薛開先

遺傳學(xué)是生物學(xué)的核心學(xué)科之一，與醫(yī)學(xué)研究關(guān)系密切。在傳統(tǒng)遺傳學(xué)發(fā)展的100多年間，闡明了性狀的遺傳規(guī)律，證明遺傳信息貯存于DNA序列之中，人類基因組的測(cè)序?qū)⑦@一方向的研究推向極致，雖取得不少成果，但已發(fā)現(xiàn)的傳統(tǒng)遺傳學(xué)的問題依然存在，又提出了新的問題，卻未能如預(yù)期在醫(yī)療實(shí)踐中取得重大突破;另一方面，近幾十年來表遺傳學(xué)(epigenetics或譯成表觀遺傳學(xué))異軍突起，成為主流醫(yī)學(xué)生物學(xué)的重要研究領(lǐng)域，尤其在腫瘤表遺傳學(xué)研究中更是取得了重大進(jìn)展，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)遺傳學(xué)研究之不足。

1 遺傳學(xué)的歷史回顧

遺傳學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)生物學(xué)的重要研究領(lǐng)域，關(guān)于遺傳學(xué)的定義各家有不同的表述，主要有如下幾類:(1)遺傳學(xué)是研究遺傳性狀遺傳與表達(dá)的生物學(xué)分支;(2)遺傳學(xué)是生物學(xué)的一個(gè)分支，是研究機(jī)體的遺傳，特別是親緣機(jī)體間遺傳性狀遺傳和變異的機(jī)制;(3)遺傳學(xué)是研究基因的結(jié)構(gòu)功能及其變異、傳遞和表達(dá)規(guī)律的學(xué)科。

1.1 關(guān)于遺傳規(guī)律

關(guān)于遺傳性狀遺傳方式的研究，應(yīng)追溯到1865年孟德爾發(fā)表的“植物雜交試驗(yàn)”，他在自花授粉的豌豆研究中發(fā)現(xiàn)了一對(duì)性狀遺傳的“分離律”，以及兩對(duì)性狀遺傳的“自由組合律”，為解釋這些遺傳現(xiàn)象，提出了遺傳因子學(xué)說;但他的理論在1900年被重新發(fā)現(xiàn)前，一直未受到重視［1］。

Bateson在1905年創(chuàng)造出遺傳學(xué)(genetics)一詞。1910年后摩爾根和他的學(xué)生相繼發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳和連鎖遺傳現(xiàn)象，證明基因在染色體上呈線性排列;同一條染色體上的基因有連鎖遺傳的傾向，但可發(fā)生交換;而不同染色體間基因則遵循孟德爾遺傳規(guī)律。可見摩爾根的基因論豐富和發(fā)展了孟德爾的遺傳因子學(xué)說［1］。

隨著研究的深入，一些遺傳現(xiàn)象不能用上述遺傳規(guī)律來解釋，例如 (1)在印記基因遺傳中，表現(xiàn)的性狀取決于親本的來源，而傳統(tǒng)理論認(rèn)為來自雙親的等位基因?qū)z傳貢獻(xiàn)是相等的;(2)核移植所形成的克隆胚胎，胚胎發(fā)育出現(xiàn)各種異常，多數(shù)在出生前夭亡，少數(shù)存活的個(gè)體也多有畸形，而克隆胚胎具有完整的基因組;(3)人類同卵雙生子具有完全相同的基因組，部分同卵雙生子20歲后可出現(xiàn)特征、個(gè)性和疾病易感性等方面的差異［2］。

這些問題反映了傳統(tǒng)遺傳學(xué)對(duì)性狀發(fā)育和表型遺傳機(jī)制研究之不足，兩個(gè)相關(guān)的核心生物學(xué)問題尚待闡明:一是如何從基因型相同的單一受精卵分化形成由表型各異的、多種細(xì)胞類型組成的復(fù)雜有機(jī)體;二是什么樣的分子機(jī)制參與表型遺傳。上述所謂遺傳律，實(shí)質(zhì)上只是說明基因在配子形成中的行為規(guī)律，而對(duì)遺傳性狀在個(gè)體發(fā)育中如何實(shí)現(xiàn)未有闡明。在認(rèn)知上，決定性狀基因的世代間傳遞與遺傳性狀在發(fā)育中形成是一個(gè)問題的兩個(gè)方面，缺少其中一個(gè)方面的研究就不能構(gòu)成一門完整的科學(xué)［2］。早期作為胚胎學(xué)家的摩爾根，當(dāng)時(shí)就已認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，1925年他在《基因論》一書中預(yù)見:“明了基因如何對(duì)發(fā)育中個(gè)體發(fā)生影響，毫無疑義地將使我們對(duì)遺傳的觀點(diǎn)進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)于目前還不了解的許多現(xiàn)象也多半會(huì)有所闡明”。

