的巨大挑战。

2.2遗传毒理学评价化学物引起遗传损伤的能力是风险评定的重要内容。表观遗传学影响基因表达的可遗传的变化可能构成遗传毒性。表观遗传导致基因改变的机制包括:错配修复基因表观遗传缺陷，增加DNA修复基因表观遗传缺陷与癌症特定突变谱相关，参与双链断裂修复的基因的表观遗传失活，有丝分裂关卡基因表观遗传缺陷，致癌物解毒基因与甲基胞嘧啶突变可能性增加，DNA全面低甲基化和染色体不稳定等。已经确定表观遗传学改变在肿瘤形成中具有一定的作用。在肿瘤发展过程中DNA甲基化模式的改变往往是最早观察到的分子事件。甲基胞嘧啶(5meC)已知是C∶G至T∶A转换突变的热点，起因于胞嘧啶自发性水解和酶脱氨基率的增加和DNA修复降低。增加的5meC脱氨基率和T碱基修复受限可解释在CpG位点突变频率的增加。人类肿瘤p53基因突变的1/4和肿瘤抑制基因p16的C-T转换的1/3已知会发生在CpG位点上。突变的增加也可能来自于饮食中甲基供体的不足。已证明叶酸补充剂能减少溃疡性结肠炎患者发生结肠癌的风险和和预防结肠癌细胞p53突变。参与叶酸代谢的酶遗传多态性影响表观遗传标志，改变SAM水平，并能调节结肠癌的风险。也已提出DNA氧化性损伤在癌症的发生、心血管疾病和衰老中所起的作用。8-羟基鸟嘌呤(8oxoG)改变了CpG二核苷酸相邻的C的甲基转移酶活性，可能改变DNA甲基化。在CpG内C5-位的损伤影响DNA甲基化。在体外，5meC和5-氯C因启动子甲基化引起次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶(Hgprt)基因的沉默。此外，CpG内的8oxoG和HmC或显著减少结合于DNA的MeCP2，并直接导致染色质结构改变。光二聚物，烷基化碱基，脱碱基位点，以及链断裂也会诱导DNA的甲基化变化。对性细胞的致突变性将于下文讨论。体外哺乳动物细胞基因突变试验能够筛选表观遗传学介导的危害。例如，在不同啮齿类细胞系经5-氮胞苷处理TK基因可恢复活性。此外，DNA合成抑制剂3-叠氮基-3-脱氧胸苷(AZT)可引起TK位点超甲基化。应进一步开发筛选试验以确定表观遗传学中介的遗传毒性。

2.3发育与生殖的表观遗传毒理学完全分化的体细胞，在正常情况下，将有相对稳定的表观基因组传递到子代细胞。但在哺乳动物的发育过程中，早期胚胎发育过程(着床前)，以及在子宫内原始生殖细胞的发育过程中，有两个表观遗传学的重编程阶段，重新设置DNA的甲基化模式。这两个发育的表观遗传重编程事件有可能是破坏表观遗传编程的敏感窗口。发育和生殖毒理学家特别感兴趣的是毒物暴露是否可以直接改变发育的表观基因组，有害的表型是否可跨代遗传，及因此存在的潜在危害。表观遗传编程紊乱可能有助于对表型的跨代遗传。使用Avy小鼠(黄色刺小鼠)模型，饮食暴露双酚A，使Avy和CabpIAP亚稳外延等位基因低甲基化。甲基供体膳食补充剂或染料木素可抵消此低甲基化效应。这些结果与造成表观遗传影响的其他内分泌干扰物报告一致。在环境相关水平低浓度的双酚A(1.2和2.4μg/kg体重)对大鼠可诱导跨代遗传表型异常。暴露于双酚A围生期雄性后代的计数和活力降低，并在F3代持续这些表型。甲氧滴滴涕和乙烯菌核利在子宫中暴露也会导致跨代生殖遗传表型异常。虽然甲氧氯和乙烯菌核利在高于人类接触的剂量观察到病理学改变，但此研究提供了一个模型来研究表观遗传跨代的机制。已证明，乙烯菌核利暴露后破坏了多达3代的小鼠一些印迹基因甲基化模式，这表明跨代遗传异常的表型也有表观遗传的基础。

2.4免疫毒理学已发现，表观遗传调控多能幼稚辅T细胞(Th)分化的启动和其效应亚群的成熟。启动后不久，幼稚T细胞同时转录低水平的Th1(CD4)和Th2(CD8)细胞因子，包括IL-2。在选择性转录成为Ifng(Th1细胞因子标记)或Th2细胞因子基因(IL-4和IL-5，IL-13)之前需要几次复制。在体外用5-aza诱导T细胞，导致由早先不产生这些细胞因子的T细胞系产生IL-2和IFN-g。在用组蛋白去乙酰酶抑制剂处理的CD4T细胞研究证实干扰素IFN-G和Th2型细胞因子的表达增强。上述研究结果表明，表观遗传机制是Th细胞分化和功能的关键因素。尽管与小鼠相比，人类IFNG基因缺乏脱甲基化，分化的人类Th细胞CpG甲基化分析显示出与小鼠类似的结果。将化学物诱导的小鼠T细胞分化的表观遗传学改变数据外推到人应要谨慎。

2.5其他终点从鼠类模型或单一基因的表观遗传学的某些成果已被外推于人类疾病原因。表观遗传学基础的表型被认为是人类疾病的起源有待进一步的研究，特别是确定表观遗传的正常变异和评价表观遗传影响需要适当的实验设计和对照。已经提出，内分泌干扰物的表观遗传毒性可能导致暴露人群的许多发育，代谢和行为障碍。对其他靶器官或终点的表观遗传毒性还有待研究。

2.6检测流程和模型Szyf2007年对检测表观遗传毒性提出的研究思路为:①在生命一个时间点的环境暴露可能会改变表观遗传编程，导致稳定改变表型和反应性，②毒物暴露可能导致表观遗传重编程，导致生命后期表型的变异。Reamon-Buettner和Borlak提出使用动物模型(如鼠类)环境暴露后分析表观遗传机制的研究方案，见图1。已推荐了检测表观遗传毒性的动物模型，特别是Avy小鼠和Axin1融合(Axin1Fu)小鼠能用于研究表观遗传学和发育畸形之间的联系，因为在特定的DNA甲基化模式的改变可以与小鼠遗传疾病广泛链接。

3ILSI的“评估表观遗传变化”研讨会

2009年10月ILSI的健康与环境科学研究所(IL-SI/HESI)主办“评估表观遗传变化”研讨会，评估和提高表观遗传学方面的科学知识基础及其在疾病中的作用，包括跨代的表观遗传变化的影响，还讨论了将表观遗传纳入安全性评价的几个问题。

3.1可能用于评价化学物产生表观遗传毒性的模型系统大鼠和/或兔可能是评价外源化学物产生表观遗传变化影响F1和/或F2和F3代的适当的模型。小鼠可能是更易于处理的模型，因为小鼠基因组有更多的数据，并已有用于检测表观遗传变化的工具。已建议Avy小鼠模型作为潜在的筛查工具，其毛色受亚稳Avy等位基因IAP隐蔽启动子附近CpGs甲基化状态的影响。然而，Avy小鼠模型用于筛选可能过于敏感。其他可能的模型包括斑马鱼和秀丽隐杆线虫，以及蜜蜂和果蝇。体外模型是使用哺乳动物细胞或利用干细胞。干细胞包括其他物种不存在的印迹基因。印迹基因有可能作为确定表观遗传改变的感应器。以上讨论的模型有可能用于潜在危害识别，并提供机制基础。然而，将很难直接解释这些数据对整体动物和人类的意义。在表观遗传模型转化为管理决策测试之前，需要进行大量的基础工作和验证研究。

3.2可能评价的终点/靶对于表观遗传变化的指标，应确定适应反应还是有害反应。确定表观遗传修饰与可能提示特定有害影响的疾病相关基因表达改变之间的因果关系或强的关联需要表型锚定。在发现受影响的表观遗传效应的基因与某种疾病相关的基础上，应建立由表观遗传机制调控的基因数据库。表观遗传效应很可能有物种，组织，暴露和时间特异性。目前，在研究中实验对照组是化合物反应表观遗传变化的最适当的参照，建立表观遗传印迹的参考对照范围可能是有意义的，因为这些区域甲基化模式可能更趋于稳定和遗传。

3.3可能应用的技术关于DNA甲基化和miRNA，以阵列为基础的平台，针对人类和小鼠样品已优化。针对大鼠可用的工具有限，但可用根据大鼠基因组序列基于阵列的高通量方法。虽然硫酸氢盐为基础的测序评价DNA甲基化方法可用于所有物种，但需要发展高通量测序方法。区分异常信号和背景信号并不容易，最大的挑战将是数据分析和解释，应发展信息学。

3.4管理机构的观点为了将表观遗传毒性纳入风险评定，有很多的考虑。必须明确的问题，理解环境、营养和/或药物暴露对个人，群体及跨代水平的公共健康的潜在长期影响，界定希望解决的问题，确定模型系统。这就需要努力使与有害结局和基线改变相联系的研究设计、方法和模型标准化。以适当的参考化合物、途径和剂量验证该模型。模型试验检测的任何变化必须以合理的方式链接到表型或临床结局。对于法规测试，方法必须标准化，具有重复性和重现性。为了将表观遗传数据有效地纳入人类风险评定，最好与管理机构共同努力，确定一个正常基线范围，并与有害结局关联，界定公共卫生关注的适当水平。管理机构将需要开发分析工具，以对公共健康方面的数据进行解释，并将此类数据应用于风险评定模式和慢性健康结局。

第2篇：表观遗传学的发展范文

由于遗传学在生命科学中具有不可替代的重要作用，其教学方法、教学模式的探索和研究近些年倍受关注。近年来,研究性教学在各高等院校不断地被提出，黑龙江八一农垦大学生命科学学院也把研究性教学改革不断地深入到各学科教学中去。作为遗传学教师,笔者在教学过程中不断地进行着研究性教学的实践和思考。

研究性教学是在‘‘发现学习模式”和瑞士皮亚杰的“认知发展学说”的理论基础上发展起来的，其认为学生学习的过程与科学家研究的过程在本质上是一致的，强调将教学与研究结合作为大学教学的基本思想，注重提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，对培养创新型人才非常重要。研究性教学模式的核心理念是以实践中的真实问题为基础,将学生置于真实的情境中学习，培养学生的学习能力、创新能力和实践中的动手能力，增强学生对工作的适应能力，使教学与研究相统一m。研究性教学是以学生为主体,以问题为核心（PBL)去获取知识和应用知识的教学模式。研究性教学的内涵主要包括:教师把研究的思想、方法和取得的新进展引入教学活动；教师以研究的形式组织教学活动,打破原有的完整的学科逻辑和机械的顺序；学生积极参与研究之中，在研究中学习、成长，养成独立思考的气质和批判。

笔者根据研究性教学的规律及遗传学学科的特点,在教学过程中对以下几方面的问题进行了探索和实践。

1发挥学生的主动性和创造性，培养学生的思辨能力和独立思考能力

党的十指出，科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑,必须摆在国家发展全局的核心位置。要坚持走中国特色的自主创新道路,以全球视野谋划和推动创新，提高原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新的能力，更加注重协同创新。这一论述充分体现了科技创新在经济和社会发展中的重要地位,也为高等教育提出了未来人才培养的方向。大学作为本科生培养基地，肩负着培养有创新精神和实践能力的高素质人才的重大历史使命。高校毕业生的质量直接关系到一个国家科技人才的整体实力和水平,高校教师如何改革现有的教学方法和模式,培养具有学习能力、自我创新能力的大学生，是目前教育教学过程中亟待解决的问题。

研究性教学模式具有极强的实践性。研究性教学模式特别注重教学与研究相结合，理论与实际相统一。研究性教学模式不只强调背诵、理解复述和模拟,而是注重培养学生的科学思维、自主意识、团队协作精神和工作责任心,强调培养学生获取与归纳整理信息的能力、分析解决问题的能力、展示成果与表述观点的能力。创新能力的培养不可能仅依靠获得知识,很大程度上还依赖于学生的直接经验的积累，因此切实加强研究性实践教学,对提高学生的实践能力是至关重要的。创新型人才的培养目标要求学生既要学会动手又要学会动脑；因此，教师在教学过程中要树立研究性教学为主的教学观,运用正确的教学法,积极探讨、推动教学研究和改革,培养学生主动探求知识的主体精神,动手、动脑的能力和创造性思维及创造精神。研究性教学过程从讨论问题开始,需要涉猎大量的资料,课程学习本身不仅在于学习知识，还在于掌握学习知识的方法。研究性教学以学生为主体的教学模式强调了学生在学习过程中的核心地位,教师只起引导、示范、鼓励、辅导和监控的作用，这种模式可以最大限度地调动学生学习的主动性和积极性,培养学生自主学习及独立分析和解决问题的能力。在遗传学的教学过程中可以采用问题式、讨论式、互动式课堂教学,从而达到更好的教学效果，在客观上具有一定的可行性。以学生为主体的教学模式关键在于课前的认真准备和教师在课堂上的灵活调控。

