胚系表观突变与人类肿瘤.pdf

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胚系表观突变与人类肿瘤.pdf 表 观 遗 传 学 研 究 的 是 不 涉 及 !"# 序 列 改 变 的 可 遗 传 的 基 因 表 达的变化 !$"#表观遗传机制对于分化期组织特异的基因表达起着重要 作用$从而造成发育的可塑性% 表观遗传机制主要包括 !"# 甲基化& 组蛋白乙酰化与甲基化引起的染色质结构改变’ 以及非编码 %"# 的 转录后调节等# 其中’!"# 甲基化是目前研究的较多 的 表 观 遗 传 标 !癌症" &’()*+* ,-./)01 -2 &0)3*/# 4556# 78$$7%&$79:;<7=7 !专家论坛! 胚系表观突变与人类肿瘤 吴浦嫄 <"7" 范怡梅 <"7" 王亚平 <"7 !"#$%&’(" ")’$*+,+’-(. ,(/ 0*$,( 1,(1"# !"#$"%& ’"’(’) *+#,-+ .%&(’/ %&0 *%#1+&2 3%&2(’/ !23.+#,1+" 45+6"7%7+8&9 %:- -::8:9 +& 7;- &8:6%< 5:8=-99 8> -5+2-&-7+= :-2"<%7+8& ?;+=; =%& :-9"<7 +& %@-::%&7 7:%&9=:+57+8&%< 9+<-&=+&2 8> % &8:6%<<A %=7+B- 2-&- 8: :-%=7+B%7+8& 8> % &8:6%<<A 9+<-&7 2-&-C 45+6"7%7+8&9 %:- 2-&-:%<<A =8&9+0-:-0 78 @- 986%7+= -B-&79 %&0 78 @- =8&>+&-0 +& %>>-=7-0 7+99"-9C D8?-B-:’ :-=-&7 97"0+-9 8> 5%7+-&79 ?+7; ;-:-0+7%:A &8&58<A589+9 =8<8:-=7%< =%&=-: (DE1FF) ;%B- 9;8?-0 7;%7 %<<-<-#95-=+>+= ;A5-:6-7;A<%7+8& 8> F5G +9<%&09 +& 7;- 5:8687-: :-2+8& 8> 7;- ,HDI 2-&-’ 8&- 8> 7;- =%"9-9 8> 7;- 7"68:’ -J+97-0 +& %<< 7;- 7+99"-9 -J%6+&-0C K& %00+7+8&’ 2-:6#<+&- -5+6"7%7+8&9 8> 87;-: 7"68: 9"55:-998: 2-&-9 (LMG9)’ 9"=; %9 ,MD/ %&0 NOFPI’ ;%B- %<98 @--& :-58:7-0’ 0-68&97:%7+&2 7;%7 -5+6"7%7+8&9 6+2;7 %:+9- +& 7;- 2-:6# <+&- (0":+&2 2%6-782-&-9+9 8: -%:<A -6@:A8&+= 0-B-<856-&7)Q L;- :8<- 8> 2-:6#<+&- -5+6"7%7+8&9 6+2;7 @- %9 +658:7%&7 %9 2-:6#<+&- 6"7%7+8&9 +& ;"6%& 0+9-%9-C ’- :-B+-?-0 7;- "50%7- 8& 2-:6#<+&- -5+6"7%7+8&9 8> LMG9 +&=<"0+&2 7;- 5899+@<- 6-=;%&+969 "&0-:<A+&2 2-:6#<+&- -5+6"7%7+8&9’ 7;- 5899+@+<+7A 8> 7:%&92-&-:%7+8&%< +&;-:+7%&=-’ %&0 7;-+: +65%=7 8& 8": "&0-:97%&0+&2 8> ;"6%& 0+9-%9-C 4"5 6-#/.* 2-:6#<+&- -5+6"7%7+8&’ 7"68: 9"55:-998: 2-&-’ ;A5-:6-7;A<%7+8&’ ,HDR !