1.2 基因概念的演變

基因是遺傳學(xué)的核心概念。1865年孟德爾提出的遺傳因子是根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)推測(cè)的、決定遺傳性狀的功能單位;1909年約翰遜把遺傳因子稱為基因(gene)，并區(qū)分基因型和表型;1910年后摩爾根等發(fā)現(xiàn)連鎖遺傳現(xiàn)象，證明基因位于染色體上，同一條染色體上的基因彼此間連鎖遺傳;并認(rèn)為基因是染色體上占有一定位置的、遺傳的結(jié)構(gòu)與功能單位，即所謂顆粒基因(particulate gene)理論。然而他們提出的基因是遺傳、突變和重組最小單位的觀點(diǎn)則被后人的研究所否定［2］。

20世紀(jì)40年代后，隨著生化、分子遺傳學(xué)的興起，基于突變可引起先天性代謝缺陷，提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”理論;細(xì)菌轉(zhuǎn)化和噬菌體轉(zhuǎn)染試驗(yàn)證明，DNA是遺傳的物質(zhì)載體;DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)，和隨后遺傳工程技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，傳統(tǒng)遺傳學(xué)基本接受了如下的定義:基因是編碼一條多肽鏈的DNA片段;1961年Jacob操縱子的研究，將表達(dá)調(diào)控序列也列為基因;他還認(rèn)為，基因組應(yīng)包括調(diào)控它們實(shí)施的方法或機(jī)制，然而這一重要的預(yù)見未受到應(yīng)有的重視［2］。

顆粒基因的理論一直受到挑戰(zhàn)，在20世紀(jì)20、30年代的果蠅易位研究中就已發(fā)現(xiàn)，僅改變基因在染色體上位置，就能改變遺傳性狀;至今仍未發(fā)現(xiàn)能隔開基因的隔離子存在;重疊基因的發(fā)現(xiàn)，以及在基因間和內(nèi)含子內(nèi)發(fā)現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)錄序列，并證明它們對(duì)基因組有重要調(diào)節(jié)功能。上述研究結(jié)果都表明，要把基因如此復(fù)雜的工作概念轉(zhuǎn)變?yōu)橛忻鞔_界限的、不連續(xù)的物理結(jié)構(gòu)可能總是有問題的。因此，一些作者傾向于認(rèn)為，基因是功能單位［2］。

1.3 人類基因組計(jì)劃與中心法則

傳統(tǒng)遺傳學(xué)根據(jù)DNA是唯一的遺傳物質(zhì)，以及分子生物學(xué)中心法則，為解碼生命，闡明物種間和個(gè)體間差異的起因、疾病發(fā)生的機(jī)制，以及要在醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)實(shí)踐中取得突破，邏輯推論的結(jié)果必然是要開展全基因組測(cè)序的研究［3-4］。自20世紀(jì)90年代以來，先后開展了人類、模式和重要經(jīng)濟(jì)動(dòng)植物等全基因組的測(cè)序，以及后基因組計(jì)劃的研究，雖獲得一系列重大成果，但也獲得了許多意想不到的結(jié)果，對(duì)傳統(tǒng)基因中心論觀點(diǎn)形成了沖擊，并對(duì)上述邏輯前提出了疑問［4-5］。

人類基因組測(cè)序結(jié)果表明，編碼蛋白質(zhì)的基因數(shù)不是原預(yù)測(cè)的100 000，而是不足25 000;也不是如原來推測(cè)的那樣，機(jī)體愈復(fù)雜，基因數(shù)愈多，如在整個(gè)脊椎動(dòng)物編碼蛋白質(zhì)基因的數(shù)量和編碼序列的長(zhǎng)度并沒有顯著改變，甚至所有的多細(xì)胞生物基因數(shù)低于某些單細(xì)胞生物?？梢娀虻臄?shù)量和序列的長(zhǎng)度不是機(jī)體復(fù)雜性的決定性因素［4-5］。

深入研究發(fā)現(xiàn)，生物學(xué)復(fù)雜性通常與非蛋白質(zhì)編碼的基因組部分相關(guān)，目前已檢出數(shù)千種非蛋白質(zhì)編碼的調(diào)節(jié)RNA(regulatory non-protein-coding RNAs ncRNAs)，并已明確這些 ncRNA在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)和構(gòu)建染色質(zhì)修飾復(fù)合物中起關(guān)鍵作用;ncRNA促進(jìn)正常發(fā)育和生理過程，一旦功能異常就引發(fā)疾病。還有研究指出，占復(fù)雜有機(jī)體基因組絕大部分為非編碼DNA，是順式調(diào)控元件和非蛋白質(zhì)編碼的功能序列擴(kuò)展的結(jié)果［5］。