2专业知识教学和实验技术教学相结合

遗传学是一门在实验基础上发展起来的学科,尤其是现代遗传学技术的突飞猛进发展和遗传学知识的大量增加,都给学生的学习带来了一定的难度。因此,遗传学采用什么样的授课方法才能使学生掌握基本知识,提高学生的创新能力一直倍受教育工作者的关注。一些遗传学教师的教学经验表明，在遗传学授课过程中，适当地讲授遗传学研究的基本实验技术和遗传学研究材料的获得方法对帮助学生理解遗传学知识是非常重要的。例如，在介绍分子标记选择辅助育种的研究进展时,对分子标记的定义、类型、发展和每种标记的用途进行讲解,对遗传学研究材料如重组自交系和近等基因系群体的构建方法及其在基因定位和育种研究中的应用等知识进行回顾,大大增强了学生对专业知识的理解。在实验技术的教学方面,应不断地给学生介绍最新技术在遗传学研究中的作用以及不同技术在某一研究领域的时效性3。在内容上,尽量安排生动丰富且易于操作的实验项目，增加一些设计性和综合性的实验项目，尤其是近期，随着表观遗传学研究的日渐深入,适当地增加该方面的实验课程对帮助学生理解基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变化等表观遗传学对生物性状的改变所起的作用，可以开展表观遗传抑制剂对细胞周期调控的分析及RNA干扰基因沉默的遗传分析等实验。

3为学生提供具有时效性、权威性和新颖性的阅读材料

随着遗传学科的快速发展,研究领域不断拓宽,新技术、新成果不断涌现,任何一部教材都难以跟上遗传学快速发展的步伐，因此必须借助网络等媒体实现知识的不断更新。在教学过程中，教师可适当地借鉴〈(Science〉〉、《Nature》以及分子细胞生物学领域的一些国际权威杂志上的综述性文章作为教学中的补充内容,使学生在学习经典遗传学理论的同时，对分子遗传学和现代遗传学的发展有更深入的理解。如在研究癌症的遗传学基础时发现,一半以上癌症的发生过程中伴有p53突变。p53在正常细胞中寿命短、含量低，与细胞周期控制、DNA修复、衰老、血管生成和细胞凋亡密切相关。当p53发生突变时,细胞逃脱正常细胞生长的限制,使突变从一代细胞传到下一代细胞,这为癌症的发育创造了条件。在给学生授课的过程中，跟踪遗传学的最新研究动态，如引入p53等遗传学研究进展，可大大激发学生学习的积极性?。表观遗传学目前也是遗传学重要的补充,如乙酰化酶家族和染色体易位、转录调控、基因沉默、细胞周期、细胞分化与增殖以及细胞凋亡相关,从而对生物体的性状产生了影响。而非编码RNA不仅能对整个染色体进行活性调节,也可对单个基因活性进行调节，它们对基因组的稳定性、细胞分裂、个体发育都有重要的作用。在教学过程中，适量增加表观遗传学的知识,可以极大地丰富学生的知识量及对科技前沿知识的认识,为提高学生的科技创新能力奠定基础。

4案例式和情境式教学相结合，激发学生内在的学习动力

案例教学法（Casemedthodteaching,CMT)是根据教学目标和培养目标的要求,在学生掌握了有关的基础知识和基本理论的基础上,教师在教学过程中选择典型案例并以恰当的形式给学生展示,把学生带入一个特定情境中，在教师的指引下由学生自己依靠其知识结构和背景,在这种案例情境中发现、分析和解决问题，培养学生运用理论知识并形成技能技巧的一种教学方法5。案例教学法最大的特点就是模拟实践经验,增强学生实践的能力。遗传学教师在注重理论知识讲授的同时,要穿插与实际生活密切相关的大量案例,培养学生分析问题和动手实践等能力。

在遗传学教学过程中，注重教学内容与人类生活及人类疾病相结合,加强学生对教学内容的认识和遗传知识的深化。在讲授单基因遗传病、多基因遗传病和染色体病时,可与临床中真实的遗传病相联系,如常见的单基因遗传性疾病一白化病、苯丙酮尿症、黑尿症、先天性聋哑、高度近视，多基因遗传性疾病一原发性高血压、支气管哮喘、冠心病、青少年型糖尿病、类风湿性关节炎、精神分裂症、癫痫、先天性心脏病，染色体遗传性疾病一“21三体”综合征、猫叫综合征等。针对这些疾病，巧妙设计引导式问题,囊括大纲要求的知识点，突出遗传学的课程特色。在该模式下的教学过程中，学生不是被动地学、记忆和理解教师所教授的知识,而是在教师的指导下,将学生置于可以从不同角度看待事物的环境，问题情境便能够吸引并维持他们的兴趣，使他们积 极寻找解决问题的方法，创造性地得出结论,从而激发学生学习的内在动力。

5加强遗传学教师师资队伍建设，为研究性教学提供人才保障

过去,很多高校过于注重结果性评价而忽视过程评价,无法对教师的研究性教学能力和学生的实践能力作出公正而又科学的评价H。目前，黑龙江八一农垦大学已经非常重视研究性教学的实施,并为此做出很多努力和尝试。遗传学作为生命科学的重要课程,其教师队伍的整体水平是制约教学效果的一个重要因素。没有一支高水平的教师队伍一切将成为空谈。为了提高研究性教学水平,学校组织教师到优秀研究性教学能手的课堂上听课,通过学习其他课程的课堂教学方法、教学模式，为遗传学更好地进行研究性教学提供了教学案例。此外,学校年轻的遗传学教师可以通过培训、进修等形式提高专业水平。最后，如果想成功地进行研究性教学，授课教师必须进行学科专业的科学研究。授课教师要随时关注遗传学领域的最新发展动向，将权威杂志中介绍这门学科研究的新概念、新发现、新思路和新方法的文献综述引入课堂。这些参考文献学术水平高、内容新、难度适中，开阔了学生的视野，对他们很有吸引力。教师只有通过科研,才能真正理解本学科教材的内在联系，把握住本学科的发展趋势,及时吸纳学科内最新科研学术成果,适时地把学生引入本学科知识和科研的前沿,引导学生在科研实践中增长才智、得到锻炼，激发学生的创造欲望，通过科研、实验等手段培养学生的创新能力。

第3篇：表观遗传学的发展范文

关键词 硒 表观遗传修饰 表观标志物抑制剂 抗癌药 开发

中图分类号：R979.1 文献标识码：A 文章编号：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

硒最重要的生物学功能是抗癌，并以多种机制发挥其抗癌作用。近年来的研究发现，硒又可对表观遗传学调控机制异化产生干预影响，特别是对在肿瘤发生机制中的特异性靶点进行干预，进而阻抑肿瘤的发生及转移。硒化物是某些肿瘤特异性表观标志物有效的抑制剂。硒的这个功能不仅对临床肿瘤诊断、治疗、预防具有现实意义，更为“含硒表观靶向抗癌药物”开发提供了科学依据。“含硒表观靶向抗癌药物”是期待开发的新型抗癌药。现就近些年在这些方面的相关研究作一简要介绍。

1 表观遗传学

什么是表观遗传学？从孟德尔遗传规律讲，亲代（一代）把遗传信息传递给子代（二代），主要由携带遗传信息的脱氧核糖核酸（DNA）分子中碱基的排列顺序（即碱基序列）来决定，并在细胞核内遗传。但人们在研究中发现，在DNA碱基序列以外还有一套调控机制，包括 DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑以及非编码RNA等，它们在不涉及改变DNA碱基序列的情况下，影响转录活性并调控基因的表达，改变机体的性状，并且是一种可以预和逆转的遗传机制。这种非孟德尔遗传现象，称作表观遗传学[1-2]。

2 硒对表观遗传修饰异常产生干预及逆D作用

肿瘤发生发展的主要生物学原因是原癌基因活化和抑癌基因失活[3]。研究显示，DNA甲基化水平同这些基因的表达密切相关。通常情况下，甲基化水平同基因表达呈负相关，甲基化程度越高，基因表达活性越低，甲基化程度越低，基因表达越活跃[4]。

DNA甲基化主要表现为基因组整体甲基化水平降低和局部CpG岛[在哺乳动物中富含胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（CpG）二核苷酸的一段DNA称为CpG岛]甲基化程度的异常升高，人类基因组的甲基化主要发生在CpG岛[5]。

研究表明，实体瘤普遍存在基因组广泛低甲基化现象，低甲基化使原癌基因活化，癌细胞异常增殖；低甲基化还使肿瘤转移增加，例如胃癌的甲基化水平越低，癌细胞浸润、转移的倾向越明显[6]。

CpG岛的甲基化程度异常升高，会导致某些抑癌基因表达沉默，进而参与肿瘤的发生发展。在正常情况下，CpG岛为非甲基化。当肿瘤抑癌基因的启动子区域（CpG岛）过度甲基化，就会使抑癌基因的表达沉默。其间DNA甲基转移酶（DNMT）家族中的DNMT1发挥着重要的调控作用，它的高表达导致抑癌基因在CpG岛失活。所以，CpG岛高甲基化成了多种肿瘤特异性表观标志物，已成为临床多种肿瘤早期诊断的依据和指标[7]。

近年来，作为表观遗传学调控机制之一的组蛋白修饰在肿瘤研究领域受到越来越多的关注。组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰转移酶（HAT）和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）共同调控，而编码HAT或HDAC的基因如果发生染色体易位、扩增等突变会导致某些肿瘤的发生。

可见，DNA甲基化和组蛋白乙酰化等表观遗传修饰异常是肿瘤发生的另外一个机制。而近年研究发现，硒通过靶向干预可逆转甲基化和乙酰化异常的过程，从而抑制肿瘤的发生及转移。硒化物成了潜在的治癌新药物，是亟待开发、临床应用前景可观的“含硒表观靶向抗癌药物”。

2.1 硒对DNA甲基化产生干预作用

研究表明，膳食硒通过干预表观遗传过程显示出其抗癌潜力，膳食缺硒时组织呈现整体低甲基化[8]。Davis等[9]早些时候研究发现，给大鼠喂食缺硒膳食，其肝脏和结肠都出现显著DNA低甲基化，而经硒处理的人结肠癌细胞株Caco-2 DNA甲基化水平显著高于未经硒处理的对照组，据此研究者认为，膳食缺硒会增加肝脏和结肠肿瘤的发生。Remely等[8]研究表明，膳食硒营养缺乏会引起动物组织和人体结肠癌DNA低甲基化。我国学者徐世文等[4]通过实验也发现，饲料硒缺乏可导致鸡肌肉组织 DNA甲基化水平降低。硒对DNMT有抑制作用，缺硒会导致DNMT活性增加，使原癌基因活化，引起结肠癌等多种肿瘤发生。保持硒等营养素均衡摄入，有利于维持DNA甲基化正常水平及抑制DNMT活性[6]。

CpG岛DNMT1的高表达是使抑癌基因失活的重要机制。抑制DNMT1靶酶活性，使失活的抑癌基因复活，是肿瘤治疗中探索的新途径。硒在多种肿瘤中有去甲基化的生物学功能，能诱导失活的抑癌基因重新活化和表达[3]。研究发现，硒可以直接干预DNA甲基化，抑制腺癌细胞株DNMT的高表达[8]。膳食硒干预DNA甲基化的方式之一是通过去甲基化过程来调节DNMT1活性的；研究还证实，亚硒酸钠和苯甲基氰酸硒（BSC）、1，4-苯双（亚甲基）氰酸硒（p-XSC）两种合成硒化物对人大肠癌细胞核提取物中DNMT的活性都有抑制作用[10]。

各方面的研究验证，硒对DNA甲基化产生干预影响，是靶酶DNMT有效的抑制剂。

2.2 硒干预影响组蛋白的乙酰化

近年来，国内外学者研究发现，组蛋白去乙酰化酶与肿瘤的发生密切相关。HDACs家族中的HDAC1高表达可明显增加肿瘤细胞的增殖能力。在食管鳞癌、前列腺癌等多种肿瘤中均发现HDAC的高表达，靶酶HDAC已成为首选的攻击靶点。

目前，人们通过体内、体外的研究鉴定出了硒、丁酸盐、曲古抑菌素A（TSA）等一些HDAC的抑制剂，这些抑制剂可在体外诱导多种肿瘤细胞的生长停滞、分化或凋亡[2]。Somech等[11]通过临床试验表明，HDAC抑制剂对人体白血病及实体瘤进行治疗，表现出明显的抗肿瘤增殖效果，研究者认为，各类HDAC抑制剂是另一类新型抗癌药物、“癌症治疗的新工具”。

Xiang等[12]的研究证明，硒可以通过下调DNMT和抑制HDAC活性，活化人前列腺癌LNCaP细胞系中因高甲基化沉默的基因GSTP1， APC和CSR1。这些基因是具有保护免受氧化损伤的抗癌活性物质、化学致癌物解毒剂或肿瘤抑制剂。

甲基硒酸（MSA）是近年来新研制成的一种人工低分子量有机硒化合物，是很具潜力的抗癌制剂。Kassam等[13]通过对弥漫性大B细胞淋巴瘤细胞系（DLBCL）w外研究首次发现，MSA可以抑制该细胞系HDAC的活性。研究者认为，有关MSA抑制HDAC活性的作用以前从未报道过，从而为人们提供了硒元素一种新的机制，MSA是日后临床试验中可以使用的硒化物。

我国科研人员胡琛霏[2]通过蛋白质免疫印迹的方法，检测到MSA可抑制食管鳞癌细胞系HDAC的活性，降低HDACl和HDAC2的蛋白表达，引起细胞内组蛋白乙酰化水平显著升高；同时，还检测到硒甲硫氨酸（SLM）对食管鳞癌细胞系KYSEl50细胞和MCF7细胞的作用，在SLM处理细胞24 h后，细胞中组蛋白去乙酰化酶的活性也显著降低。

这些年，越来越多的含硒组蛋白去乙酰化酶抑制剂被发现和验证。亚硒酸钠、酮C甲基硒丁酸盐（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，提高组蛋白乙酰化水平，作为潜在的HDAC抑制剂，发挥其抗肿瘤的作用[14]。Fernandes 等[15]介绍，KMSB 和 MSP在体外作为HDAC的竞争性抑制剂发挥抗癌作用；还报道，合成的SAHA含硒类似物（5-苯甲酰戊氰硒）二硒醚和5-苯甲酰戊氰硒对不同肺癌细胞株HDAC抑制效果比SAHA更好。SAHA是氧肟酸类HDAC抑制剂，是目前在临床上以皮肤T淋巴细胞瘤（CTCL）为适应症而广泛应用的表观靶向抗癌药物。这也提示，含硒类抑制剂对靶酶HDAC抑制效果优于无硒类抑制剂。