摘 要" 表 观 突 变 是 指 表 观 遗 传 调 控 出 现 错 误 ’导 致 正 常 情 况 下 表 达 的 基 因 沉 默 或 者 正 常 情 况 下 沉 默 的 基 因 转 录 表 达% 表 观 突 变 通 常 被 认 为 是 局 部 体 细 胞 事 件’一 般 只 存 在 于 病 变 组 织% 但 是’最 近 几 年 关 于 遗 传 性 非 息 肉 性 结 直 肠 癌 的 研 究 发 现’在 部 分 患 者 中’所 有 检 测 的 正 常 组 织 均 存 在 >?@< 单 等 位 基 因 启 动 子 区域 &AB 岛甲基化’并证实这 种 异 常 甲 基 化 是 肿 瘤 形 成 的 病 因% 随 后’关 于 其 他 抑癌基因 >C@4 与 D%&#< 等的胚系异常甲基化也陆续有 报道%这提示’表观突变 也 可 以 起 源 于 胚 系+生 殖 细 胞 形 成 期 或 胚 胎 发 育 早 期 )’从 而 造 成 全 身 细 胞 广 泛 的基因 转录沉默% 这种胚系表观突变类似于经典的基因胚系序列突变’可能成为 人 类 疾 病 发 生 的 病 因% 本 文 着 重 对 近 年 来 抑 癌 基 因 胚 系 表 观 突 变 研 究 进 展 作 一 综 述’探 讨 胚 系 表 观 突 变 可 能 的 产 生 机 制 和 代 间 遗 传 的 可 能 性’并 展 望 其 给 人 类 疾病病因 研究所带来的深远影响% 关键词# 胚系表观突变, 抑癌基因, 高度甲基化, >?@< 中图分类号#%E95 文献标识码## 文章编号#<555;=:EF+7556)$7;$79:;5E $G 南京大学医学院医学遗传学研 究室" 江苏 南京 4<5569 4H 江苏省医学分子技术重点实验 室" 江苏 南京 7<5569 !" #$%&’()$*( +, -$./0&1 2$*$(/03" -$./0&1 405++1" 6&*7/*8 9*/:$’3/(;" 6&*7/*8" </&*83= >!?@AB" C" D" E5/*& >" </&*83= F$; G&H+’&(+’; +, -+1$0=1&’ -$./0/*$" 6&*7/*8" </&*83= >!@@AB" C" D" E5/*& 通讯作者# 范怡梅 &-//*+A-)I*)3* J-* K(L>*( M0) N*1H* 8:H4OH89:8:=6O PQ0(1* RQ20)S)T.H*I.H3) 基金项目# 江苏省自然科学基金 项目#编号$DU45584:6%& 江苏省 国际科技合作计划项目’编号$ DV75585OO%资助 !"#$%&$"0J./01 C3(*)3* M-.)I0J(-) -2 ,(0)W+. +"-H DU75587:6), X)J*/)0J(-)01 C3(*)3* 0)I N*3)-1-WR &--A*/0J(-) Y/-T*3J -2 ,(0)W+. Y/-Z()3* +"-H DV75585OO) 收稿日期# 7556L5OL$= 修回日期# 7556L5EL$= !"#$ C M Y K 吴浦嫄!等! 胚系表观突变与人类肿瘤 记! 它在细胞有丝分裂或减数分裂过程中传递着 非 "#$ 序列的遗传信息" 这些遗传信息在胚胎发 育过程中!调控基因的适时启闭和时空有序表达! 并维持着个体中各种不同表型的细胞的分化 #%&’$" 在 哺 乳 动 物 中!"#( 甲 基 化 主 要 发 生 在 )*+ 二联核苷胞嘧啶第 , 位碳原子! 即 ,-./,)*+.0-" 人 类 基 因 组 中 包 含 % 122 万 个 )*+ 二 联 核 苷!其 中 34存在于 )*+ 岛 #5$" )*+ 岛是指基因组中富含 )*+ 二联核苷的长约 %226522 7* 的区域" 人类有 接近 328基因的启动子区域含有 )*+ 岛 #9$" 正常 细胞中!大部分 )*+ 二联核苷%约 328&处 于 甲 基 化状态! 非甲基化的 )*+ 主要集中于基因启动子 区域的 )*+ 岛 #3$" 表 观 突 变 是 指 表 观 遗 传 调 控 出 现 错 误!导 致 正 常 情 况 下 表 达 的 基 因 沉 默 或 者 正 常 情 况 下 沉 默 的 基 因 转 录 表 达 #: $" 早 在 ;<:3 年 !=>??@ABC 就 提 出 表 观 突 变 会 导 致 疾 病 #<$! 而 近 些 年 来 的 研 究 提 供 了 越 来 越 多 的 证 据" 例 如!