長(zhǎng)期以來分子生物學(xué)中心法則認(rèn)為，遺傳學(xué)信息正常是從DNA經(jīng)過RNA流向蛋白質(zhì)，RNA僅作為攜帶遺傳信息的中間遞體，最終按遺傳密碼合成蛋白質(zhì);而占基因組絕大部分的非蛋白質(zhì)編碼序列被認(rèn)為多數(shù)沒有功能，甚至被稱為“垃圾”。近年來的研究結(jié)果表明，ncRNA是一大類功能分子，是由內(nèi)源性基因家族所編碼，在進(jìn)化上相當(dāng)保守;具有重要而多樣的生物學(xué)功能，成為重要的真核生物遺傳現(xiàn)象，如轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后基因沉默、X染色體劑量補(bǔ)償、生殖細(xì)胞重編程和副突變等。這些研究表明，傳統(tǒng)遺傳學(xué)對(duì)RNA的認(rèn)識(shí)是片面的，沒有認(rèn)識(shí)到它在生物遺傳中的重要意義［6-7］。

近年來大協(xié)作全基因組關(guān)聯(lián)性研究(Genomewide association studies，GWAS)，可提供在沒有現(xiàn)有知識(shí)情況下，有效地鑒定常見的、低外顯率的疾病相關(guān)位點(diǎn)的方法，如在5種常見的癌癥:乳腺癌、前列腺癌、大腸癌、肺癌和黑色素瘤中進(jìn)行的GWAS研究，已鑒定出超過20種疾病位點(diǎn)，確認(rèn)這些腫瘤的易感性是多基因的，其中多數(shù)為低效檢出。在其他多發(fā)疾病與常見遺傳變體相關(guān)性研究中，也獲得了大致相似的結(jié)果。這些研究提示，需要研究新的疾病機(jī)制［7-8］。

國際權(quán)威雜志《nature》在社評(píng)人類基因組計(jì)劃完成后的十年研究時(shí)指出，由于生物系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，測(cè)序結(jié)果很快地運(yùn)用于醫(yī)療實(shí)踐的希望破滅了;旨在找到常見的遺傳變體與疾病之間關(guān)系的研究，所取得的成功亦相當(dāng)有限;由于大多數(shù)的癌癥有各自的遺傳學(xué)特征，這也使得試圖找到一種能夠廣泛適用的治療癌癥的方法變得非常困難，結(jié)合本文上述討論，在開放、復(fù)雜的生物學(xué)系統(tǒng)中，尤其是在高等生物中DNA中心論思想是存在局限性的，需要突破和發(fā)展［1-2，8］。

2 表遺傳學(xué)的發(fā)展和對(duì)遺傳學(xué)的貢獻(xiàn)

2.1 表遺傳學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展

遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)是密切相關(guān)的學(xué)科，然而在20世紀(jì)的最初幾十年，遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)各自發(fā)展，很少考慮對(duì)方的成果和方法。至40年代初一些重要生物學(xué)家認(rèn)識(shí)到這些研究方法的局限性，其中通曉發(fā)育生物學(xué)和遺傳學(xué)的Waddington主張將兩個(gè)學(xué)科聯(lián)系起來研究，首先引入epigenetics概念，簡(jiǎn)言之表遺傳學(xué)是研究基因型產(chǎn)生表型的機(jī)制，但當(dāng)時(shí)并沒有受到學(xué)術(shù)界的重視［1，9］。

20世紀(jì)80年代Hollidy重提表遺傳學(xué)研究，并首先與DNA甲基化現(xiàn)象聯(lián)系起來。他認(rèn)為高等生物基因本質(zhì)的研究，應(yīng)包括基因在生物世代間的傳遞機(jī)制，以及從受精卵至成體發(fā)育過程中基因的作用方式;在發(fā)育和成體階段，可遺傳的基因表達(dá)改變經(jīng)有絲分裂和減數(shù)分裂在細(xì)胞和個(gè)體世代間傳遞，而沒有DNA序列的改變。至90年代，表遺傳學(xué)研究取得了一系列重大突破，例如:(1)小鼠的基因剔除實(shí)驗(yàn)表明，失去DNA甲基化酶小鼠發(fā)育異常，提示甲基化酶在正常發(fā)育中起重要作用;(2)在各種人類腫瘤研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤抑制基因p16高甲基化后滅活，并可用去甲基化制劑使之逆轉(zhuǎn)。目前積累的大量資料已證明，異常DNA甲基化是腫瘤抑制基因滅活的重要途徑;(3)發(fā)現(xiàn)了多種與DNA修飾相關(guān)的甲基化酶，以及檢測(cè)DNA甲基化狀態(tài)的簡(jiǎn)便、敏感的技術(shù)等。

2001年《Science》的編輯發(fā)表一組述評(píng)，系統(tǒng)而全面地介紹了表遺傳學(xué)研究領(lǐng)域及其進(jìn)展，這表明表遺傳學(xué)已進(jìn)入主流生物學(xué)。此后，表遺傳學(xué)和表基因組的研究受到廣泛的關(guān)注，在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的研究尤其在腫瘤理論和臨床應(yīng)用研究中取得重大進(jìn)展，表遺傳學(xué)研究進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。