为何上述各种硒化物都可靶向抑制DNMT和HDAC活性，研究发现不管其结构如何改变，硒都是这些化合物生物活性的中心元素，发挥着关键作用，硒的这一生物学功能对含硒抗癌药物的开发具有重要的指导意义[16]。

2.3 硒对非编码RNA调控机制产生干预效应

表观遗传学的一个重要调控机制是非编码RNA。非编码RNA是指不能翻译为蛋白质的RNA分子。近年来，非编码RNA一族中的微小RNA-200（miR-200）受到人们的高度关注。研究发现，miR-200家族中的成员微小RNA-200a（miR-200a）与肿瘤的发生发展关系密切，miR-200a在肿瘤组织中呈现明显低表达。因此，miR-200a的表达下调是肿瘤发生的重要因素之一，miR-200a也成了肿瘤特异性表观标志物[17]。

胡琛霏[2]通过TaqMan芯片，检测了MSA处理食管鳞癌细胞后细胞中微小RNA（miRNA）的变化情况，发现MSA可以上调细胞中miR-200a 的表达水平，miR-200a 表达升高后，负性调控Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1（Keap1）的表达，使Keap1蛋白水平下降，上调转录因子NF-E2相关因子2（Nrf2）蛋白水平并提高其转录活性（Nrf2活性受其细胞质接头蛋白Keap1的调控），从而活化Keap1-Nrf2信号通路。而Keap1-Nrf2信号通路在抗氧化、预防肿瘤发生等诸多方面有重要作用[18]。

体外研究显示[19] ，人脑膜瘤组织中miR-200a表达明显低于正常组织，β-循环蛋白（β-catenin）和其下游靶基因细胞周期蛋白D1表达显著增高，二者和miR-200a呈现负相关，上调miR-200a可降低β-catenin的表达，进而阻断Wnt/β-catenin信号传导通路来抑制脑膜瘤的生长。胡琛霏课题组前期研究也发现MSA可以抑制食管鳞癌细胞系中β-catenin的表达[2] 。研究已证实，Wnt/β-catenin信号通路的激活和高表达可促进肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移及抑制肿瘤细胞的凋亡[20]。

由此可见，MSA可能介导、调控着miR-200a表达及参与复杂的分子调控网络，从而抑制肿瘤发生及转移。

3 展望

加强硒与表观遗传学之间关联的研究，有着重要的生物医学意义。它有可能解释硒化学抗肿瘤的新机制，从理论上证明硒元素可能具有表观遗传学的效应[21] 。综上所述，硒在肿瘤形成中对表观遗传修饰异常产生干预影响，靶向抑制肿瘤特异性表观标志物，逆转表观遗传修饰发生异化过程，使我们认识了硒化学抗癌的新机制、新作用，硒化物是潜在开发的新型靶向抗癌药物。Fernandes 等[15]指出，硒化物都是癌症治疗药。目前，非表观类含硒靶向抗癌药如硒唑呋喃、依布硒啉、乙烷硒啉等早已进入临床研究[16]，展示出很有希望的临床应用前景。而含硒表观靶向抗癌药物是亟待开发的抗癌药“富矿”，加快开发含硒表观靶向抗癌药物，可为临床肿瘤治疗增加一种“新的工具”，为癌症患者战胜病魔增添一份新的希望。人们热切期盼“含硒表观分子靶向抗癌药物”早日问世。

致谢：本课题研究得到华中科技大学徐辉碧、黄开勋两位教授和安徽医科大学张文昌硕士的支持，在此表示衷心感谢。

参考文献

[1] 王杰， 徐友信， 刁其玉， 等. 非孟德尔遗传模式： 表观遗传学及其应用研究进展[J]. 中国农学通报， 2016， 32（14）： 37-43.

[2] 胡琛霏. 甲基硒酸调控食管鳞癌细胞表观遗传改变的机制研究[D]. 北京： 北京协和医学院， 中国医学科学院， 2014.

[3] 华岩. 硒・生命的营养素[M]. 北京： 北京大学出版社， 2015： 97-98.

[4] 徐世文， 蒋智慧， 王超， 等. 硒缺乏对鸡肌肉组织DNA甲基化水平的影响[J]. 东北农业大学学报， 2012， 43（9）： 42-46.

[5] 陆嵘， 房静远. 表观遗传修饰与肿瘤[J]. 生命科学， 2006， 18（1）： 10-14.

[6] 腾丽娟， 张长松， 李克. 营养与肿瘤表观遗传学关系的研究进展――DNA甲基化机制[J]. 医学研究生学报， 2008， 21（1）： 95-97.

[7] 尹惠子， 单明， 尤子龙， 等. 肿瘤发生过程中表观遗传学机制――DNA甲基化的研究进展[J]. 实用肿瘤学杂志， 2015， 29（2）： 173-177.

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

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

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

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

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

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

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

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

[16] 宝泉， 史艳萍， 李彩文， 等. 基于硒元素的抗癌药物研究进展[J]. 化学通报， 2011， 74（8）： 709-714.

[17] 汪建林， 杨西胜， 李小磊， 等. miR-200a与肿瘤关系[J].现代肿瘤医学， 2013， 21（12）： 2853-2856.

[18] 殷园园， 武夏芳， 武端端， 等. 核因子E2相关因子2在肝癌发生发展及治疗中作用的研究进展[J]. 环境与健康杂志， 2016， 33（2）： 178-181.

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

第4篇：表观遗传学的发展范文

摘要:

灯刷染色体是存在于除哺乳动物以外几乎所有动物雌配子减数分裂第一次分裂双线期的一种暂时性巨大转录体，因状如灯刷而得名，但在细胞遗传学三大经典染色体研究中关注度最低。它是研究减数分裂时期染色体的结构、组织形式、转录和转录过程的好材料。本文一方面对以上研究及形成机制作一简要综述，另一方面探讨灯刷染色体可能的作用，也即从已有文献表明卵细胞核的灯刷染色体或多倍化为相关生物胚胎发育提供足够的转录产物。最后探讨将其作为一个案例用于遗传学教学的可能性，以激发学生学习遗传学的兴趣。

关键词:

遗传学；细胞遗传学；灯刷染色体；研究进展；遗传学教学

遗传学是生命科学领域中一门兼具理论性和实验性的基础性学科之一，从遗传学发展史上可以清楚地看到一系列经典的研究案例对遗传学的发展起到巨大的推动作用[1]，赋予遗传学新的内容，使遗传学理论不断地完善和提高，从而在更高水平指导遗传学的发展。例如果蝇和豌豆因其丰富的表型在性状遗传研究上成为经典研究案例，奠定了遗传学的初创和发展；唾腺染色体和灯刷染色体因其形体的巨大性和特异的细胞结构，促进了细胞遗传学的发展；以噬菌体为材料促进了生化和分子遗传学的发展；以大肠杆菌为材料的研究揭示了原核表达调控的机制；以拟南芥和水稻为材料解析了植物基因组的特点并促进了植物功能基因组学的研究[2,3]。这些案例还有很多，限于篇幅不一一枚举。不过，关于遗传学发展史上经典案例的研究和关注并不平衡。例如在细胞遗传学三大经典染色体的研究中，关于唾腺染色体和巴氏小体的研究很多，而灯刷染色体(Lampbrushchromosomes,LBCs)的关注度较低。尽管LBCs因拥有数以万计的正在转录的单位而具有了结构的巨大性，但在过去的130多年中公开发表的文献仅有350多篇（projects.exeter.ac.uk/lampbrush）。究其原因可能有四点：一是分离LBCs技术难度较大；二是所使用的仪器是显微镜，而不是时髦的微量移液器，导致学生的兴趣不足；三是可用分离该染色体的典型材料不易取得，多数动物材料都是各国重点保护的动物；四是可能由于偏重理论研究，无法取得足够的经费支持[4]。尽管如此，LBCs的研究仍然取得了令人兴奋的成绩，本文拟沿着LBCs研究的踪迹，比较系统地综述相关生物卵细胞减数分裂第一次分裂双线期染色体的结构、组织形式以及转录等相关知识。最后探讨将这一被忽视的“明星染色体”案例介绍给学生，以期引导学生对LBCs研究的重视，激发他们学习和研究遗传学的热情。

1灯刷染色体的研究进展

1882年，Flemming首先在蝾螈（Notophthalmusviridescens）的卵母细胞中发现了这种结构[5]，十年之后，Rückert(1892)在狗鲨（Chiloscylliumpunctatum）卵母细胞中再次发现了Flemming所描述的结构，因为其形如19世纪的灯刷或20世纪的试管刷而命名为灯刷染色体[6]。典型的LBCs实质上是存在于除哺乳动物以外几乎所有动物（在两栖类、鸟类和昆虫类都有很好的研究）雌配子减数分裂第一次分裂双线期的一种暂时性巨大转录体,大小可以达到5~6mm。细胞核中每个LBCs是二价体（一对同源染色体），核中有几个二价体就有几个LBCs，每个二价体包含四条染色单体，同源染色体通过交叉（Chiasmata）相连。它们具有独特的染色粒—侧环（Chromomere–lateralloop）结构：染色粒串联形成单体的主轴，是遗传惰性区；显著的侧环结构则为转录活性区，包括了成千上万的活性转录单元[7]。随着转录的进展，RNA链不断延长，外形呈“圣诞树”样结构。除了在以上动物的卵细胞中发现LBCs外，在果蝇细胞Y染色体和植物中也有发现，比如在单细胞藻类（Acetabularia）中发现有典型的LBCs结构[8]，其它所报道的植物LBCs不具有典型结构，只是一条较长的染色体，周围有绒毛状的结构。由于LBCs在普通光学显微镜下可以看到，因而它是研究基因组结构和功能的极为理想的实验材料[9]。

1.1灯刷染色体的基本结构和细胞图在普通光学显微镜下，在外观上看每一个典型的LBCs两个同源染色体依靠几个交叉相连，它们分别由无数致密的染色质颗粒或染色粒串成线状，这些颗粒之间有染色质丝相连，在每一颗粒或染色粒处产生1到数个成对的侧环，这就构成了所谓LBCs上的“刷毛”[10]。这些环之所以成对出现是由于姐妹染色单体之间没有任何联系造成的。利用扫描电镜或电镜技术结合免疫技术对来自不同物种的LBCs进行观察，发现侧环是以纤细的染色质为轴，上面覆盖了无数的核糖白（Ribonucleoprotein，RNP）颗粒。由于RNP颗粒相互聚集和沿侧环轴向的卷曲会将正常状态的侧环一步一步装配形成小颗粒、颗粒球和紧密块状物等更高级的侧环结构[11]，因而形成了光学显微镜下可见的巨大染色体。染色粒和连接它们的染色质丝构成了LBCs的轴，轴上最显著的特点就是染色粒–侧环结构，某些有明显特征的侧环往往成为鉴定染色体特异性的界标（Landmark），比如在两栖类中，几乎大部分灯刷染色体都有巨大的侧环，只是位置不同，所以可以区分不同的染色体；另一类是有特异结构的侧环，分为高密度侧环和块状侧环，也存在于很多染色体不同位置中。轴上除了染色粒和侧环外，还有着丝粒、端粒、球体等结构。这些结构常常出现在特定染色体的固定部位，成为鉴别各条染色体的界标[11]。染色粒(Chromomere)是LBCs轴的主要成分。在配对的同源染色体中，染色体轴上染色粒的数目和分布大体相同，但形状不很规则。在最初形成的LBCs上，单体灯刷染色体染色粒的数目可以达到5000个以上，在光镜下染色粒大小从不可见到可见的1µm。据估算，一个有尾目的两栖动物LBCs的染色粒所包含的碱基数目约5~10Mb，而侧环中仅有50~150kb的DNA[10]。染色粒的数目和大小与物种和减数分裂的推进有关，也随侧环转录活性而变化。随着减数分裂的推进，染色粒逐渐变大，数目减少。在早期的LBCs中侧环转录活性高，这时染色粒小，数目多；随着双线期的推进，侧环因转录活性下降而回缩，染色粒彼此融合最终成一条正常的分裂期染色体[12]。侧环(Lateralloop)是DNA活跃转录的区域，仅占整个LBCsDNA总量的0.2%~0.4%，其与染色粒的边界序列有无特异性现在尚不清楚[10]。在两栖类中，它们的长度与C值呈正相关，平均长度为10~15µm，长的可达200~300µm，这些长的侧环具有染色体的特异性。多数侧环上只有一个转录单位，转录方向可以相同或相反，利用转录抑制子的研究发现，这些转录多数由RNApolII启动。侧环的产生并不同步，某些侧环能贯穿LBCs整个发育期；有些仅在个别时期产生，失去转录活性后回缩到染色粒中。激素处理也能影响侧环的伸展和回缩，这点与果蝇的唾腺染色体的蓬突结构类似，其发生机制和意义有待进一步的研究。由于转录产物的种类、数量和堆积状态不同，在某些染色体轴的特定部位可以形成不同类型的侧环，这成为区分不同LBCs的重要界标[13]。LBCs的着丝粒（Centromere）有二种形态：一种是在某些两栖类中称为着丝粒颗粒，在鸟类中则为蛋白体（Proteinbody）,其大小形态与前后染色粒不易区分，另一种主要在两栖类发现，着丝粒和其两侧相邻的染色粒彼此融合而成染色粒棒（Chromomerebar）。先前的报道表明着丝粒颗粒和染色粒棒上均无侧环，最近的报道称某些鸟类的蛋白体有短的侧环产生[14]。关于端粒（Telomere）的观察主要来自鸟类，在姐妹染色单体的末端分别形成端粒环（由染色单体的末端插入邻近的染色粒所致），通常情况下，端粒环是开放的，也存在一个插入一个开放的形式，其大小和长度具种的特性。两侧无侧环，鸡的端粒环含有2个转录单元[15]，关于LBCs着丝粒和端粒可以转录在欧洲水蛙中也得到证实，一些串联重复序列可以在该类结构中大量转录[7]。球体（Sphereorganelles）是LBCs上另一个重要标志，有染色体的特异性，相当于一般染色体的次级缢痕。其直径一般2~10µm，一般包含2~4个[10]。以上这些结构由于在序列组成、位置、结合蛋白以及形成的高级结构上具有染色体或种的差异，结合LBCs的长度差异，现在已经绘出了多种两栖类和鸟类的LBCs细胞图[7]；利用细菌人工染色体–荧光原位杂交（BAC–FISH）技术绘制了鸡LBCs着丝粒区的精细物理图谱[16]，以上这些工作为利用LBCs进行基因组/杂种鉴定、精细遗传/物理图谱绘制、基因定位、转录和转录机制等研究工作奠定了基础。