特 定 基 因 启 动 子 区 域 )*+ 岛 的 高 度 甲 基 化 会 导 致 基 因 转 录 沉 默!其 机 制 可 能 是 由 于 甲 基 化 阻 碍 了 转 录 因 子 与 "#( 的 结 合 或 者 甲 基 化 结 合 蛋 白 与 "#( 的 结 合 等 #;2 $" 通 过 抑 制 受 累 等 位 基 因 的 转 录 !表 观 突 变 可 以 有 效 地 引 起 基 因 表 达 产 物 的 降 低 !甚 至 完 全 丧 失 " 从 而 产 生 与 基 因 序 列 突 变 类 似 的 后 果 !引 起 细 胞 或 个 体 表 型 的 改 变 !甚 至 导 致 某 些 疾 病 " 以 前 表 观 突 变 一 直 被 认 为 是 局 部 体 细 胞 事 件 !例 如 在 肿 瘤 演 进 过 程 中 !肿 瘤 组 织 中 广 泛 存 在 抑 癌 基 因 % DE/>F GE**FHGG>F IHJHG! KL+G&的 表 观 突 变 " 但 是 !近 年 的 研 究 发 现 !表 观 突 变 并 非 只 限 于 体 细 胞 !而 是 可 能 发 生 于 胚 系 %生 殖 细 胞 形 成 期 或 胚 胎 发 育 早 期 &!并 在 个 体 发 育 的 全 过 程 中 得 以 维 持 !从 而 存 在 于 机 体 所 有 组 织 !并 且 可 以 传 递 给 后 代 !称 为 胚 系 表 观 突 变 " 以 前 胚 系 表 观 突 变 的 研 究 !一 直 局 限 于 植 物 和 动 物 !直 到 近 些 年 来 ! 人 类 中 胚 系 表 观 突 变 的 研 究 才 有 进 展 " 本 文 对 胚 系 表 观 遗 传 突 变 的 研 究 做 一 综 述 ! 主 要 阐 述 人 类 中 最 近 发 现 的 抑 癌 基 因 胚 系 表 观 突 变 " ! 真核生物中的胚系表观突变 植物中的胚系表观突 变 的 研 究 开 始 得 较 早 ! 对 它 的 认 识 也 相 对 比 较 清 楚" 玉米的 M 位点 #;;$’ 拟 南 芥 的LNMOPQ$# 基 因 #;%$以 及 柳 穿 鱼 的 RSCS 基 因 #TU$中 均 存 在 基 因 异 常 甲 基 化 等 表 观 突 变!造 成基因失表达!进而引起植物表型改变" 这种表观 突变可以由亲代传给子代" 植物的生殖细胞与体细胞在早期发育中并没 有完全分开!因此!植物的表观突变通过两性生殖 或营养生殖传递给下一代似乎并不奇怪" 然而在 哺乳动物中!也出现了类似的现象" 鼠类中有部分基因表现出不能用孟德尔定律 解释的表达多样性! 这些基因被称为亚稳定表观 遗 传 等 位 基 因 !其 中 最 著 名 的 是(VC%BI>ED@ V@B7?H CH??>W&基因和 (X@JYE%BX@J ZEGHA&基因 #;’&;9$" 它们的 表 达 取 决 于 基 因 附 近 或 其 内 部 的 反 转 座 子 %@JDFBS@GDHFJB?.( *BFD@S?H! [(M&中 长 末 端 重 复 序 列 %?>JI DHF/@JB? FH*HBD! RKM&的甲基化情况"(VC 基因 上游 [(M 的低甲基化导致 BI>ED@ 基因表达!小鼠毛 色为黄色(而高甲基化造成 BI>ED@ 基因 沉 默!鼠 毛 为灰色" 因此携带 (VC 基因的小 鼠%(VC \ (&毛 色 表 现出嵌合型表型!从与野生型%( \ (&相同的灰色到 灰黄镶嵌’再到完全的黄色 #T5$" (X@JYE 基因第 9 内 含 子 中 有 [(M 序 列!低 甲 基 化 状 态 的 [(M 会 导 致 异 常 转 录 的 (X@J P#( 增 多! 从 而 引 起 小 鼠 出 现 尾巴发育异 常" [(M 甲 基 化 的 程 度 与 小 鼠 尾 巴 畸 形的程度相关 #T9$" 胚 系 表 观 突 变 不 仅 发 生 在 动 植 物 中 !在 人 类 的 印 记 基 因 疾 病 中 也 存 在 " MFBAHF.]@??@ 综 合 征 %MFBAHF.]@??@ GCJAF>/H! M]L&和 (JIH?/BJ 综 合 征 %(JIH?/BJ GCJAF>/H! (L&是一种由位于 T5^;;.^;U 的一组印记基因功能异常造成的疾病" 在印记基 因 缺 陷 的 患 者 中 ! 