2.2 表遺傳學(xué)調(diào)控的分子機(jī)制

受精卵及其發(fā)育形成的復(fù)雜有機(jī)體，絕大多數(shù)體細(xì)胞具有相同的基因組，維持細(xì)胞正常功能僅需要數(shù)千個(gè)基因，它們只占基因組的一小部分，這樣在胚胎發(fā)育、細(xì)胞周期和應(yīng)答環(huán)境改變等生命活動(dòng)中，根據(jù)一定的時(shí)空和內(nèi)外環(huán)境條件，如何選擇一組基因活化、另一組基因滅活已成為這些過程的關(guān)鍵，而表遺傳學(xué)調(diào)控提供了這一選擇的分子機(jī)制。

表遺傳學(xué)是研究沒有DNA序列變化的、可遺傳的表達(dá)改變。表遺傳學(xué)調(diào)控的機(jī)制主要有DNA甲基化、組蛋白修飾、組蛋白變體置換、染色質(zhì)重塑和ncRNA等，近年來又提出新的表遺傳學(xué)機(jī)制，如核小體的占位和周轉(zhuǎn)、高層次的染色質(zhì)折疊、PcG與TrxG蛋白以及DNA和RNA編輯等［8］，但其中關(guān)鍵的分子機(jī)制是DNA甲基化、組蛋白修飾和ncRNA，它們分別或相互作用，構(gòu)成了多層次的表遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制。

DNA甲基化由酶介導(dǎo)的添加甲基的化學(xué)修飾，5甲基胞嘧啶是哺乳動(dòng)物中唯一已知的、天然DNA修飾，僅發(fā)生在CpG二核苷酸，可能是最關(guān)鍵的表遺傳學(xué)調(diào)節(jié)。DNA甲基化所引起的基因滅活，多為長(zhǎng)期、相對(duì)剛性的改變，提供了特定序列如轉(zhuǎn)座子、印記基因和干細(xì)胞多能性相關(guān)基因等的沉默;組蛋白是與DNA結(jié)合的小分子堿性蛋白，在進(jìn)化上高度保守。組蛋白翻譯后修飾包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化和蘇素化等，組蛋白修飾所產(chǎn)生的基因滅活多為短期、柔性的改變，用于轉(zhuǎn)錄因子基因等的抑制;基因組非編碼DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生數(shù)千種、不同大小的調(diào)節(jié)ncRNA，其序列種間保守，ncRNA以時(shí)序性和組織特異性的方式表達(dá)，各種類型的ncRNA幾乎調(diào)節(jié)每個(gè)水平的基因表達(dá)［10］。

與DNA甲基化和組蛋白修飾等相關(guān)的、表遺傳學(xué)調(diào)節(jié)蛋白如DNA甲基轉(zhuǎn)移酶、甲基CpG結(jié)合區(qū)蛋白、組蛋白修飾酶、染色質(zhì)重塑因子以及ncRNA等相結(jié)合，產(chǎn)生各種抑制性復(fù)合物，引發(fā)染色質(zhì)構(gòu)型的改變，決定了轉(zhuǎn)錄復(fù)合物與靶基因可接近的程度，顯示染色質(zhì)修飾作為基因轉(zhuǎn)錄活性調(diào)控的基本機(jī)制［9］。這樣，DNA甲基化、組蛋白修飾、ncRNA和染色質(zhì)重塑等多層次的表遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制間的分工合作構(gòu)成了一個(gè)巨大而高效的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)［5，10］。

2.3 表遺傳學(xué)對(duì)遺傳學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)

傳統(tǒng)遺傳學(xué)研究的不完整性和存在問題，意味著需要修正和發(fā)展，而表遺傳學(xué)的發(fā)展正在彌補(bǔ)其不足。

2.3.1 傳統(tǒng)遺傳學(xué)與表遺傳學(xué)是遺傳學(xué)的一體兩面 遺傳與變異是生命的基本現(xiàn)象，作為完整的遺傳學(xué)科，不僅如傳統(tǒng)遺傳學(xué)那樣，研究遺傳性狀在生物世代間的傳遞規(guī)律，研究遺傳物質(zhì)DNA的復(fù)制、修復(fù)和變異等的機(jī)制，而且要研究遺傳性狀在個(gè)體發(fā)育中的形成與變異，研究調(diào)控和實(shí)施遺傳學(xué)信息的分子機(jī)制，而后者正是表遺傳學(xué)的研究范疇。可見，傳統(tǒng)遺傳學(xué)和表遺傳學(xué)應(yīng)是科學(xué)的遺傳學(xué)的不可分離的兩個(gè)組成部分。首先發(fā)現(xiàn)腫瘤DNA甲基化改變的美國表遺傳學(xué)家Feinberg，在本世紀(jì)初討論腫瘤遺傳學(xué)和表遺傳學(xué)關(guān)系時(shí)比喻為“陰陽”，并用太極圖示意兩者間的轉(zhuǎn)化。老子《道德經(jīng)》云:“萬物負(fù)陰而抱陽”，表示世間任何事物的陰陽兩面既相互區(qū)別與制約，又相輔相成而具有同一性。作為遺傳學(xué)的兩個(gè)組成部分的傳統(tǒng)遺傳學(xué)和表遺傳學(xué)，正是這樣“負(fù)陰抱陽”的關(guān)系［1-2］。