1.2灯刷染色体的转录与转录进程研究表明转录主要发生在LBCs的侧环上，大量的新生转录产物和相关蛋白结合，形成了光镜下可见的RNP基质。每个侧环由1~数个转录单位组成，所以LBCs上单个转录单位是可视的，这使得他们成为在结构和分子水平上研究转录及其调控机制的优异材料[17]。侧环的类型因RNP基质的大小和类型可以大致分为正常的大环型、颗粒型、球型和块状（Lumpy），它们都是以30nmRNP颗粒为基础逐渐装配而成，为了探明不同结构的侧环与转录活性的关联，对典型的侧环如球型侧环利用放射自显影、转录抑制子结合大分子扩散分析技术进行RNA合成的分析[17]，结果表明在这类侧环中，存在RNA的合成；侧环的延伸与转录活性相关，活性高的时候，侧环增大，活性降低时，侧环回缩到染色粒中；有的侧环中存在数个不同外形的转录单元，这几个转录单位的转录存在速度的差异。用RNA前体标记物作为探针进行原位杂交试验，与大环和颗粒状的侧环相比，球型侧环标记的速度和强度均较弱，推测不同侧环可能具有相异的转录模式，这个问题有待进一步阐明[18]。已有的报道表明不同侧环的演化存在关联性，这同样也可以看作是转录后的调控。电镜实验证明了这些类型的侧环都是由30nmRNP颗粒组成的；热休克（Thermicshock）实验结果显示在低温处理下，趋于向高级侧环结构发展，而在高温处理下，则趋于向去凝缩方向发展；免疫实验也证明侧环形态的多样性与特异蛋白存在关联。例如在蝾螈的卵细胞中发现一个82kD白，利用单抗进行原位杂交试验表明可以和所有类型的侧环结合，但是并不同步。比如，当球状侧环被强烈标记时，大环和颗粒环不被标记，当标记出现在核质中时，所有类型的环不被标记，该结果初步证明了特异的蛋白与侧环的结构演变存在关联[18]。

来自鸟类的实验表明，侧环中一个转录单位约长1~40µm，这些被转录的基因包括了编码基因和非编码基因。一个令人吃惊的事实是一些持家基因在LBCs的转录是被抑制的，比如在鸟类中编码18S、5.8S和28S的基因簇是没有活性的，但散布的该类基因仍然可以被RNApolII转录而不是polI[19]。迄今为止，在两栖类和鸟类LBCs的研究中，发现仅有少数单拷贝基因在此时转录。比如在两栖类LBCs中，已经证实细胞角蛋白（Cytokeratin）、核仁蛋白NO38/B23、c–myc和Eg1是转录的，并发现了它们的转录产物向核质转移[20]。基于DNA/RNA杂交技术的染色体涂抹技术（Chromosomepaintingtechnique）使大规模研究LBCs的转录成为可能，利用改良的该技术BAC–FISH发现许多鸟类LBCs单拷贝的基因可能是转录的。但问题是BAC克隆是大片段插入，包含了单拷贝和多拷贝的信息，所以，要验证更多的单拷贝的表达需要进一步的实验。早期的生化实验证明LBCs转录的主要是非编码的串联重复序列[21]，进一步的调查是利用原位杂交实验证明两栖类LBCs转录的主要是一些微卫星序列。值得注意的是来自鸟类的研究结果，如果出现在侧环中的一个微卫星序列是转录的，那么侧环临近的染色粒里面的同类微卫星串联簇是不表达的，这个结果表明存在一种未知的调控机制启动LBCs侧环中微卫星DNA的转录[19]。来自热带爪蟾的研究发现卵母细胞中还储存大量来自LBCs转录子的稳定内含子（StableintronicsequenceRNA），这些内含子一直到囊胚期都可以检测到，说明在胚胎发育的早期可能发挥重要作用[22]。关于侧环上转录调控机制的研究，早期提出了“通读假说”（Read–throughhy-pothesis）[23]，该假说认为侧环上转录起始于结构基因的启动子序列，到了该基因的终止序列后并不停留，而是继续转录下面的非编码序列，现代遗传学的研究结果否认了该假说。结合基因组和细胞学的证据表明位于鸡LBCs侧环微卫星序列中的反转录转座子长末端重复序列（LTR）启动了微卫星序列的转录，这得到了很多来自两栖类实验的证明。如果这个机制是正确的，侧环的平均长度应该与活跃的LTR启动子的数量呈负相关，这是今后需要阐明的问题之一。初生的转录产物被与RNA成熟相关的蛋白包被，成为附着于侧环上的RNP基质，这种独特的结构为在活体条件下研究侧环转录产物的处理和机制提供了平台。来自生化的证据表明，鸟类LBCs侧环中多数RNP基质含有与RNA成熟相关的组件，如snRNPs、SC35、hnRNP和3’末端处理相关因子。有些RNP基质中没有发现snRNPs组件，这可能是由于在相应的微卫星转录产物中缺少典型的剪切位点所致[19]。

1.3灯刷染色体的作用自从发现LBCs后科学家一直试图理解发生在侧环上大量且有点随意转录的意义，很多人认为这种转录或多或少是没有意义的[20]。Davidson于1986年提出了另一个假说[24]，他认为发生在LBCs上的转录为将来卵母细胞的成熟和胚胎发育提供必要的转录产物，这一假说越来越为科学家重视。可能存在这种情况，LBCs上的转录产物在核膜破裂前是隔离的，当核膜解体后进入了转录后的切割程序，形成两类成熟的编码和非编码RNA分子，这种现象在Masi和Johnson研究LBCs组蛋白的转录过程上所证实[25]。据此推测，成熟编码蛋白质RNA分子可以用于在胚胎基因组启动表达之前，早期胚胎发育所必需蛋白质的合成。至于大量的非编码微卫星序列的命运可以用现代分子生物学的信息来解释。在后生动物中，编码微卫星序列的DNA可以转录形成dsRNA前体，成熟后产生siRNA，这些siRNA是形成组成型异染色质所必需的。那么，可以推测，在拥有LBCs的动物中，非编码微卫星序列的转录产物同样可以dsRNA前体形式储存在卵细胞中，为早期胚胎发育提供siRNA以便维持异染色质的稳定，这种假设的前提是要探明微卫星RNA产物能否出现在受精之后胚胎发育的过程中[19]。值得注意的是拥有典型LBCs的生物胚胎发育过程大部分时间是离体发育，这与胎生的哺乳动物在发育环境上存在巨大差异，因此，在这类生物中LBCs转录与离体后胚胎发育过程是否存在更密切的关联性是值得深入探讨的。1.4灯刷染色体的表观遗传修饰与染色质重塑通过对两栖类和鸟类灯刷染色体的深入研究，我们基本了解了其整体表观遗传的状态。来自两栖类的研究发现这类染色体中包括染色粒和侧环不但缺少组蛋白H1，而且组蛋白H4都呈高度乙酰化状态，这是典型基因组DNA转录活化的特点，实验证明，乙酰化和甲基化修饰组蛋白的尾部都会导致侧环相应状态的改变[19]。关于对LBCs表观遗传修饰的理解一个典型的例子是来自于对6种鸟类卵母细胞LBCsZW的研究[26]。鸟类卵母细胞中性染色体ZW是一个仅通过着丝粒处相连的不对称二价体，Z染色体具有正常的LBCs形态，而富含重复序列的W则仅形成几个较大的染色粒，含有少量的侧环。进一步的研究发现W染色体具备了惰性染色体的特点，比如缺少乙酰化组蛋白H4，富含组蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，几个大的染色粒都含有大量的异染色质蛋白1。这些因素共同导致了W染色体在鸟类卵母细胞的发育中高度凝缩的状态[19]。

尽管现在从整体上对LBCs的表观修饰有了一定的理解，但对该类染色体的“建立–维持–再凝缩”的机制了解很少。一个重要的事实是在两栖类和鸟类的LBCs上，不但缺少组蛋白H1，而且也未见参与减数分裂染色质凝缩的拓朴异构酶II。另外一个在维持LBCs形态方面发挥重要作用的蛋白是染色体结构维持（Structuralmaintenanceofchromosomes，SMC）蛋白家族，它们参与了黏连（Cohesin）复合体和凝缩（Condensin）复合体的形成。电镜结合免疫试验证明黏连复合体主要出现在姐妹染色单体两条染色质丝形成的轴上，后者主要在染色粒上发现。这说明，这两种复合体可能对维持LBCs的染色粒–侧环结构发挥重要作用[27]。最新的关于LBCs重建的实验来自将人类的注射进两栖类动物非洲爪蟾的卵母细胞中，结果发现染色体形成了典型的LBCs结构，这一方面说明了两栖类动物卵母细胞中含有重塑哺乳动物非活性染色体的所有因素，另一方面也说明哺乳动物卵母细胞染色体的失活并不是永久的遗传或表观遗传机制造成的。这个实验为进一步鉴定染色质重塑相关的顺式和反式作用因子以及解析其机制提供了研究材料[9]。

2灯刷染色体应用于遗传学教学的现状与思考

对于遗传学内容的传授离不开优秀的案例，生命科学的飞速发展也使得这些案例的内涵得到了丰富和扩展。以优秀案例开展遗传学教学工作可以将复杂的遗传学知识形象化和简单化，便于教师的讲授和学生的理解与记忆[3]，同样也可以使枯燥的遗传学学习变得妙趣横生。LBCs就是遗传学的一个优秀经典的案例，但在遗传学教学中出镜偏低。在作者教学所使用戴灼华等编写的《遗传学》课本中，以LBCs为案例介绍的内容很少[28]，仅在第二版第二章《遗传的细胞学基础》中，作为一种特殊染色体形态进行了简单介绍，一句“LBCs是在光学显微镜下直接观察并识别特殊位置上的单个基因转录活性极为理想的材料”让学生对该案例充满了遐想和期待，但本书后面的遗传学内容均没有发现该案例的身影，因此发掘和使用LBCs案例应用于遗传教学有十分重要的意义。

2.1灯刷染色体在遗传学教学中的拓展以LBCs为案例进行相关遗传学内容教学，我们应首先根据高校遗传学的培养目的和教学目标，在学生掌握了一定的细胞、生化和遗传知识的基础上，结合遗传学的进度逐步有序地加以介绍。在我所教授的遗传学课本中LBCs是作为一类特殊的染色体介绍给学生的，除了介绍了一点关于LBCs的发现和特点外，缺少更加详细的资料。正是由于其可视性的特点，学生除了可以容易的掌握其特殊染色体的特点外，也可以掌握一般染色体具有的特点。其实，随着研究的深入，其涵盖的遗传学知识也越来越多，形成和维持该特殊染色体的原因也越来越清楚。我们在教学过程中是这样介绍的：关于LBCs结构的认识是随着相关技术的发展而不断深入的。19世纪末发现LBCs并不偶然，那时的科学家用光学显微镜寻找适合的染色体材料去研究减数分裂和有丝分裂；随着时代的发展，科学家发现LBCs丰富而富有特色的结构适合细胞图的绘制；电镜和扫描电镜的发明更推动了LBCs结构和染色体组织的认识，知道了更细微结构的形态，比如对侧环结构的认识，发现了侧环结构的复杂性；免疫学和电镜技术的结合，使科学家认识到侧环是由最基本的单位RNP颗粒组成的，经过一步步的装配和折叠形成了不同外形特点的侧环；分子技术、免疫技术和电镜技术的综合运用，使人们认识到侧环白体中RNA主要是微卫星序列的转录产物，但也有少量单拷贝的编码序列RNA。由此引导同学们思考：既然LBCs的RNP基质中主要是编码非编码序列微卫星的RNA，它的作用究竟是什么呢？如果同学们已经知道了微卫星序列最终编码的siRNA参与了异染色质的形成和维持的话，自然会想到在LBCs“再凝缩”阶段可能会发挥作用。关于适合进行细胞图的绘制也可以根据技术的发展逐渐深入：在仅有光学显微镜的早期，只能根据大的界标如侧环、染色粒、着丝粒、端粒等进行简单的作图，用于区分不同的染色体、基因组甚至杂种；随着电镜技术的发展，对LBCs结构认识更加细致，可以绘制更加精细的细胞图；随着染色体涂抹技术的发展，可以将DN段定位到LBCs不同结构中，绘制更加实用的物理图，这将为进行全基因组测序更加全面的认识基因组特点奠定基础。关于LBCs形成和维持原因的介绍可以使学生理解和掌握染色质重塑方面的知识。早期在只有光学显微镜的条件下对它的认识一筹莫展，只能提出假说；但随着免疫技术和分子生物学技术的运用，才认识到存在一些事实：LBCs中组蛋白H1缺失，H4高度乙酰化，染色粒处富含组蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，鸟类W染色体几个大的染色粒都含有大量的异染色质蛋白1等等。其实这离完全了解其产生机制还有很远的距离。为了让学生直观地掌握转录相关知识，也可以引入LBCs的相关内容。由于单个转录单位可视性的特点，所以可以直观容易地了解单个转录单位的结构、组成、长度、速率和分子互作等方面的知识。为了学生更容易地理解LBCs相关的遗传学知识，开设LBCs分离和鉴定实验是值得考虑的教学内容。现在国内常用的遗传学实验教材没有这个实验，国外也少有开展。我校生命学院关于该实验正在筹划中，所以待有了一定的进展后再向同仁汇报。更加详细的实验程序可以参照相关网站的内容。