只 有 小 部 分 携 带 有 印 记 中 心 %@/*F@JD@JI SHJDHF! [)&的微缺失" 而在没有序列缺 失的印记基因缺陷患者中! 印记中心的表观突变 %"#( 甲基化&是发病的直接原因" 在这些患者中! M]L 患者受累基因全部来自祖母!而 (L 患者受累 基因一部分来自外祖父!另一部分来自外祖母" 研 究者根据实验证据推测这种表观突变发生于生殖 细胞形成时期! 并且可能是由于精子形成过程中 对 母 源 染 色 体 表 观 遗 传 标 记 的 不 完 全 擦 除 %M]L 患 者&!这 种 改 变 属 胚 系 改 变!会 造 成 严 重 的 临 床 疾病表型 #;3$" 这 种 发 生 于 印 记 基 因 的 胚 系 表 观 突 变 !在 非 印 记 基 因 中 是 否 也 同 样 存 在 呢 ) 关 于 抑 癌 基 因 的 研 究 给 了 肯 定 的 回 答 ! 这 种 胚 系 表 观 突 变 不 但 可 以 解 释 遗 传 性 状 ! 还 可 能 为 某 些 疾 病 揭 开 病 因 " !"#$ C M Y K ! 抑癌基因胚系表观突变研究的突破性进展 与正常细胞相比! 肿瘤细胞表现出全基因组 甲 基 化 程 度 降 低"主 要 为 !"# 重 复 序 列 #基 因 编 码和内含子区域# 以及某些原癌基因甲基化程度 减低$! 以 及 抑 癌 基 因 启 动 子 $%& 岛 区 域 甲 基 化 程度增加 %’(!’)&’ 最早在视网膜母细胞瘤中发现了 *+ 基 因 启 动 子 区 域 $%& 岛 甲 基 化! 随 后 又 在 其 他 肿 瘤 中 发 现 其 他 抑 癌 基 因 的 甲 基 化!例 如 与 细 胞 周 期 相 关 的 %,-."/01 %23&与 !"#损 伤 修 复 有 关 的 4567, %2, &# 8*9:, 等 %,;&和 其 他 抑 癌 基 因 9!7, 等 %22&(近年来研究发现!!": 异常甲基化不仅存在 于肿瘤细胞中! 而且存在于一部分患者的所有胚 层来源的非癌细胞!属胚系来源( !"# $%&’ 基因的胚系表观突变 遗传性 非 息 肉 性 结 直 肠 癌 "4<=<>?@1=A BCB%CD EA%CF?F GCEC=<G@1E G1=G?BCH1! 7"I$$$是 一 种 常 染 色体显性遗传病 %2J&!其发生与 !": 错配修复基因 "H?FH1@G4 =<%1?= K<B<F! 55*$567’ 或 5L72 等 的沉默相关( 2332 年 &1MMCE? 等 %2N&在 , 例", O ’N$疑 似 7"I$$ 患者的血细胞 !": 中检出了 567’ 单 等位基因启动子区域 $%& 岛的高度甲基化( 进一 步 分 析 确 认 肿 瘤 组 织 存 在 杂 合 型 缺 失 "ECFF CP 4<@<=CMAKCF?@A! 6Q7$!即 非 甲 基 化 等 位 基 因 丢 失! 而甲基化的等位基因保留( 该患者未检出 7"I$$ 相 关 基 因 胚 系 序 列 突 变 ( 由 此 !&1MMCE? 等 认 为 567’ 基 因 的 甲 基 化 以 及 与 其 相 关 的 沉 默 是 一 种 发生于胚系的变化!这种变化与肿瘤发生相关( 并 且提出了肿瘤发生的可能的新机制! 这个新机制 符 合)二 次 打 击*"@RCD4?@F$学 说!即 抑 癌 基 因 的 胚 系甲基化是肿瘤发生的)第一次打击*!而 6Q7 最 终导致了肿瘤的发生( 233N 年 LS@<= 等 %2T&进一步报道了 2 例 7"I$$ 患者带有 567’ 基因全身性的+ 等位基因特异性 的#细胞嵌合型的甲基化( 在 2 例患者的可以获得 的 所 有 胚 层 来 源 的 正 常 体 细 胞 中 均 检 出 了 567’ 基因启动子区 $%& 岛的甲基化! 这些正常体细胞 组织包括起源于内胚层的口腔黏膜! 起源于中胚 层的外周血以及起源于外胚层的头发毛囊( 由此 看出! 这种表观突变很可能是胚系新发生的突变( 胚系表观突变可以产生与基因序列突变相同的疾 病表型! 因此带有胚系表观突变的个体对特定疾 病的易感性增加( 此后! 陆续有研究报道! 不仅证实了上述发 现! 