目前認(rèn)為，DNA是遺傳信息的物質(zhì)載體，遺傳信息貯存在DNA的序列之中;表遺傳信息貯存在原始基因組結(jié)構(gòu)表面的、各類染色質(zhì)修飾及其組合之中。于是人類基因組含有兩類遺傳學(xué)信息，遺傳信息提供了合成生命所必需蛋白質(zhì)的模板;表遺傳信息提供了何時(shí)、何地和以何種方式應(yīng)用遺傳學(xué)信息的指令，后者是更高層次、更特化的遺傳信息，它們?cè)谂c遺傳信息和環(huán)境的相互作用中，遺傳性狀(表型)形成［1-2］，這樣表遺傳學(xué)將基因型和環(huán)境與表型和疾病連接起來［11］。由此可見，在遺傳性狀的世代傳遞中，不僅DNA、而且表遺傳學(xué)修飾都是必不可少的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，故有作者建議把基因或遺傳物質(zhì)組成從一定的DNA序列延擴(kuò)至相應(yīng)部分的表遺傳學(xué)修飾，目前一些作者把基因限定在DNA及其包裝蛋白(組蛋白)水平，因?yàn)樗鼈兪沁z傳信息和表遺傳信息貯存、復(fù)制、傳遞和實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)［1］。

2.3.2 表遺傳學(xué)正在解開傳統(tǒng)遺傳學(xué)之謎 隨著表遺傳學(xué)的深入發(fā)展，新的研究成果正在逐步闡明傳統(tǒng)遺傳學(xué)不能合理解釋的遺傳現(xiàn)象，例如在印記基因決定性狀的遺傳中，不符合孟德爾規(guī)律，表現(xiàn)的性狀取決于親本的來源。在小鼠胰島素生長(zhǎng)因子2(insulin-like growth factor 2，Igf2)基因只表達(dá)父源等位基因，而母源等位基因被印記不予表達(dá);相反，在胰島素生長(zhǎng)因子2受體(insulin-like growth factor 2 receptor，Igf2r)基因只表達(dá)母源，而不表達(dá)印記的父源性等位基因，這些都是因?yàn)樘囟ㄓH本印記等位基因中差異甲基化區(qū)(DMR)高甲基化的結(jié)果。

將成體組織細(xì)胞核移植進(jìn)卵細(xì)胞質(zhì)所形成的克隆胚胎具有全套基因，根據(jù)基因中心論應(yīng)能正常發(fā)育，但實(shí)際上在胚胎發(fā)育過程中常會(huì)出現(xiàn)各種異常，多數(shù)在出生前夭亡，少數(shù)生存的個(gè)體也可有多方面的改變，如克隆羊的體型可比正常羊大得多，還有諸多健康問題。表遺傳學(xué)研究表明，這是由于未經(jīng)過配子發(fā)生、受精和重編程等正常生物學(xué)過程，克隆胚胎存在基因組印記等一系列表遺傳學(xué)異常的必然結(jié)果［2］。

同卵雙生子具有完全相同的基因組，根據(jù)基因中心論應(yīng)發(fā)育成完全相似的兩個(gè)個(gè)體，然而其中約1/3的同卵雙生子，20歲后可出現(xiàn)個(gè)性和疾病易感性等的差異，并且年齡、醫(yī)療和環(huán)境因素會(huì)影響這些差異。表遺傳學(xué)研究表明，這些有差異的同卵雙生子之間的基因組甲基化模式存在不同，測(cè)序發(fā)現(xiàn)52%的差別發(fā)生在重復(fù)區(qū)域，余下的多發(fā)生在基因啟動(dòng)子區(qū)，提示會(huì)對(duì)基因的表達(dá)產(chǎn)生影響。進(jìn)一步芯片分析還表明，3歲的雙生子間基因表達(dá)的特征基本保持一致，但在50歲的雙生子間差別已很顯著?？磥硗央p生子之間的差異是在生長(zhǎng)發(fā)育和生活過程中隨體內(nèi)外環(huán)境的不同表遺傳學(xué)修飾差異積累的結(jié)果［7］。