第5篇：表观遗传学的发展范文

从小爱读杂七杂八的书；受中学化学老师的“魔术”忽悠，入了科学之门；本科时成绩平平，但在下围棋和打桥牌上花费了大量时间；如今成为实验室的掌门人，专注于探秘表观遗传学的生物化学机理——这就是“学习不太努力”的朱冰，崇尚自由，不爱受拘束，始终保持着孩子般的心境。

“中等生”如何炼成出类拔萃的科学精英？朱冰的秘诀是：科研源于兴趣，需要好奇心、想象力和跳跃的思维。

乐趣来自独特的实验设计

“想法很多”的朱冰一直在“玩科学”。初中第一堂化学课，老师拿来几根试管，装着无色透明的液体，倒在一起后，颜色发生了变化。“哇，跟变魔术一样，真有意思！”朱冰想，将来做一名化学家肯定很好玩。

考入浙江大学后，他爱上科幻小说。阅读“西红柿变西瓜”的情节，遐想基因工程对遗传信息的改变，于是大学毕业后考入中国水稻研究所读研究生。

“玩”了一段时间，朱冰想“光是转基因只是技术活，不够有挑战，更好玩的或许是转什么样的基因”，于是念了博士，在中国科学院上海植物生理研究所研究起克隆基因。又“玩”了一段时间，他又开始琢磨：基因的表达调控会不会更有意思？这成为他出国从事博士后研究的课题。

最终，朱冰没成为化学家。2006年，他回国到了北京生命科学研究所，在自己的一方天地里继续“玩”下去。他的实验室，兴趣主要集中在表观遗传学的生物化学机理，研究表观遗传信息的继承性机理和表观遗传修饰酶的活性调节机制。

这一次，他“玩”出了名堂：研究成果在《科学》、《欧洲分子生物学学会会刊》、《干细胞》等世界顶级科学期刊上发表。尤其是，2010年，他发表于《科学》杂志的研究论文澄清了染色质基本组成单位核小体的分配模式，是研究表观遗传信息继承性的重要基础。一名《科学》杂志的审稿人评论道：“该项工作终结了一个长期的争论。”

科研源于好奇和兴趣。在不同的阶段，接受不同的训练，了解不同的资讯，脑袋里自然能不断产生不同的科学问题。对自己不停提问，尤其是提出具有独创性、未被真正解答的问题，求解这些困惑着、也诱惑着自己的科学难题——这就是“朱式”科研。

成功的窍门是什么？爱“玩”的朱冰自称“思想上不受拘束，思维很跳跃，想法很多”。在他看来，不仅需要提出问题，更需要不断想出巧妙的方法对问题进行证实或证伪，而设计方案更犹如设计房子，让人着迷，“与实验的结果相比，我最大的乐趣来自于创造出独特的实验设计”。

疑问教学法教学生

回国创建自己的实验室之后，从不循规蹈矩的朱冰开始带学生。他的“传道授业”，也不按常理出牌。

“朱门”第一课，教如何“不尊师重教”。朱冰的理论是：做科学研究，最终要有新发现，但新发现必然要挑战原有的结论，哪怕是来自于权威的结论。“如果你们连挑战自己导师的勇气和能力都没有，如何挑战其他权威？如何获得新发现？所以，别太尊师重教，一定要有挑战精神。”

他在美国HHMI进行博士后研究，与导师之间最常见的对话是：“朱冰，有什么新发现吗？”“没有。”“真没劲。”为科学问题而“吵架”，更是再平常不过的家常便饭，“科学探索就是要挑战权威，科学问题越辩越明。”

如今，已成别人导师的朱冰跟学生开玩笑：“博导博导，一驳就倒”，不驳是不会倒的。

“朱门”秘籍第二条，让自己源源不断产生“点子”。大胆假设，仔细观察——在科研的金科玉律中，朱冰更看重“大胆假设”。他常向学生灌输：提出假设的能力是训练中最重要的事，“你不需要非常聪明，但一定要多想，无所谓对错，甚至可以昙花一现。”只有产生了想法，才会形成科学假设，也才能进行验证。

“朱门”秘籍第三条是“努力”。“尤其是生物科学领域，需要做很多尝试，从事无数次试验，努力很关键。”朱冰笑言，自己读书时不够用功，但现在要求学生们努力科研。“我是双子座，双面性很强，对别人要求都很严。”

学生眼中的“大牛”导师朱冰，坚信“我的博士应该比我强”。

无大师的时代离大师更近

“玩科学”的朱冰，不“尊师重教”的朱冰，自信却平和的朱冰，是在中国科学迅猛发展的跑道上，一个深刻却不孤单的身影。一群青年科学家正生机勃勃地你超我赶。

朱冰认为，他们这一代的青年科学家，和中国大多数年轻人的状态很相似，“大家都处在追求、进取、向上的状态中。”

良好的教育背景和海外留学的经历，让他们炼成了积极的心态和开阔的思维，散发着自信、笃定却平和的魅力。“科学家不应该被人仰望，也不应该仰望别人，因为科学面前人人平等。”

正在快速发展的祖国，也对他们形成了难以抵抗的诱惑。朱冰于1999年出国从事博士后研究，早他五六年出国的人，当时很少有人想回国；到了朱冰这一茬，“我们觉得回来有可能做出好的科研成就”。他的归国心更质朴：我只是希望儿子能学会欣赏唐诗的美。

现在，若问起朱冰的学生们，几乎每人都说：“毕业之后我希望去国外进行博士后研究，接受更多训练，但我一定要回来。”因为，“能够在中国做科研，而且能做得更好。”这样的变化让人无法忽视，朱冰甚至觉得“现在不是愿不愿意回来的问题，而是回不回得来的问题”。他常打趣，目前唯一能和国内房价上涨水平相比的，就是中国科学院“百人计划”的选才标准，“人才越来越多，竞争越来越激烈”。

也有让他头疼的事情：留不住优秀的博士生在国内进行博士后研究，但“这对学生来说是好事，一来可以开阔视野，二来可以训练语言和写作能力”。

为什么中国培养不出创新型人才——这个沉重的“钱学森之问”，在青年科学家朱冰看来，并非那么令人沮丧：没有大师，或许是因为大家都离大师更近了。我们一直往前走，只会更好，不会更差。（来源：人民日报）

第6篇：表观遗传学的发展范文

关键词　医学遗传学　趣味教学法　调查

中图分类号：G424 文献标识码：A

医学遗传学课程结构复杂、内容覆盖面广、跨度大、发展快、与其它学科的交叉渗透广泛，对教师的专业修为要求较高。在一般的医学院校，医学遗传学课程多在大学二、三年级开设，课程的部分基础理论知识学生已在低年级或高中阶段学习过，要求教师课程设计、内容取舍得当。另外，医学遗传学课程内容多而杂，在教学过程中容易出现主线不清晰、体系不严密、层次不分明、学生理不清、重点记不牢等问题，特别是很多内容枯燥乏味，如果教师讲授马虎、呆板、教条、没有生气，那么学生学习困难、味同嚼蜡，甚至个别学生有惰学、厌学、惧学、逃学等问题。因此教师在医学遗传学教学中必须根据教学内容，结合课堂实际，利用趣味教学法，让学生在愉快、欢乐中学习医学遗传学知识，提高学生学习效果。本文根据笔者在医学遗传学教学中的体会，结合近年在大一和大三课程教学中的问卷调查，对医学遗传学趣味教学法作粗浅探讨，以利医学遗传学教学质量的提高。

1 医学遗传学课程内容趣味性课前、课后调查

在授课前和授课后，按教材章节顺序，对教材内容的绪论、遗传的分子基础、遗传的细胞基础、人类基因组学与医学、单基因遗传病、多基因遗传病、线粒体遗传病、染色体病、分子病与先天性代谢缺陷病、群体遗传学、肿瘤遗传学、免疫遗传学、药物遗传学、发育遗传学、行为遗传学、表观遗传学、辐射遗传学、遗传病的诊断、遗传病的治疗、遗传病的预防、优生与优育内容进行趣味性调查，结果如图1所示。

调查表明，医学遗传学课程内容在授课前认为有趣的占59.26%，而授课后认为有趣的学生比例达84.78%，说明通过讲授确实提高了学生学习医学遗传学课程的兴趣。其中提高学生兴趣最明显的是绪论部分，课前为45%，课后达93%，提高了一倍多，因为绪论部分教师的课件、教案、讲稿、教学理念、教学设计等方面准备充分，它关系到学生对今后所有医学遗传学课程的听课积极性，因此应该达到这种效果。同时也表明，无论什么课程内容，只要老师精心准备，都会使枯燥的内容生动有趣。从课程结构的课后趣味性分析，遗传学知识运用方面学生认为趣味性最高，达90.4%，人类遗传病和遗传临床理论次之，分别为83.2%和84.2%，而遗传基础理论趣味性最差，为80.5%。

2 医学遗传学课程教学方法趣味性调查

针对医学遗传学课程内容，采用不同教学方法调查学生学习趣味性，结果如图2所示，班级小组讨论后学生讲解趣味性最高，占33.3%，班级小组讨论后教师讲解趣味性占23.8%，主讲教师授课讲解趣味性占24%，播放其他教师讲解录像趣味性占10.6%，学生自学趣味性占8.3%。结果表明，采用互动式教学方法最受学生欢迎，占57.1%，而播放其他教学名师的讲解录像学生认为趣味性不高，只比学生自学高2.3%，显示教学名师讲解录像只能作为教学资料使用，无法提高学生学习的积极性。

3 医学遗传学课程讲授方法趣味性调查

趣味讲授活跃课堂氛围，激发学生学习医学遗传学的热情，让课堂产生愉悦感，使学生轻松、愉快、爽心地进入学习状态，提高医学遗传学课程学习效果。在医学遗传学课堂讲授中，综合各种趣味性教学技能，采用故事引导、比喻拟人、动画模拟、套用小品、古语今用、寓言俗语、打油诗、热点流行语、漫画卡通画、视频插入、连环提问、故意歪曲、故意夸大、标新立异、滑稽比喻、一语双关、答非所问、诙谐夸张等讲授方法，发挥学生“无意识”心理活动，集中学生注意力、增强学生记忆力，帮助理解、启迪思维、丰富想象，学生可以毫不费力、轻松愉快地学懂知识。

从课程讲授方法的趣味性调查（如图3）看，学生认为漫画卡通画、打油诗、热点流行语、故事、一语双关等趣味性较高，而连环提问、古语今用、故意夸大等趣味性不高。当然，趣味教学在教学中的表现形式多种多样：一是语言趣味，语言趣味的最佳表现是幽默，幽默是教师的课堂口头语言，在导语、插语、结语中有意采用妙语警句、双关语、故错等修辞手段来制造趣味，可收到愉悦谐趣的艺术效果；二是动作趣味，教师在教学中利用趣味化的眼神表情、体态、手势等动作形象，以引起学生的注意或沉思；三是辅助趣味，如辅助教师教学的直观教具模型、标本、挂图、表格等，具有引人发笑的特点。趣味是一种很难界定的心理现象，不同教师使用方法不尽一致，医学遗传学课堂教学中需灵活使用。

4 趣味教学法对提高学生能力调查

趣味教学以其独特艺术魅力在学生的愉悦中提高教学艺术效果和水平，体现机智性、娱乐性、教育性，推动学生对知识、信息的追踪和吸收。趣味用诙谐语言、形象化的手法，暗示自己的思想，启发人们思考，产生意味深长的美感。趣味集中学生注意力、增强学生记忆力，帮助理解、启迪思维、丰富想象。趣味可以使学生毫不费力、轻松愉快地学懂知识，潜移默化地开发智力，提高各种能力。

第7篇：表观遗传学的发展范文

关键词 甲状腺癌 未分化 组织学

中图分类号：R736.1 文献标识码：A 文章编号：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

甲状腺未分化癌（undifferentiated thyroid carcinoma，UTC）又称间变性癌（anaplastic thyroid carcinoma，ATC），是一种罕见的高度恶性上皮性肿瘤，在所有甲状腺癌中不足5%。UTC也是全身最致命性肿瘤之一，死亡率超过90%，占所有甲状腺癌死亡病例的半数以上，中位生存期仅6个月左右[1]。UTC全部或部分由未分化细胞构成，可直接发生于甲状腺滤泡，亦可发生于分化好的甲状腺癌，此类细胞仅能通过免疫表型或超微结构辨识其上皮源性。由于在形态学上UTC表现形式多样，与其他甲状腺原发性肿瘤可有部分形态重叠，甚至免疫与遗传学特点亦有重叠，因此其鉴别诊断非常困难。本文将对UTC病理诊断中遇到的若干问题进行探讨，以利于临床精确诊断与处理。

1 UTC的临床特点

UTC多见于老年人，中位年龄为65岁，女性占60%～70%[1-2]，通常表现为迅速增大的甲状腺肿块，易侵犯周围组织与脏器，逐渐出现压迫与牵扯症状，如声音嘶哑（77%）、吞咽困难（56%）、声带麻痹（49%）、颈部疼痛（29%）及呼吸困难（19%）[2]。约1/3的患者在初诊时已出现邻近区域淋巴结及喉返神经受累，远处转移亦常有发生，最常见的部位是肺，其次为骨[2]。肿块的快速生长可导致甲状腺内出血及坏死，偶而引起甲状腺毒症及颈部剧痛，触诊时可发现颈部巨大肿块，结节状，质实有压痛。