而 且 对 这 种 胚 系 甲 基 化 有 了 更 深 入 的 认 识( 233T 年 7?@G4?BF 等 %2-&在 ’-3 例 来 自 7"I$$ 家 庭 的无错配修复基因胚系序列突变的先证者中发现 ’ 例 男 性 患 者 带 有 全 身 细 胞 的 567’ 单 等 位 基 因 异常甲基化( 进一步分析!患者的外周血白细胞中 仅有非 甲 基 化 的 567’ 等 位 基 因 表 达 ! 即 567’ 的 甲 基 化 导 致 了 转 录 沉 默( 此 外!在 J33 例 正 常 对 照 中 未 筛 查 到 567’ 启 动 子 区 甲 基 化 !提 示 该 异 常 甲 基 化 具 有 病 因 学 意 义 ( 两 年 后 !233U 年 7?@G4?BF 等 %2U&在 2 例"2 O 2N$年龄低于 T3 岁的结直 肠 癌 或 子 宫 内 膜 癌 患 者 中 检 出 J 种 胚 层 细 胞 567’ 基因启动子区域单等位基因甲基化!同时对 外周血白细胞和淋巴样干细胞中的 H*": 进行分 析!发现甲基化的等位基因是转录沉默的( 更为重 要的是! 他们首次报道了 567’ 胚系表观突变在 两代之间的传递( 233; 年 5C=1V 等 %2;&进 一 步 扩 大 了 检 测 样 本! 在 W2 例"’2 O )N$7"I99 患者外周血中检出 567’ 启 动 子 甲 基 化 ! 并 且 其 中 一 位 患 者 将 甲 基 化 的 567’ 等位基因传递给儿子( 据此!在疑似 7"I99 的 # 患 有 肿 瘤 组 织 微 卫 星 不 稳 定 "H?G=CF1@<EE?@< ?BF@1+?E?@AD4?K4!5L.D7$ 和 567’ 表 达 缺 失! 但 无 567’ 胚系序列突变的人群中!血细胞中 567’ 启 动子异常甲基化的检出率可以达到 ’JX! 其中部 分患者可能表现出嵌合型的甲基化( 目 前 共 有 U 篇 文 章 报 道 了 YT 例 567, 启 动 子 区 域 胚 系 甲 基 化 的 患 者 %2NZ[3&( 这些研究表明! 567W 胚 系 表 观 突 变! 类 似 于 567W 胚 系 序 列 突 变! 可以引起 5L.D7 与 567W 表达缺失的# 疑似 7"I$$ 的结直肠癌发生(但是!不同于基因序列突 变!表观突变可以逆转至正常状态!因此使其表现 出细胞间的高度变异性! 从而使得胚系表观突变 表现出嵌合型#遗传能力弱等特性( !"! 其他抑癌基因的胚系表观突变 Y33- 年 $41B 等 %[W & 报 道 在 一 个 7"I$$ 家 庭 中 筛 查 到 5L7Y 基 因 胚 系 等 位 基 因 特 异 的 #嵌 合型甲基化!患者均未检出 !": 错配修复基因突 变( 并且这种 5L7Y 基因的胚系表观突变在该家 系连续三代间传递( Y33; 年 LB<EE 等 %[Y&报道了在家 族 性 乳 腺 癌 患 者 中 发 现 了 [ 例 患 者 外 周 血 中 8*$:W 基 因 启 动 子 区 域 的 嵌 合 型 甲 基 化 !其 中 W 例 患 者 的 口 腔 颊 黏 膜 !": 中 也 存 在 8*$:W 低 比 例 的 甲 基 化( 这 表 明 在 部 分 乳 腺 癌 患 者 中!正 常 组 织 中 存 在 低 水 平 的 8*$:W 启 动 子 甲 基 化 ! 吴浦嫄!等\ 胚系表观突变与人类肿瘤!"#$ C M Y K 吴浦嫄!等! 胚系表观突变与人类肿瘤 并 且 与 乳 腺 癌 发 病 相 关 ! 此 外 ""#$% 年 &’()*’+ ,-().)/ 等 #00$在 筛 查 家 族 性 腺 瘤 样 息 肉 %12(-3-23 24).’(25’67 8’398’7-7" :;<&患者中 ;<= 基因的胚 系甲基化" 没有发现 ;<= 基因的这种胚系表观突 变! 这 些 研 究 共 同 表 明 " 某 些 抑 癌 基 因 胚 系 表 观 突 变 在 肿 瘤 发 生 的 ’二 次 打 击 (中 扮 演 着 第 一 次 打 击 的 角 色 "构 成 部 分 遗 传 性 肿 瘤 的 病 因 ! 