近年來日益增多的證據(jù)表明，表遺傳學(xué)機(jī)制調(diào)控發(fā)育過程。表遺傳學(xué)研究調(diào)控發(fā)育遺傳程序的實(shí)施，以及決定各種類型分化細(xì)胞表型的機(jī)制。從受精卵發(fā)育而來的成體具有各種類型的組織器官和分化細(xì)胞，它們具有相同的基因型，但有各別的細(xì)胞表型，每一種分化細(xì)胞的基因表達(dá)模式(pattern)稱之為表基因型(epigenotype)，這種表達(dá)模式是由表遺傳學(xué)機(jī)制所決定，確保了特殊一組基因活化，而另一組基因被滅活，并通過表遺傳學(xué)記憶，將各種類型細(xì)胞特有的表達(dá)狀態(tài)在本譜系細(xì)胞間遺傳，以維持各自的表達(dá)特征，從而確保了在世代交替中遺傳性狀在發(fā)育中的形成，盡管其中一些機(jī)制的細(xì)節(jié)仍需要進(jìn)一步研究［12-14］。

3 腫瘤表遺傳學(xué)的應(yīng)用研究概述

腫瘤表遺傳學(xué)是表遺傳學(xué)中基礎(chǔ)研究活躍、取得成果最多的領(lǐng)域，本文僅作簡(jiǎn)介，要詳細(xì)了解臨床應(yīng)用與基礎(chǔ)研究，可參閱即將出版的《腫瘤表遺傳學(xué)》*:薛開先主編《腫瘤表遺傳學(xué)》，科學(xué)出版社2011年出版。，要得知最新進(jìn)展，可參閱參考文獻(xiàn)［5，10，13，15］。

3.1 癌癥既是遺傳學(xué)疾病也是表遺傳學(xué)疾病

近50年來，體細(xì)胞突變理論已成為癌變的主流學(xué)說，并認(rèn)為就本質(zhì)而論腫瘤是一種遺傳學(xué)疾病。這一理論認(rèn)為，在癌變的多階段過程，基因突變不斷積累，當(dāng)改變基因功能使細(xì)胞獲得了生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，就可能發(fā)生細(xì)胞癌變。這里所說的基因突變是廣義的，包括基因缺失和擴(kuò)增，以及染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量上的改變等;癌變主要涉及兩類基因:一類是腫瘤抑制基因，它們抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)和存活:另一類為癌基因，它們能促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)和生存。現(xiàn)已明確，癌變是一個(gè)多因素、多基因、多途徑的復(fù)雜多階段過程，癌細(xì)胞要獲得充分的惡性表型并得以維持，必須有一組腫瘤抑制基因的滅活和原癌基因的活化，這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，這也為腫瘤的早期預(yù)防提供了機(jī)會(huì)。

隨著腫瘤表遺傳學(xué)研究的進(jìn)展，2002年Esteller首先提出癌癥是遺傳學(xué)疾病，也是表遺傳學(xué)疾病。目前多數(shù)腫瘤表遺傳學(xué)研究者接受了這一觀點(diǎn)。實(shí)際上在癌癥發(fā)生的所有階段都存在表遺傳學(xué)異常改變，同樣可引起腫瘤抑制基因的滅活和原癌基因的活化，還與腫瘤遺傳學(xué)改變間存在相互作用，協(xié)同促進(jìn)癌癥的發(fā)生和演進(jìn)。有研究表明，最早的表遺傳學(xué)異常發(fā)生在癌癥起動(dòng)之前;不同于遺傳學(xué)改變，表遺傳學(xué)改變是逐步發(fā)生的，導(dǎo)致特定基因漸進(jìn)沉默，成為某些癌癥起動(dòng)的關(guān)鍵事件;因此，從癌變過程機(jī)制而論，癌癥也應(yīng)是表遺傳學(xué)［15］。

3.2 腫瘤表遺傳學(xué)的應(yīng)用研究

幾乎每種類型的腫瘤都有一組癌相關(guān)基因的、特異性的甲基化模式，可作為腫瘤生物學(xué)標(biāo)志，用于腫瘤的分子分型、早期診斷、隨訪和監(jiān)測(cè)。在方法學(xué)上值得指出，檢測(cè)基因啟動(dòng)子區(qū)的高甲基，是檢出增益性信號(hào)，遠(yuǎn)比檢出信號(hào)的丟失如等位基因雜合性丟失(LOH)、微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI)等更敏感和可靠;正基于此，這類方法能從癌和癌前組織排出到體液(血液、尿液和痰液等)的微量DNA中，檢出特異性的異常甲基化改變。這類無創(chuàng)性表遺傳學(xué)標(biāo)志的檢測(cè)在近幾年倍受關(guān)注;近來又發(fā)現(xiàn)了腫瘤相關(guān)的、組蛋白修飾和染色重塑的改變，更擴(kuò)大了表遺傳學(xué)標(biāo)志系統(tǒng)［15］。