2 UTC的形态学特点

UTC体积大，呈灰白至灰褐色，鱼肉样，常见坏死及出血，可有边界，但大多数肿块与周围组织分界不清。细胞学检查可见少量淋巴及单核细胞背景，肿瘤细胞单个或成簇分布，细胞呈鳞状、巨细胞样或梭形。细胞质丰富，无明确边界，嗜酸性。细胞核明显异形或怪异，染色质粗块状，有单个或多个明显核仁，核分裂像多见，包括病理性核分裂像[1，3-4]。UTC组织学特点取决于梭形细胞、鳞状或上皮样细胞、巨细胞三种主要细胞成分的构成，表现为以梭形和巨细胞为主的肉瘤样形态，以上皮样细胞为主的癌样形态，或两者混合[1，3]。梭形细胞往往密集排列成束状或席纹状，细胞异形明显，与真性肉瘤（纤维或平滑肌肉瘤等）难以区分，亦可见血管外皮瘤样模式；肿瘤细胞亦可稀疏，出现明显的纤维母细胞或肌纤维母细胞增生性病变（如纤维瘤病或结节性筋膜炎），间质可胶原化玻璃样变，细胞异形不明显，但围绕血管残影的凝固性坏死、明显的核分裂像、完全蚕食血管腔都提示UTC[3-4]。巨细胞出现时，多形性明显，有奇异核、丰富的嗜酸性胞质，散在分布于略小的单核样肿瘤细胞中间，分布呈实片状、假腺样或假血管样结构，核分裂像与坏死明显，类似多形性未分化肉瘤；肿瘤内常见显著的炎性背景，尤其是中性粒细胞及淋巴细胞，类似富含炎性细胞的未分化肉瘤[1，3]。骨、软骨、横纹肌以及对应肿瘤的结构都可以出现异源性成分，尤其表现为横纹肌、破骨样多核巨细胞分化时，代表了一种少见形态变异亚型[3]。在以上皮样细胞为主时，组织形态相对均一，细胞呈多边形，胞质丰富，核圆，细胞排列成假腺样或实性巢片状，混杂有纤维性间质成分，在20%的病例中可见到鳞样分化，但往往与其他梭形、巨细胞成分混合[3]。当上皮样细胞分化较差、巢片状分布、伴大量淋巴及浆细胞浸润时，类似鼻咽癌[3]。在肿瘤取材充分的情况下，往往三种形态的细胞成分都能发现，混合存在，尤以一或两种成分为主。肿瘤往往呈浸润性生长，甲状腺滤泡成分可被完全取代或散在陷入其中，肿瘤可侵犯至甲状腺被膜外，累及神经、脂肪、血管及气管等。

3 形态学变异型

鳞癌样或表皮样型瘤细胞分化呈鳞状上皮样，与普通鳞癌类似，细胞卵圆或多边形，界限清晰，偶见角化现象，核圆或卵圆，部分呈空泡状，核仁明显[1，3]。

寡细胞型类似木样甲状腺炎，呈浸润性生长，瘤内细胞稀少，梭形细胞类似纤维母细胞，核轻度异形，间质明显致密硬化，可伴有梗死，少量淋巴细胞浸润[3，5]。破骨巨细胞型类似骨与软组织的巨细胞瘤，破骨样巨细胞散在于单个核的肿瘤细胞中，巨细胞为反应性成分，具有单核组织细胞表型[3]。横纹肌样型特征为大的多边形或卵圆形肿瘤细胞巢片状分布，黏附性差，核偏位，扭曲多变，异形明显，核仁突出，胞质丰富，嗜酸性，可见包涵体样物[3，6]。淋巴上皮瘤样型丰富的淋巴细胞背景中见巢状、条索状的上皮细胞，核大，染色质稀疏，空泡状，核仁明显[3，7]。

4 UTC的免疫表型与分子遗传学特点

UTC的免疫表型复杂多样，上皮源性标记角蛋白（CK）阳性率为40%～100%不等，单一的CK染色结果常不一致，通常联合几种CK套餐检测可提高检出率[1]。上皮膜抗原（EMA）主要表达于上皮样或鳞样分化细胞中（30%～50%），而间叶标志Vimentin在所有梭形细胞中都有表达[1，3]。肿瘤细胞不表达甲状腺球蛋白（Tg）、促甲状腺激素（TSH）受体、降钙素及甲状腺转录因子（TTF-1）等组织特异性标志，却一致性强表达TP53[3]。近来研究发现，一种转录因子配对盒基因（PAX-8）在79%的UTC（92%为鳞样分化）中有表达，而在头颈部的其他鳞癌中不表达[3]。

遗传学的累积效应是肿瘤发生与发展的始动效应，与其他肿瘤类似，UTC的分子遗传学改变也是复杂多样，但在众多差异中又有其独特性：①体细胞基因突变：主要发生于细胞信号转导通路（如MARK，PI3K，Wnt等）的几个节点[3]。在6%～50%UTC的病例中有RAS基因突变，在状癌常见RET/PTC基因重排，而在UTC中几乎未发现，类似的Braf基因突变发生率在25%左右，也远低于状癌的50%。相反，PIK3CA突变率达23%，远高于其他癌。TERT启动子的突变发生率为33%～50%，尤其在Braf或RAS突变患者，可能在疾病后期进展中发挥作用。在25%～60%的UTC存在CTNNB1（ -catenin）突变，影响细胞黏附与上皮间质转化。除了促癌基因激活，抑癌基因失活也起有重要作用，超过50%的UTC有p53基因失活性突变，而PTEN为4%～16%。②染色体异常：研究发现UTC基因组的不稳定性与DNA拷贝量的变化呈异质性，尚无特异性结果，如3p、11q获得及5q缺失都是肿瘤发生的后期事件，且染色体基因组的异常与UTC的生物学特点及结局不完全相关[3]。③表观遗传学改变：主要涉及DNA甲基化与组蛋白修饰、沉默基因表达等，在肿瘤的去分化与增殖异质性上发挥重要作用，但有关UTC的研究较少，仅陆续发现与分化相关的基因SLC5A5及NKX2-1甲基化。另外，在甲状腺癌中，组蛋白H3的乙酰化呈高水平，利用组蛋白去乙酰化抑制剂可促进甲状腺癌细胞再分化，改善其对化疗药物的敏感性，说明UTC存在明确的潜在治疗预期的表观遗传学改变[8]。

5 UTC的鉴别诊断

肉瘤样或梭形细胞形态的UTC类似软组织肿瘤，如无典型分化好的癌区域或在无法证实其上皮分化的前提下，仅从形态上两者难以鉴别。对诊断UTC有重要提示作用的是：①肿瘤地图状栅栏样坏死（类似胶质母细胞瘤的坏死）；②肿瘤侵犯大静脉或动脉；③免疫组化的辅助作用。需要谨记的是，甲状腺的原发肉瘤非常罕见，转移就更罕见，若碰到此类情况，首先考虑UTC，但需与各种间叶软组织肉瘤鉴别，另外也要考虑某些甲状腺肿瘤或病变的梭形细胞改变，具体鉴别诊断见表1。上皮样或鳞样形态UTC的鉴别诊断首先要排除邻近器官癌的直接侵犯或转移，其次应注意甲状腺肿瘤及非肿瘤性病变（表1）。

6 UTC的组织起源

UTC代表分化好的甲状腺癌去分化的终末阶段已得到绝大多数学者的认可，在长期患有甲状腺肿患者、先前存在未完善治疗的甲状腺状癌及滤泡性癌的患者中，UTC发生比例较高。同样，仔细取材检查UTC肿块，发现80%～90%患者或多或少有分化好的甲状腺癌成分[9]，因此，有人推测在未分化成分中那些边界清晰的玻璃样变性硬化结节可能是分化好的癌成分退变结果。另外，从一些甲状腺癌转移灶中可以发现瘤细胞的去分化转变，也支持此观点[3]。然而，分子遗传学研究显示，UTC与分化好的甲状腺癌并不完全类似，因此绝非所有UTC都是分化好的甲状腺癌的恶性进展。

参考文献

[1] The International Agency for Reserch on Cancer， DeLellis R， Lloyd R， et al. Pathology and genetics of tumors of endocrine organs（IARC WHO Classification of Tumors）[M]. Lyon： World Health Organization， 2004： 77-80.

[2] Lebastchi AH， Callender GG. Thyroid cancer[J]. Curr Probl Cancer， 2014， 38（2）： 48-74.

[3] Ragazzi M， Ciarrocchi A， Sancisi V， et al. Update on anaplastic thyroid carcinoma： morphological， molecular， and genetic features of the most aggressive thyroid cancer[J/OL]. Int J Endocrinol， 2014： 790834. doi： 10.1155/2014/790834.

[4] Papi G， Corrado S， LiVolsi VA. Primary spindle cell lesions of the thyroid gland， an overview[J]. Am J Clin Pathol， 2006， 125 （Suppl）： S95-S123.

[5] Canos JC， Serrano A， Matias-Guiu X. Paucicellular variant of anaplastic thyroid carcinoma： report of two cases[J]. Endocr Pathol， 2001， 12（2）： 157-161.

[6] Lai ML， Faa G， Serra S， et al. Rhabdoid tumor of the thyroid gland： a variant of anaplastic carcinoma[J]. Arch Pathol Lab Med， 2005， 129（3）： e55-e57.

[7] Dominguez-Malagon H， Flores-Flores G， Vilchis JJ. Lymphoepithelioma-like anaplastic thyroid carcinoma： report of a case not related to Epstein-Barr virus[J]. Ann Diagn Pathol， 2001， 5（1）： 21-24.

第8篇：表观遗传学的发展范文

关键词 21-三体综合征 无创性产前诊断 核型分析 胎儿细胞

中图分类号：R714.55 文献标识码：C 文章编号：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

染色体非整倍体异常是一类常见的胎儿遗传性疾病，发病率占出生胎儿的1/300。最常见的非整倍体异常即为21-三体综合征（唐氏综合征），其发生率约为1/800。人们通过不同的筛查方法，希望在孕期能够尽可能的筛查出该病的高危人群。目前常用的筛查方法为早孕期和中孕期筛查，即控制检出率达到90.0%，假阳性率在2.0%～5.0%的情况下，多采取孕妇年龄、胎儿超声检查结合母体血清学指标综合计算得出相应的结果，其结果分为低危和高危[1]。对于高危人群，往往采取绒毛活检或者羊水穿刺取样，进行胎儿染色体核型分析获得确切的结果明确诊断。但无论何种方法，侵入性诊断始终存在约0.5%～1.0%的胎儿丢失率。

随着通过母体外周血获取胎儿细胞方法的逐渐成熟，越来越多的产科医院开始尝试无创的产前诊断方法。自1990年以来，这项技术被人们不断探索并取得长足进展，为遗传性疾病的高危人群提供了一种安全的产前诊断方法。该技术本身也存在一定的问题亟待解决，因此这项技术仍然在不断的完善中，暂未大规模的应用于临床。本文结合最近一段时间文献相关报道的复习，对无创性产前诊断技术应用于筛查21-三体综合征的进展进行讨论。

1 无创性产前诊断技术实验室检测方法的进展

1.1 利用孕妇外周血中胎儿细胞诊断胎儿非整倍体异常

由于孕妇外周血中发现了胎儿细胞，故人们联想到利用孕妇外周血中胎儿细胞诊断胎儿非整倍体异常。如果能够获得完整的胎儿基因组DNA，则可以进行完整的胎儿染色体核型分析，从理论上可以作出这样的推断。困难在于，外周血中发现的胎儿细胞类型多样，主要有滋养细胞、胎儿有核红细胞（NRBC）、淋巴细胞和粒细胞等。相对其他细胞来说，NRBC是单核细胞，寿命短且稳定，增殖能力有限，不滞留到下次妊娠。此外，NRBC有明显的形态学特点和特殊的细胞表面标志物，易于识别，因此被认为是理想的无创伤性产前诊断靶细胞[2]。

影响胎儿细胞应用于临床诊断的因素，首先是获得的胎儿细胞数量太少且存在一定的背景干扰。不但有胎源性，也有母源性。因此，在利用NRBC进行无创性产前诊断时，须对分离到的NRBC来源进行鉴定，以保证结果的准确性。起初常用的方法为FISH技术（即原位荧光免疫杂交）。但人们发现采用FISH方法时，大多数细胞难以进行荧光标记，且判读结果依赖于人工，效率低下，这些因素都影响了孕妇外周血中胎儿NRBC在产前诊断中的应用。现阶段提出可能的改进方法为寻找新的特异性标记物或改进胎儿细胞的收集方法。可以设想，如果孕妇外周血中的胎儿细胞能够培养成功，可以获得足够的应用于核型分析的胎儿细胞，再结合改进的FISH技术，如光谱核型分析可能使得非侵入性产前诊断胎儿非整倍体出现突破性进展。

1.2 利用孕妇血浆中游离胎儿DNA检测胎儿非整倍体异常

有研究发现怀有染色体非整倍体胎儿的孕妇，其血浆或血清中胎儿游离DNA浓度高于怀有正常胎儿的孕妇，但困难的是在孕11～17周，母体的游离DNA占绝对优势，使用传统的DNA提取技术和荧光定量聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction， PCR）方法难以对胎儿染色体非整倍体异常进行准确诊断。解决这一问题的途径，一种方法是增加提取的胎儿DNA浓度或抑制母体DNA浓度，减少背景DNA；另一种方法是寻找孕妇外周血中新的胎儿特异性标志物，使之不受高浓度母体背景DNA的影响[3]。近年来表观遗传学的研究为这一设想提供了可能，DNA甲基化是最早发现也是最重要的基因表观修饰方式之一。DNA甲基化是在DNA甲基化转移酶的作用下使CpG二核苷酸5’-端的胞嘧啶转变为5’-甲基胞嘧啶。DNA甲基化调控了基因的表达但并不改变基因的序列。一般情况下，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。2002年Poon等[4]利用甲基化特异性PCR方法，不仅从母体血浆中检测到了胎儿从父系继承下来的甲基化等位基因，还检测到从母系继承来的胎儿非甲基化等位基因，说明胎儿与母体之间的基因位点上存在不同的甲基化形式。这一结果为无创伤性诊断胎儿非整倍体提供了依据。