抑 癌 基 因 胚 系 表 观 突 变 的 研 究 才 刚 刚 开 始 " 这 种 发 生 机 制 是 否 在 其 他 肿 瘤 中 出 现 " 在 肿 瘤 发 生 中 所 占 的 比 例 是 多 少 " 还 有 待 研 究 ! 因 为 >?; 甲 基 化 被 认 为 是 一 种 可 逆 的 变 化 " 与 序 列 突 变 不 同 " 因 此 可 以 为 临 床 肿 瘤 的 治 疗 开 辟 新 的 途 径 ! ! 胚系表观突变的产生机制 表观遗传学沉默是个复杂的过程" 有多种不 同 的 因 子 参 与 其 中" 牵 涉 到 多 种 蛋 白 质)>?; 与 &?; 间 的 相 互 作 用"并 且 可 能 发 生 于 哺 乳 动 物 生 命 循 环 的 所 有 阶 段* 近 三 十 年 来 的 研 究 表 明"哺 乳 动 物 个 体 表 观 遗 传 标 记 的 建 立 经 历 两 个 关 键 时 期"即 生 殖 细 胞 形 成 时 期 和 胚 胎 发 育 早 期* 在 这 两 个 时 期 中 " 细 胞 发 生 表 观 遗 传 标 记 重 新 编 程"即 清 除 原 有 表 观 遗 传 标 记 再 建 立 新 的 表 观 遗 传 标 记 #0@$* 胚系表观突变可能源于重新编程中出 现的错误"即重新编程过程中"某些位点的甲基化 被错误地保留或错误地建立" 这种错误可能是随 机发生的或受到环境的影响而产生" 因此可以称 为原发性胚系表观突变* 另一方面"这种异常的胚 系甲基化"可 能 受 到 顺 式 作 用%-. A-7&或 者 反 式 作 用%5*2.7&的 调 控"因 此 也 可 以 被 称 为 继 发 性 胚 系 表观突变 #0B$* 目 前 已 基 本 排 除 与 CDEF 基 因 胚 系 表 观 突 变 相 关 的 可 能 的 顺 式 作 用 "因 为 CDEF 邻 近 区 域 的 单 体 型 分 析 显 示"具 有 同 样 单 体 型 的 个 体 并 未 全 部 携 带 该 表 观 突 变 #"G$*虽 然 并 不 能 够 完 全 排 除 某 种 反 式 作 用 的 影 响"但 是 至 今 未 见 相 关 的 实 验 证 据* 因 此 CDEF 基 因 的 表 观 突 变 很 有 可 能 是 原 发 性 胚 系 表 观 突 变"随 机 产 生 或 受 到 某 种 环 境 诱 因 影 响"使 得 胚 胎 发 育 中 甲 基 化 重 编 程 过 程 出 现 异 常*这 种 改 变 原 发 于 CDEF 基 因 位 点"即 CDEF 启 动 子 =8, 岛 异 常 高 度 甲 基 化 " 造 成 体 细 胞 CDEF 蛋 白 表 达 低 于 正 常" 是 导 致 癌 症 发 生 的 直 接 原 因* 动物实验提示环境因素在胚系表观突变的形 成过程中具有重要意义" 它可能直接导致胚系表 观突变的产生*在大鼠胚胎早期性腺发育时期"给 予 环 境 内 分 泌 干 扰 物 乙 烯 菌 核 利 %H-.A3’/’3-.&和 甲氧氯%()5I’J9AI3’*&"导致雄性后代%:F 代&精子 的数量和活力下降"雄性不育的比例提高* 并且" 这 种 生 殖 能 力 的 下 降 可 以 通 过 父 系 遗 传 至 :@ 代 雄性大鼠* 进一步"在受累雄性大鼠 >?; 中"检出 基 因 异 常 甲 基 化 * 这 些 基 因 包 括 溶 血 磷 脂 酶 %397’8I’78I’3-827)"D<D27)&及细胞因子诱导的 KE" 蛋白%A95’7-.)+-.46A-L3) KE" 8*’5)-.&等*因此"环境 内分泌干扰物可能影响了早期性腺发育中生殖细 胞甲基化重新建立的过程" 从而影响生殖细胞的 表 观 遗 传"造 成 大 鼠 的 疾 病 表 型 #0M$* 除 了 环 境 毒 物" 母鼠妊娠中期饮食中甲基供体的多少也会影 响小鼠 ;H9 基因的甲基化状态 #0G$* 此外"环境因素 不 仅 作 用 于 配 子 合 子 形 成 过 程 和 胚 胎 发 育 早 期" 还可以作用于出生后胎儿时期* 出生一周内母鼠 对 幼 鼠 的 舔 舐 理 毛 行 为 与 幼 鼠 内 侧 视 前 区 %()4-23 8*)’85-A 2*)2" C<N;&组 织 中 雌 激 素 受 体 !%)75*’O). *)A)85’* !" P&!&启动子区域的甲基化 水平相关"影响 P&! 