3.2.1 監(jiān)測(cè)有惡變傾向的高危個(gè)體 許多惡性腫瘤的演進(jìn)過程中存在癌前病變，如能從中檢出具有惡變傾向的個(gè)體，及早診治，將會(huì)改善臨床結(jié)果。例如，慢性潰瘍性結(jié)腸炎(UC)患者大腸癌的發(fā)病率顯著增加，尤其是有不典型增生者。應(yīng)用MSP檢測(cè)與細(xì)胞遷移、分化和癌變密切相關(guān)的E-鈣粘蛋白基因(CDH1)啟動(dòng)子的異常甲基化的結(jié)果表明，在長(zhǎng)期UC患者的不典型增生的活檢標(biāo)本中CDH1的高甲基化發(fā)生率高達(dá)93%，而無不典型增生者僅有6%。同時(shí)，應(yīng)用免疫組化方法亦證明，在不典型增生標(biāo)本中僅有低水平的E-鈣粘蛋白，可見CDH1基因啟動(dòng)子的甲基化，提供了在UC患者中檢出易患大腸癌高危個(gè)體的生物學(xué)標(biāo)志。

3.2.2 早期診斷 早期發(fā)現(xiàn)腫瘤是提高癌癥患者生存率的重要措施之一。應(yīng)用癌相關(guān)基因的異常甲基化改變作為生物學(xué)標(biāo)志，但值得注意的是，用腫瘤組織和血清標(biāo)本來源的DNA幾乎有相同的甲基化異常的檢出率。例如最近在105例非小細(xì)胞肺癌的研究結(jié)果表明，在肺癌組織p16基因高甲基化檢出率為79.3%，血清標(biāo)本為73.3%，兩者間符合率達(dá)87.7%，見于各期NSCLC，提示p16異常甲基化是NSCLC良好的早期診斷和隨訪的生物學(xué)標(biāo)志。

3.2.3 分子亞型的分類 腫瘤的病理分型和臨床分期是腫瘤處理中有用的一組參數(shù)，但臨床實(shí)踐也表明，同一病理類型和同一分期的腫瘤患者，對(duì)相似的臨床治療或有著截然不同的反應(yīng)和預(yù)后，推測(cè)可能是不同個(gè)體腫瘤發(fā)生的分子途徑不同的結(jié)果。如果能應(yīng)用細(xì)胞、分子生物學(xué)等技術(shù)進(jìn)一步區(qū)分出更接近本身遺傳學(xué)特質(zhì)的分子亞型，使治療方案?jìng)€(gè)體化，就有望進(jìn)一步提高療效和降低毒性反應(yīng)，目前已取得進(jìn)展。

3.2.4 預(yù)后 不同的癌變途徑、不同癌相關(guān)基因的表遺傳學(xué)滅活或活化可能影響癌細(xì)胞的惡性程度和對(duì)治療的反應(yīng)，最終可能改變癌癥患者的預(yù)后。例如在55例周圍型膀胱癌中檢測(cè)了7種癌相關(guān)基因啟動(dòng)子的甲基化狀態(tài)，其中O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(MGMT)是DNA修復(fù)酶，能除去烏嘌呤上烷基加合物，因而成為對(duì)烷化劑抗癌藥產(chǎn)生耐藥性的主要因素，這樣在腦神經(jīng)膠質(zhì)瘤對(duì)卡氮芥治療時(shí)，MGMT基因甲基化患者組較未甲基化組的反應(yīng)好，無瘤生存期較長(zhǎng)。

3.2.5 治療 在過去幾十年依據(jù)體細(xì)胞突變理論指導(dǎo)腫瘤治療研究，然而癌癥死亡率的變化很小，故有作者寄希望于表遺傳學(xué)治療［16］。不同于遺傳學(xué)改變，表遺傳學(xué)改變是可逆的，因此逆轉(zhuǎn)上述改變已成為腫瘤化學(xué)治療的新策略。目前已積累了大量的研究，有的表遺傳學(xué)藥物已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，主要有如下幾種類型:(1)DNA甲基化抑制劑:多為胞嘧啶5位修飾的類似物，如5-氮胞苷、5-氮2’-脫氧胞苷(decitabine)和假異胞苷等，其中以decitabine實(shí)驗(yàn)抑瘤效果較好，然而臨床試驗(yàn)雖對(duì)白血病有一定的療效，但毒性較大。(2)組蛋白去乙酰化酶抑制劑:包括短鏈脂肪酸等在內(nèi)的多種化合物，它們能抑制體外腫瘤細(xì)胞或動(dòng)物模型中瘤細(xì)胞的增殖，或誘導(dǎo)細(xì)胞分化和凋亡。(3)聯(lián)合治療:如聯(lián)合應(yīng)用甲基化抑制劑5-氮脫氧胞苷和去乙?；敢种苿┍蕉∷?，在人肺癌細(xì)胞觀察到明顯的協(xié)同抗腫瘤效應(yīng);對(duì)乳腺癌細(xì)胞也存在相似的協(xié)同抗腫瘤效應(yīng)。