Chim等[5]的研究显示，编码maspin基因的SERPINB5基因在胎盘细胞中处于低甲基化，而在母血细胞中处于高甲基化。因为胎盘是血浆中游离胎儿DNA的主要来源，而母血细胞是血浆中母体DNA的主要来源。推测利用胎儿和母血细胞之间存在的DNA甲基化状态的差异，可以进行胎儿非整倍体的检测。唐氏综合征由于其发病率高而备受关注，为了寻找21号染色体的表观遗传标记，Hulten[6]采取了3种策略进行筛选，结果在21q22.3发现了3个差异甲基化序列。其中AIRE基因启动子区域的CpG位点高度差异甲基化，可作为无创性产前诊断唐氏综合征重要的候选表观遗传标记。Chim等[7]采用甲基化敏感的单核甘酸引物延伸和（或）重亚硫酸盐测序的方法，系统性搜寻21号染色体上的甲基化位点，在114个CpG岛中，有22个显示出母体和胎儿间的表观遗传学差异。随着这些表观遗传标记研究的不断深入，有可能使无创伤性产前诊断胎儿染色体非整倍体成为现实。

1.3 利用孕妇血浆中细胞游离胎儿mRNA检测胎儿非整倍体

2000年Poon等[8]在孕有男性胎儿的孕妇血浆中首次检测到Y染色体特异性锌脂蛋白（ZFY）mRNA。此后多项研究证实了孕妇外周血中存在着游离胎儿RNA。它们主要来自于胎盘，在孕妇血浆中含量丰富，具有极好的稳定性，并且与血浆中胎儿的DNA一样，于产后迅速从血浆中清除。据此推断，利用孕妇外周血中游离RNA检测胎儿异常是可行的。选择细胞游离胎儿RNA进行无创伤性产前诊断的主要优势在于基因转录的mRNA的多拷贝性。另一个优势是胎盘表达的特异mRNA种类是母体任何组织都无法表达的，易于检测。与前述的利用表观遗传学差异选择胎儿特异的标记物一样，分析胎盘来源的RNA类似利用胎儿DNA检测Y特异序列或Rh D血型，母体血浆中完全缺乏这种物质，因此检测不受强大的母体DNA背景干扰。

2 临床应用中的相关问题

2.1 无创性产前诊断技术是筛查还是诊断

回答这个问题牵涉到两个方面，即向哪些人群提供这项技术以及如何使用这些技术。是否所有的孕妇都需要在早孕期进行该技术的检查？如果在唐氏筛查高危人群中，是否需要把无创性产前诊断列同有创性介入性诊断一起作为一种选项？影响这些问题的答案受制于多种因素如技术的精确性，可扩展性，实验室检查持续的时间和成本-效益。显然，成本-效益无疑是非常重要的，这也是其中的难点之一。那我们有必要对所有的孕妇提供无创技术吗？

在欧美国家，政府制订的政策为所有妊娠妇女均需要进行唐氏综合征的筛查或诊断。早孕期唐氏筛查的比例在逐渐升高，和中孕期唐氏筛查相比，早孕期筛查有更低的假阳性率。在英国，如果早孕期唐氏筛查风险高于1/150，则该孕妇需要接受侵入性的产前诊断[9]。早孕期筛查同样能够应用于妊娠并发症如子痫前期、胎儿宫内生长受限、胎儿心脏结构异常及其他遗传综合征等。在无创性产前诊断技术的应用过程中，需要超声提供胎儿准确的胎龄及胎儿的数量来确保检查的准确性。在一些唐氏筛查策略非常完善的国家，是否有必要用新的策略来代替现有的筛查方案也值得考虑。

我们把无创性产前诊断技术作为序贯筛查的一部分，还是作为介入性产前诊断技术的替代品？这个问题属于各个国家自主选择的范畴，从全球范围经济效费比（效用/费用的比例）考虑，完全替代现有的筛查方式显然并不可取。从现有的早孕期唐氏筛查方案看，现有的筛查方法是能够有效检测出唐氏综合征的。从筛查的角度看，目前早孕期唐氏筛查的检出率，假阳性率和假阴性率是可以令人接受的。

2.2 经济学因素

无创性产前诊断与侵入性产前诊断之间的关系是目前探讨的热点。无创性产前诊断花费的多少取决于整个卫生系统在唐氏筛查与诊断路径中对于无创性产前诊断作用的认识。在不同的国家，根据不同的特点采取不同的态度。显然，随着技术的发展，无创性产前诊断技术的成本会不断下降，而其检测的精确性会不断提高。

以英国为例，结合最新报道的文献[10]，我们来探讨无创技术在唐氏筛查策略中的作用。在这项研究中，假定的筛查策略是将所有早孕期唐氏筛查高危的妇女都进行无创性产前诊断，如果无创检测发现阳性结果则进行介入性产前诊断。如果以唐氏综合征目前的发病率进行预测，则每50万名孕妇中可能有1 389例唐氏儿出生。以目前英国早孕期唐氏筛查截断值1/150计算，大约13 646名孕妇需要进行无创性产前诊断，其中进行无创检测阳性的1 305名孕妇需要进行绒毛活检术，进行胎儿染色体和性别分析的检查。13名孕妇手术出现流产（以1.0%的胎儿丢失率计算），1 169个唐氏儿能够得到确诊。如果以每个无创性检测需要? 200，则全部的筛查与诊断费用需要? 29 700 000。

如果相同的早孕期唐氏筛查截断值下，高危孕妇不做无创性产前诊断，则所有13 646名孕妇均需要进行绒毛活检术，发生流产的孕妇为136名，通过侵入性诊断可以检测出1 181个唐氏儿。全部的费用需要? 31 800 000。通过该研究发现，采取无创性产前技术后，能够降低正常胎儿因接受有创检测发生流产的风险，换言之，避免了不必要的有创穿刺和流产。

如果将早孕期筛查的截断值提高，则显然会有更多的孕妇需要接受无创性产前诊断，可以有更多的唐氏儿被检测出，但总体的花费需要增加。举例说明，如果筛查的截断值为1/2 000，检出率可以达到98.0%，50万名孕妇中大约94 000名孕妇需要接受无创性产前诊断，大约1 348例唐氏儿可以被检测出。如果每例无创检测费用仍然为? 200，则总体花费达到? 46 200 000。如果每例无创的检测费用降低至? 50，则该筛查方案的费用与目前早唐筛查1/150采取绒毛活检方案的费用基本相似，但流产的风险更低，且有更多唐氏儿（167）能被检测出。

假如，我们放弃目前的早孕期唐氏筛查，全部采取无创性产前诊断技术的话，假设每例检测费用在? 50，总体的费用甚至比序贯筛查更低。无创技术和早唐筛查相比有更高的检出率（99.0%），该技术有1.0%的假阳性率，约6 300名孕妇需要接受绒毛活检术，约为目前筛查方案需要接受侵入性检测孕妇数目的一半。

直至目前，关于无创技术在产前的适用范围仍然在进一步的讨论中。目前的文献报道中，该技术主要应用于唐氏筛查的高危人群，其中也有假阳性的存在，这显示了有创性产前诊断技术存在的必要性。我们把无创性产前诊断技术视为“高级筛查”，这同时也显示，对于假阴性的存在也是需要引起重视的。目前的研究表明，无创技术的假阴性较低，但目前提供的研究存在一定的局限性，比如，研究的样本量较小，研究对象多集中于唐氏高危孕妇而非普通人群。对于该技术精确性的评判需要进一步的研究。

从健康专业角度考虑，除非该项技术已被证明精确性非常之高，否则不宜在全球进行大范围的推广。但是这样的观点往往并不与孕妇的意见一致。显然在对待无创技术的应用意见上，存在很多的分歧。一项来自英国的报道显示，与专业医生着眼于无创技术的准确性相比，孕妇更加愿意接受其显著的安全性。与此类似的一份美国的研究显示，孕妇对无创技术主要关注的是其安全性（75.0%），关注度远远高于精确性（13.0%）或更早的得知结果（7.0%）[11]。

2.3 伦理方面的讨论

对于无创技术的伦理及社会学讨论目前主要集中在以下方面：孕妇接受无创技术的检测是否经过充分的知情告知，对于终止妊娠数量增加所带来的社会压力等。令人担心的一个问题是，孕妇往往并不清楚这项技术的方法与用途，仅仅简单的认为是一项血液检测。这样类似的问题同样也暴露在唐氏筛查的过程中，随着无创技术的便捷性，终止妊娠也变得更加随意。

目前可以看到的前景是将无创性产前诊断技术引入到已成熟的唐氏筛查系统中。以往孕妇拒绝唐氏筛查和产前诊断的理由往往是担心流产的风险。目前的序贯筛查方案由于侵入性产前诊断技术的风险使得孕妇在选择接受唐氏筛查时，心理存在一定的阻碍。如果该方案降低了流产的风险，孕妇可能不难作出自己的决定。因此，将无创性技术引入到产前筛查中，有助于孕妇的知情决策。另一关键点是对医学专业人员进行教育，以便能够对患者进行正确的咨询和指导。无论哪种筛查方案，无论何种技术，均存在自身的局限性。任何的筛查手段均有假阳性和假阴性的存在，如何让孕妇在现有的条件下酌情选择筛查的方案，在总体人群中切实降低流产的发生，提高唐氏综合征的检出率是我们努力的目标。

2.4 商业因素

就现在开展的这些无创性产前诊断技术，多数是通过商业行为提供的。对于这些新技术，一线临床医生并不十分确切的了解它们适用的最佳人群、检验的成本、以及如何正确的解读实验室报告，但他们却需要承担对患者的咨询。显而易见的是，临床医生可能会过度把握无创技术的适应症。从患者需求的角度看，无创技术由于其特有的优越性，无须过多宣传，患者的接受度会很好。因此，许多供应商把无创性产前诊断作为抓住市场的重要机会。某些公司宣传自己拥有该技术的全部知识产权，但目前法律上的诉讼并不完全支持这样的观点。随着技术的不断发展，法律上的纠纷并不会因此而减少。作为围产医学专业的医生，应尽可能避免商业因素成为筛查策略的考虑因素，应该客观的看待不同公司所提供的技术存在的利与弊。

3 小结

无创性产前诊断技术无疑是一个充满活力的全新的发展方向，近10年来的表现非常夺目。它的飞速发展除了实验室技术的进步以外，临床迫切的需求和转化医学研究的开展也是其发展的主要推动力。然而，该技术要在全球范围内广泛得到推广仍有漫长的道路要走。这项技术取得进展的同时，如何对它的应用范围、技术局限有清晰的认识、如何对患者进行正确的临床指导，有赖于进一步的研究和经验积累。正确有效的咨询能够使患者充分了解各项技术的利弊并选择最有利于自身的方案，并尽力避免商业因素成为临床医生作出决策的干扰。对于一个产前筛查平台所要求达到的终极目标是能够进行高通量的筛查，达到非常高的检出率、很低的假阳性率和假阴性率，尽可能避免对孕妇的损伤，避免正常妊娠的胎儿丢失，能够具有一定的成本效益。在这些方面，无创性产前诊断技术显然具有非常好的前景。

参考文献

[1] Driscoll DA， Gross S. Clinical practice. Prenatal screening for aneuploidy[J]. N Engl J Med， 2009， 360（24）： 2556-2562.

[2] Sehnert AJ， Rhees B， Comstock D， et al. Optimal detection of fetalchromosome abnormalities by massively parallel sequencing of cell-free fetal DNA from maternal blood[J]. Clin Chem， 2011， 57（7）： 1042-1049.

[3] Ehrich M， Deciu C， Zweifellhofer T， et al. Noninvasive detection of fetal trisomy 21 by sequencing of DNA in maternal blood： a study in a clinical setting[J]. Am J Obstet Gynecol， 2011， 204（3）： 205.

[4] Poon LL， Leung TN， Lau TK， et al Differential DNA methylation between fetus and mother as a strategy for detecting fetal DNA in maternal plasma[J]. Clin Chem， 2002， 48（1）： 35-41

[5] Chim SS， Tong YK， Chiu RW， et al. Detection of the placental epigenetic signature of the maspin gene in maternal plasma[J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2005， 102（41）： 14753-14758.

[6] Hulten MA， Old RW. Non-invasive prenatal diagnosis of Down’s syndrome [J]. Lancet， 2007， 369（9578）： 1997.

[7] Chim SS， Jin S， Lee TY， et al. Systematic search for placental DNA methylation markers on chromosome 21：toward a maternal plasma-based epigenetic test for fetal trisomy 21[J]. Clin Chem， 2008， 54（3）： 500-511.

[8] Poon LL， Leung TN， Lau TK， et al. Presence of fetal RNA in maternal plasma[J]. Clin Chem， 2000， 46（11）： 1832-1834.

[9] United Kingdom National Screening Committee. Antenatal screening–working standards for Down’s syndrome screening 2007[EB/OL].（2012-01-30）[2013-01-30]. http：//fetalanomaly.screening.nhs.uk/standardsandpolicies.

[10] Sparks AB， Struble CA， Wang ET， et al. Noninvasive prenatal detection and selective analysis of cell-free DNA obtained from maternal blood： evaluation for trisomy 21 and trisomy 18[J]. Am J Obstet Gynecol， 2012， 206（4）： 319.