表达以及雌激素活性"进而影 响下一代母鼠对幼鼠的行为" 从而这样的表观遗 传改变得以在多代中维持 #0%$* 某 些 潜 在 的 基 因 作 用 构 成 继 发 性 胚 系 表 观 突 变 的 直 接 原 因 "包 括 顺 式 作 用 或 反 式 作 用 * 在 印 记 基 因 疾 病 Q)ARS-5I+T-)4)(2.. 综 合 征 %Q)ARS-5I+T-)4)(2.. 79.4*’()" QTK& 中 " 部 分 患 者 带 有 母 源 印 记 中 心 FU@VFU% L8 的 微 缺 失 " 这 种 微 缺 失 与 母 源 印 记 基 因 的 甲 基 化 相 关 "其 机 制 可 能 是 微 缺 失 减 少 了 =W=: 蛋 白 的 结 合 位 点 # 0X $ * 在 慢 性 淋 巴 细 胞 性 白 血 病 % AI*’.-A 39(8I’A95-A 3)6R)(-2" =DD&中 "普 遍 检 出 抑 癌 基 因 >;<YF 表 达 下 调 "同 时 广 泛 存 在 >;<YF 基 因 启 动 子 异 常 甲 基 化* 进 一 步">;<YF 基 因 的 一 个 K?< 位 点 %AUF+MB0F;Z,&与 >;<YF 表 达 下 调 相 关 * 综 合 分 析 推 测 这 些 =DD 产 生 机 制 可 能 为 该 K?< 可 以 增 强 >?; 与 EN[QG 蛋 白 的 结 合 " 而 EN[QG 蛋 白 抑 制 >;<YF 的 表 达 ">;<YF 的 表 达 下 调 再 经 由 组 蛋 白 修 饰 等 过 程 " 最 终 导 致 基 因 异 常 甲 基 化 #@# $*关 于 另 一 错 配 修 复 基 因 CKE" 的 表 观 突 变 分 析 "也 显 示 与 某 种 基 因 型 相 关 #0F$* 该 家 族 中 所 有 具 有 与 先 证 相 同 的 单 体 型 的 个 体 均 携 带 该 表 观 突 变 " 因 此 可 能 是 某 种 顺 式 作 用 !"#$ C M Y K 启 动 了 基 因 的 沉 默 ! 而 不 能 认 为 是 原 发 的 胚 系 表 观 突 变 的 作 用 "!"#!$ #$ 最近的研究显示!非编码 %&’ 通过靶向结合 于基因序列的特定区域! 对于异染色质形成以及 介导并维持表观遗传学沉默起着重要作用! 这种 作用可以归结于表观突变形成中的反式作用$ 在 分 化 的 小 鼠 胚 胎 干 细 胞 中 ! 诱 导 !( # 珠 蛋 白 %)*’(&基因的反义转录!引起了基因 +,- 岛的异 常甲基化!同时 )*’( 基因表达沉寂 "!!#$ 在白血病 细胞中!,". 基因的反义 %&’ 表达高于正常细胞$ 在分化的小鼠胚胎干细胞中导入 ,". 的反义序列 表达质粒! 导致组蛋白乙酰化与甲基化状态的改 变!继而 ,". 的启动子区出现了高甲基化的现象! 产生持久的 ,". 正义基因表达抑制! 构成部分白 血病发生的分子机制 "!.#$ ! 胚系表观突变的遗传性 哺乳动物中的研究已经有 证 据 表 明 胚 系 表 观 突 变 可 以 遗 传 给 后 代 $ 最 典 型 的 例 子 是 在 鼠 中 的 研 究 $ 亲 代 ’/0 基 因 和 ’12345 基 因 甲 基 化 状 态 可 以 影 响 子 代 中 这 两 个 基 因 的 甲 基 化 水 平 %高 度 甲 基 化 的 亲 代 倾 向 产 生 高 度 甲 基 化 的 子 代 &! 这 种 遗 传 既 可 以 来 自 于 母 本 ! 也 可 能 来 自 于 父 本 ""!#"6#$ 并且这种遗传会受到孕鼠食物中叶酸的 含 量%即 环 境 影 响&与 种 系 的 影 响 "$7#!显 示 出 与 经 典 的 基 因 序 列 突 变 的 差 异!是 一 种 非 孟 德 尔 方 式 的遗传$ 在 89)" 胚系表观突变的研究中也存在胚系 表观突变遗传性的实验证据 "(7!(:#$ )2;<=23> 等 "(7#报 道 )&?++ 患者 ’ 的一个儿子%"6@’&的母源等位 基因也带有与其母亲同样的 89)" 胚系基因甲基 化!且该 89)" 母源等位基因转录沉默$ 但是!在 他 的 精 子 中 这 种 89)" 基 因 异 常 甲 基 化 消 失 !