4 Epigenetics在中國的發(fā)展概況及其中文譯名問題

20世紀(jì)90年代初我國已開始研究DNA甲基化狀態(tài)改變與腫瘤發(fā)生的關(guān)系。1996年筆者在“人類遺傳學(xué)概論”一書中首次將Epigenetic譯成“表遺傳”，并介紹了DNA甲基化在基因表達(dá)調(diào)節(jié)中的重要作用。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著《Science》對(duì)表遺傳學(xué)研究的系統(tǒng)評(píng)述，國內(nèi)對(duì)這方面介紹和研究的增多，近幾年來，表遺傳學(xué)和腫瘤表遺傳學(xué)的介紹和研究日益普及。

關(guān)于Epigenetics的中文譯名，在本世紀(jì)初除表遺傳學(xué)應(yīng)用較普及，此外還有10余種，如表觀遺傳學(xué)［17］、外因遺傳學(xué)［18］和發(fā)育遺傳學(xué)等。2006 年國家名詞委員會(huì)公布的“遺傳學(xué)名詞”中將epigenetics譯成“表觀遺傳學(xué)”，但編委仍認(rèn)為“名詞審定工作難度很大…希望遺傳學(xué)界同仁提出寶貴意見，使之日臻完善”［19］。確實(shí)如此，表遺傳學(xué)在我國的發(fā)展尚屬初期，對(duì)學(xué)科理論的理解尚待提高;另一方面，學(xué)科譯名更應(yīng)審慎，它涉及到一組合成詞，好的譯名應(yīng)有助于對(duì)學(xué)科內(nèi)涵的理解。下面從翻譯的“信達(dá)雅”角度簡(jiǎn)要闡述。

從2001年看到《Science》的述評(píng)后，筆者認(rèn)識(shí)到表遺傳學(xué)研究對(duì)遺傳學(xué)發(fā)展的戰(zhàn)略意義，一直在收集、整理和體悟表遺傳學(xué)的研究?jī)?nèi)涵和思考中文譯名問題，在反復(fù)討論中認(rèn)識(shí)到，中文翻譯應(yīng)遵循“信、達(dá)、雅”的原則，這是清末思想家嚴(yán)復(fù)(1854-1921)在《天演論》(1897)“譯例言”中提出的，歷經(jīng)100多年，現(xiàn)今仍受到包括季羨林先生在內(nèi)的中國翻譯界的推崇，認(rèn)為是最簡(jiǎn)明、實(shí)用的翻譯理論［20］。再結(jié)合自己多年來的實(shí)踐體會(huì)，可以理解“信”為準(zhǔn)確、忠實(shí)于原文;“達(dá)”為譯文曉暢通達(dá)，能反映原文的內(nèi)涵;“雅”為遣詞造句得體，追求含蓄、典雅。

Epigenetics是由前綴“epi-”加“genetics”構(gòu)成，目前中文譯名較多的是表觀遺傳學(xué)和表遺傳學(xué)。前綴“epi-”在陸谷遜主編的《英漢大詞典》(第二版)中有8種含義，其中與醫(yī)學(xué)生物學(xué)相關(guān)的含義主要有:(1)表示“在…上面”，如epiderm表皮;(2)表示“在…之外”，如epiblast外胚層;(3)表示“在…之后”，如epigenesis后成論，等等。在該詞典的各種前綴“epi-”的含義中，無一有“表觀”之含義。將Epigenetics譯成“表遺傳學(xué)”，我已著文詳細(xì)說明符合Epigenetics的研究?jī)?nèi)涵:“研究沒有DNA序列變化的、可遺傳的基因表達(dá)或表型改變;表遺傳信息貯存及其作用平臺(tái)都在于原基因組結(jié)構(gòu)的表面”;其中三個(gè)關(guān)鍵詞是表達(dá)、表型和表面，根據(jù)漢語共素縮合構(gòu)詞法，“表”為共素，含義有外面、外表、外貌等，與英文前綴“epi-”接近，因此將epigenetics譯成“表遺傳學(xué)”不僅符合中、英文構(gòu)詞法，而且可基本了解該學(xué)科的研究?jī)?nèi)涵，可聯(lián)想到它的定義和作用機(jī)制。相比較，表觀遺傳學(xué)的譯名看來不夠準(zhǔn)確，直白而未能全面反映epigenetics的研究?jī)?nèi)涵。

5 結(jié)語

科學(xué)發(fā)展需要突破，表遺傳學(xué)研究方興未艾，可以預(yù)期隨著表遺傳學(xué)研究的深入，會(huì)在更廣的領(lǐng)域、更深的層次和更高的水平上取得進(jìn)展，將為遺傳學(xué)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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