第9篇：表观遗传学的发展范文

关键词：诱导性多潜能干细胞（iPS细胞）；诱导性细胞；细胞治疗

中图分类号：Q813 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）05-0993-05

将已分化的体细胞重编程为类胚胎干细胞样细胞的技术完成于2006年。Takahashi等[1]通过外源表达一组选择性的转录因子导入成体小鼠成纤维细胞，最终确定最少有4种转录基因组合――Oct4（也称Pou5f1、Oct3/4）、Sox2、Klf4和c-Myc可将成纤维细胞重编程为诱导性多潜能干细胞（iPS细胞）。从此iPS细胞的研究开始成为干细胞研究领域的热门，并且iPS细胞的来源也越来越广泛。利用iPS细胞诱导技术将终末分化细胞先诱导成iPS细胞，再进一步诱导成具有特定功能的细胞，如神经细胞，心肌细胞等，称为诱导性细胞。时至今日研究者已经开始尝将iPS细胞应用于临床治疗。

1 诱导性多潜能干细胞的研究进展

从iPS细胞诞生之日起，iPS细胞的研究就成为细胞研究领域的热门。起初，研究者诱导iPS细胞时，iPS细胞的诱导效率极低，而且他们用的是4个转录因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，其中c-Myc还具有一定的致癌作用。后来经过科学家们的不断尝试，开始用小分子化合物、miRNA、mRNA或蛋白质等导入细胞来诱导iPS细胞[1-6]，转录因子的个数也从4个减少到1个，甚至只用小分子化合物等物质来诱导iPS细胞[7-9]。近年来iPS细胞研究取得了突破性进展，如建立了人类疾病特异的iPS细胞，借助锌指核酸酶和转座子等介导的转基因技术高效制备了无病毒的iPS细胞[10-13]。

从2007年Takahashi 等[2]和Yu等[3]先后将人的体细胞重编程为iPS细胞开始，多种人类成体干细胞被重编程为诱导性多潜能干细胞，但是直到2013年Trokovic等[14]才将人类骨骼成肌细胞重编程为iPS细胞，他们通过逆转录病毒载体（图1）或仙台病毒载体介导目的基因的异位表达，在无饲养层且含有适宜的培养基条件下，可以使人类骨骼成肌细胞达到和人类成纤维细胞一样的重编程效率，再加入组蛋白脱乙酰酶抑制剂丙戊酸钠（VPA）、丁酸钠（NaB）和ALK4/5/7抑制剂SB431542（SB），能明显提高人类骨骼成肌细胞重编程为iPS细胞的诱导效率。

到目前为止，除了人之外，小鼠、大鼠、猴子、绵羊、猪的iPS细胞系均已建立[15-19]。

iPS细胞研究的意义重大，它不仅为多潜能干细胞[20]的获取提供了新的途径，而且避免了传统胚胎干细胞研究中存在的伦理问题，同时还解决了免疫排斥反应问题，为细胞的体外培养和诱导提供了平台（图2），使人们在细胞和分子水平上研究人类多种疾病及其发病机理成为可能（图3），也为相应药物的研发提供了便利。正是由于iPS细胞技术使得整个细胞生物学研究发生了质的飞跃，所以Yamanaka荣获了2012年的诺贝尔医学奖。当然，目前iPS细胞的发生机制还不是十分明确，还有待深入了解，iPS细胞的诱导效率仍然很低，整个诱导过程相对繁琐，费用比较昂贵，达到商业化、大众化应用的地步还有些遥远，这一切都有待进一步研究和开发。

2 诱导性细胞的研究进展

利用iPS细胞诱导技术，通过导入特定的转录因子组合，再加入一些小分子化合物等物质，将终末分化细胞先诱导成iPS细胞，再进一步诱导成具有特定功能的细胞，如神经细胞、心肌细胞等，称为诱导性细胞或诱导细胞。到目前为止，已经在多种具有重要功能的细胞上诱导成功[21-23]。

2.1 诱导性造血和血管祖细胞

Park等[21]在改进的无饲养层的内皮培养条件下，利用了一组重组生长因子[骨形态发生蛋白4（BMP4）、血管内皮生长因子（VEGF）和纤维母细胞生长因子2（FGF2）]的最适组合，然后在成分明确的内皮细胞生长培养基（EGM-2）中附着低密度培养，用人类胚胎干细胞和人类诱导多潜能干细胞培育出大量的CD34+CD45+造血祖细胞（表1）。这些造血祖细胞出现在附着于内皮或基质的细胞层周围，从某种意义上来说，这种方式与体内胚胎生血内皮的造血方式类似。虽然之前已经证实由成纤维细胞衍生而来的hiPSC细胞系并不具备有效分化为造血内皮的能力，但是这个培养体系能够使hiPSC具有和hESC一样分化为造血内皮的能力。这个有效的分化体系可用于直接延时摄像和造血发生过程的时间进程研究等。

2.2 诱导性神经细胞

Kuo等[22]在由海藻酸和多聚γ-谷氨酸（γ-PGA）以及表面神经生长因子构成的水凝胶中将iPS细胞诱导成神经元。这种由海藻酸和多聚γ-谷氨酸（γ-PGA）以及表面神经生长因子构成的水凝胶在整个诱导过程中发挥着重要作用，而孔隙结构、孔隙度和溶胀比也有一定的影响。在这种水凝胶中，iPS细胞分化的形态学图像（图4）展示出神经元的特点。在诱导iPS细胞向神经元分化的过程中，表面神经生长因子可以增强β Ⅲ微管蛋白的表达强度而抑制SSEA-1的表达强度。iPS细胞在这种水凝胶中的分化可以通过SSEA-1和β Ⅲ微管蛋白的表面抗原免疫化学染色和扫描电子显微镜来观察鉴定。

2.3 诱导性心肌细胞

Jiang等[23]使用从Oct4-GFP-C57小鼠身上获得的心脏成纤维细胞（Cardiac fibroblasts，CFs）感染逆转录表达重组因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）来诱导功能性心脏细胞（Cardiomyocytes，CMs）。以初代的小鼠胎儿成纤维细胞（MEFs）作为对照，试验发现由CFs衍生而来的iPS细胞（CF-iPS）与胚胎干细胞（EBs）及MEF衍生而来的iPS细胞（MEF-iPS）具有同样的生理学特性。他们使用经典拟胚体的方法和Transwell CM共培养体系来模拟心肌旁分泌微环境，进而将CF-iPS向功能性心肌细胞诱导。在模拟的心肌旁分泌微环境中，CF-iPS自发地形成可以跳动的EBs。这些分化而来的能够自发跳动的细胞可以表达心脏特有的组织特异性转录和结构因素，而且显示出典型的心肌形态学和电生理特征。

当然，除了上述诱导性造血和血管细胞、诱导性神经细胞和诱导性心肌细胞外，还有其他的诱导细胞也已经被人们所发现并认知。如Yamaguchi等[24]将小鼠的iPS细胞诱导成肥大细胞。

3 展望

iPS细胞自诞生之日起即受到人们的关注，iPS细胞的研究开创了细胞生物学的新篇章，也极大地促进了表观遗传学和胚胎生物学的发展，为人类再生医学和特异的细胞治疗带来了更美好的希望。

如果供体细胞是来源于病人自身的体细胞，就可以避免免疫排斥反应问题，将这些体细胞先诱导成iPS细胞，进而再诱导成具有特定功能的目的细胞，理论上就可以用于临床医学和再生医学，这样就有望实现个性化治疗。然而，到目前为止，诱导细胞的种类有限，诱导效率也有待提高，并且细胞的功能仍需要大量动物模拟试验验证。

目前，如何获取更多的从终末分化细胞诱导而来的iPS细胞，并进一步诱导成具有特定功能的细胞成为热点，对多种体细胞衍生的iPS细胞和多种新的培养诱导方法[25-28]也已经进行了尝试。

尽管这种诱导的功能性体细胞在将来可能具有较高的应用价值，但是其中的详细机理仍需要探索明确。相信在胚胎干细胞研究、iPS细胞研究、现代基因组学和RNA组学以及蛋白质组学的发展和带动下，在不远的将来，越来越多的诱导细胞有望在临床医学和生物学基础研究上发挥重要作用，从而加快再生医学和动物组织工程的发展，同时，也能促进发育生物学、表观遗传学和细胞生物学等基础研究的发展。

参考文献：

[1] TAKAHASHI K， YAMANAKA S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic andfibroblast cultures by defined factors[J]. Cell，2006，126（4）：663-676.

[2] TAKAHASHI K， TANABE K， OHNUKI M， et al. Induction of pluripotent stem cells fromhuman fibroblasts by defined factors[J]. Cell， 2007，131（5）：861-872.

[3] YU J， VODYANIK M A， SMUGA-OTTO K， et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells[J]. Science， 2007，318（5858）：1917-1920.

[4] ZHAO Y， YIN X L， QIN H， et al. Two supporting factors greatly improve the efficiency of human iPSC generation[J]. Cell Stem Cell， 2008，3（5）：475-479.

[5] LI W， WEI W， ZHU S， et al. Generation of rat and human induced pluripotent stem cells by combining genetic reprogramming and chemical inhibitors[J]. Cell Stem Cell， 2009，4（1）：16-19.

[6] ANOKYE-DANSO F， TRIVEDI C M， JUHR D， et al. Highly efficient miRNA-mediated reprogramming of mouse and human somatic cells to pluripotency[J]. Cell Stem Cell，2011，8（4）：376-388.

[7] ZHOU H， WU S， JOO J Y， et al. Generation of induced pluripotent stem cells using recombinant proteins[J]. Cell Stem Cell， 2009，4（5）：381-384.

[8] KIM D， KIM C H， MOON J I， et al. Generation of human induced pluripotent stem cells by direct delivery of reprogramming proteins[J]. Cell Stem Cell， 2009，4（6）：472-476.

[9] WARREN L， MANOS P D， AHFELDT T， et al. Highly efficient reprogramming to pluripotency and directed differentiation of human cells with synthetic modified mRNA[J]. Cell Stem Cell， 2010，7（5）：618-630.

[10] HOCKEMEYER D， SOLDNER F， BEARD C， et al. Efficient targeting of expressed and silent genes in human ESCs and iPSCs using zinc-finger nucleases[J]. Nat Biotechnol， 2009， 27（9）：851-857.

[11] GIBSON S A， GAO G D， MCDONAGH K， et al. Progress on stem cell research towards the treatment of Parkinson’s disease[J]. Stem Cell Res Ther， 2012，3（2）：11.

[12] NAKAMURA M， OKANO H. Cell transplantation therapies for spinal cord injury focusing on induced pluripotent stem cells[J]. Cell Res， 2013， 23（1）：70-80.

[13] KUES W A， HERRMANN D， BARG-KUES B， et al. Derivation and characterization of sleeping beauty transposon-mediated porcine induced pluripotent stem cells[J]. Stem Cells Dev， 2013，22（1）：124-135.

[14] TROKOVIC R， WELTNER J， MANNINEN T， et al. Small molecule inhibitors promote efficient generation of induced pluripotent stem cells from human skeletal myoblasts[J]. Stem Cells Dev， 2013，22（1）：114-123.

[15] KIM J B， SEBASTIANO V， WU G， et al. Oct4-induced pluripotency inneural stem cells[J]. Cell， 2009，136（3）：411-419.

[16] LIAO J， CUI C， CHEN S， et al. Generation of induced pluripotent stem cell lines fromrat cells. [J]. Cell Stem Cell， 2009，4（1）：11-15.

[17] LIU H， ZHU F， YONG J， et al. Generation of induced pluripotent stem cells fromrhesus monkey fibroblasts[J]. Cell Stem Cell，2008，3（6）：587-590.

[18] BAO L， HE L， CHEN J， et al. Reprogramming of ovinefibroblasts to pluripotency via drug-inducible expression of defined factors[J]. Cell Res， 2011，21（4）：600-608.

[19] WU Z， CHEN J， REN J， et al. Generation of pig-induced pluripotent stem cells with a drug-inducible system[J]. J Mol Cell Biol， 2009，1（1）：46-54.

[20] BELTR？O-BRAGA P C， PIGNATARI G C， RUSSO F B， et al. In-a-dish： induced pluripotent stem cells as a novel model for human diseases[J]. Cytometry A，2013，83（1）：11-17.

[21] PARK T S， ZIMMERLIN L， ZAMBIDIS E T. Efficient and simultaneous generation of hematopoietic and vascular progenitors from human induced pluripotent stem cells[J]. Cytometry A， 2013，83（1）：114-126.

[22] KUO Y C，CHANG Y H.Differentiation of induced pluripotent stem cells toward neurons in hydrogel biomaterials[J]. Colloids Surf B Biointerfaces，2013，102：405-411.

[23] JIANG B，DONG H，LI Q，et al. Differentiation of reprogrammed mouse cardiac fibroblasts into functional cardiomyocytes[J]. Cell Biochem Biophys. 2013，66（2）：309-318.

[24] YAMAGUCHI T， TASHIRO K， TANAKA S， et al. Two-step differentiation of mast cells from induced pluripotent stem cells[J]. Stem Cells Dev，2013，22（5）：726-734.

[25] BARDY J， CHEN A K， LIM Y M， et al. Microcarrier suspension cultures for high-density expansion and differentiation of human pluripotent stem cells to neural progenitor cells[J]. Tissue Eng Part C Methods，2013，19（2）：166-180.

[26] SALEWSKI R P， BUTTIGIEG J， MITCHELL R A， et al. The generation of definitive neural stem cells from PiggyBac transposon-induced pluripotent stem cells can be enhanced by induction of the NOTCH signaling pathway[J]. Stem Cells Dev，2013，22（3）：383-396.