并 且 母 源 等 位 基 因 重 新 转 录 活 跃$ 进 一 步!具 有 同 样 单 体 型 的 患 者 ’ 的 一 个 姐 妹 以 及 另 外 两 个 儿 子! 却未携带该 89)" 胚系 表 观 突 变$ 而 患 者 * 的 母 亲 和 儿 子 带 有 与 * 相 同 的 单 型 ! 却 未 检 出 89)" 异 常 甲 基 化$ 8ABCD 等 "(:#对 ! 个 携 带 胚 系 表 观 突 变 的 )&?++ 患 者 进 行 了 甲 基 化 状 况 的 家 系 分 析 ! 其 中 有 " 例 显 示 出 母 源 等 位 基 因 异 常 甲 基 化 传 递 给 后 代 ! 两 例 为 母 源 等 位 基 因 新 发 生 的 甲 基 化 ! 还 有 " 例 男 性 患 者 的 甲 基 化 没 有 遗 传 给 儿 子 $ 以上研究提示胚系表观突变具有一定的遗传 能力$ 但是这种遗传性相对较弱!与动物研究中发 现的非孟德尔遗传方式相符! 即胚系表观突变可 以 在 一 定 的 情 况 下 回 复 到 正 常 的 野 生 状 态 $ 在 )2;<=23> 等 "(7#的研究的例子中!母亲将受累的等位 基因传递给了多个后代! 但是该表观突变只在一 个后代中维持$ 那些丢失了表观突变的后代可能 由于表观突变在母亲生殖细胞中! 或者在早期胚 胎发育中被清除$ 这种突变的回复也可以解释胚 系表观突变在个体中所呈现的不同程度的细胞嵌 合现象$ 然而!由于并未评估先证的生殖细胞!胚 系表观突变的遗传性并未得到完全确认$ 部分个 体可能直接将该胚系甲基化传递给后代! 也可能 表观突变在胚系已被清除! 某种遗传的反式作用 元件在后代重建了该表观突变$ 但是! 如上节所 述!何种反式作用造成了表观突变并不清楚 ":#$ 另 一方面! 不同的受累基因可能表现出不同的遗传 模式$ 随着对表观突变的认识加深!这种遗传模式 将会越来越清晰$ " 小结与展望 人 类 抑 癌 基 因 胚 系 表 观 突 变 的 发 现 !具 有 深 远 的 意 义$ 它 不 仅 提 出 了 肿 瘤 发 生 的 新 的 机 制! 而 且 提 示 胚 系 表 观 突 变 可 能 与 人 类 广 泛 的 其 他 疾 病 相 关$ 对 于 那 些 患 有 遗 传 性 疾 病 却 未 筛 查 出 相 关 基 因 序 列 突 变 的 患 者!胚 系 表 观 突 变 的 研 究 显 得 尤 为 重 要$ 例 如 89)" 胚 系 表 观 突 变 的 筛 查 对 象 应 当 是 低 龄 ’无 家 族 史 ’患 有 8EF 肿 瘤 且 肿 瘤 中 89)" 表 达 缺 失 的 患 者$ 但 是 !如 果 某 种 疾 病 或 综 合 征 并 不 与 特 定 基 因 突 变 相 关!那 么 在 广 泛 的 基 因 组 范 围 寻 找 可 能 存 在 的 胚 系 表 观 突 变 就 相 对 困 难$ 胚 系 表 观 突 变 弱 的 遗 传 性!经 常 发 生 的 可 逆 性!形 成 了 嵌 合 型 及 非 孟 德 尔 方 式 的 遗 传 模 式!使 得 遗 传 图 谱 的 绘 制 相 对 困 难$ 而 另 一 方 面!胚 系 表 观 突 变 经 常 呈 现 出 的 嵌 合 型 及 非 孟 德 尔 方 式 的 遗 传 特 征!可 以 解 释 某 些 复 杂 疾 病 的 表 型 可 变 性 与 变 化 的 遗 传 外 显 率!从 而 为 复 杂 疾 病 的 病 因 学 研 究 提 供 了 新 的 思 路$ 有 些 以 前 被 当 做 复 杂 的 多 基 因 遗 传 病!可 能 简 单 地 由 单 基 因 表 观 突 变 就 可 以 解 释 "!6#$ 然 而!有 待 回 答 的 问 题 还 很 多!不 难 想 象!类 似 的 研 究 将 会 在 其 它 肿 瘤!乃 至 肿 瘤 以 外 的 遗 传 性 疾 病 中 积 极 展 开$ 随 着 对 这 种 胚 系 表 观 突 变 的 进 一 步 研 究!将 有 可 能 扩 展 对 疾 病 遗 传 基 础 认 识! 给 临床诊断与治疗提供新 的 思 路$ 吴浦嫄!等G 胚系表观突变与人类肿瘤!"#$ C M Y K ...