表觀遺傳學的發(fā)展精選(九篇)
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第1篇：表觀遺傳學的發(fā)展范文
自從1957年Waddington提出表觀遺傳學的概念后，表觀遺傳學和表觀基因組學有了相當大的發(fā)展。表觀基因組學是在全基因組水平上研究表觀遺傳學標志及其與基因表達的相互關系。這一新興領域已對毒理學研究與實踐產(chǎn)生重大的影響。國內，表觀遺傳學在毒理學研究已較深入地開展了一些研究，并發(fā)表了綜述。
1外源化學物的表觀遺傳毒性
基因表達的表觀遺傳調控是通過DNA甲基化，組蛋白編碼和相關的非編碼RNA(如miRNA)來完成的。3種機制各自的貢獻取決于特定基因及其環(huán)境，如物種，細胞類型，機體的發(fā)育階段和年齡，此外，每個因素可能受到其他因素的影響。因此，表觀基因組的調控是一個強大的和動態(tài)的綜合過程，在發(fā)育和維持分化狀態(tài)中起關鍵作用。雖然表觀基因組不是所有的改變預期都是有害的，但有些可能產(chǎn)生有害結果(如發(fā)育異常，增加疾病易感性等)。在體外，動物和人類的研究已經(jīng)確定了幾類環(huán)境化學物，可以修飾表觀遺傳標志，包括金屬、過氧化物酶體增殖劑、空氣污染物、毒物和內分泌干擾物/生殖毒物。目前環(huán)境化學物表觀遺傳標志的研究大多數(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)。外源化學物引起表觀遺傳學改變可影響細胞應激，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物引起非遺傳的表觀遺傳學改變中介的外源化學物毒效應?？蛇z傳的表觀遺傳毒性和表觀遺傳改變中介的毒效應是有區(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域對毒理學產(chǎn)生了重大的影響。下文主要討論目前表觀遺傳毒性測試的主要發(fā)現(xiàn)及國際生命科學研究所(ILSI)“評估表觀遺傳變化”的研討會的意見。
2表觀遺傳毒性的主要發(fā)現(xiàn)
2.1化學致癌近年來在多種腫瘤細胞觀察到表觀遺傳事件。表觀遺傳事件可能引起基因表達的變化通過DNA甲基化，組蛋白修飾和/或染色質重構。并估計，在腫瘤細胞中檢測到甲基化變化的數(shù)目遠遠多于遺傳改變的數(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)癌變進程的引發(fā)和進展。DNA甲基化異常對腫瘤發(fā)生有因果關系作用，甲基胞嘧啶增加突變可能性，增加致癌物結合，腫瘤抑制基因沉默，DNA修復基因沉默，癌的DNA低甲基化和遺傳學改變。組蛋白修飾可能通過影響DNA修復和細胞周期關卡，引起遺傳學改變。傳統(tǒng)的致癌性試驗可確定表觀遺傳修飾誘導腫瘤的可能性。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，與人類也無關聯(lián)性。例如過氧化物酶體增殖物激活受體-α(PPAR-A)介導的和構成性雄甾烷受體(CAR)介導的嚙齒類動物癌變。肝腫瘤促長劑苯巴比妥(PB)，其與CAR的激活和隨后的效果相關。PB誘導的嚙齒類表觀遺傳學改變包括甲基化改變的區(qū)域，基因表達的特殊改變和外源性及內源性化合物的代謝。持續(xù)的核受體介導的肝臟致癌物的分子分析，將更加明確地表征每個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的表觀遺傳學影響的理解，將是研究致癌作用模式的巨大挑戰(zhàn)。
2.2遺傳毒理學評價化學物引起遺傳損傷的能力是風險評定的重要內容。表觀遺傳學影響基因表達的可遺傳的變化可能構成遺傳毒性。表觀遺傳導致基因改變的機制包括:錯配修復基因表觀遺傳缺陷，增加DNA修復基因表觀遺傳缺陷與癌癥特定突變譜相關，參與雙鏈斷裂修復的基因的表觀遺傳失活，有絲分裂關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)確定表觀遺傳學改變在腫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轉換突變的熱點，起因于胞嘧啶自發(fā)性水解和酶脫氨基率的增加和DNA修復降低。增加的5meC脫氨基率和T堿基修復受限可解釋在CpG位點突變頻率的增加。人類腫瘤p53基因突變的1/4和腫瘤抑制基因p16的C-T轉換的1/3已知會發(fā)生在CpG位點上。突變的增加也可能來自于飲食中甲基供體的不足。已證明葉酸補充劑能減少潰瘍性結腸炎患者發(fā)生結腸癌的風險和和預防結腸癌細胞p53突變。參與葉酸代謝的酶遺傳多態(tài)性影響表觀遺傳標志，改變SAM水平，并能調節(jié)結腸癌的風險。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的甲基轉移酶活性，可能改變DNA甲基化。在CpG內C5-位的損傷影響DNA甲基化。在體外，5meC和5-氯C因啟動子甲基化引起次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖基轉移酶(Hgprt)基因的沉默。此外，CpG內的8oxoG和HmC或顯著減少結合于DNA的MeCP2，并直接導致染色質結構改變。光二聚物，烷基化堿基，脫堿基位點，以及鏈斷裂也會誘導DNA的甲基化變化。對性細胞的致突變性將于下文討論。體外哺乳動物細胞基因突變試驗能夠篩選表觀遺傳學介導的危害。例如，在不同嚙齒類細胞系經(jīng)5-氮胞苷處理TK基因可恢復活性。此外，DNA合成抑制劑3-疊氮基-3-脫氧胸苷(AZT)可引起TK位點超甲基化。應進一步開發(fā)篩選試驗以確定表觀遺傳學中介的遺傳毒性。
2.3發(fā)育與生殖的表觀遺傳毒理學完全分化的體細胞，在正常情況下，將有相對穩(wěn)定的表觀基因組傳遞到子代細胞。但在哺乳動物的發(fā)育過程中，早期胚胎發(fā)育過程(著床前)，以及在子宮內原始生殖細胞的發(fā)育過程中，有兩個表觀遺傳學的重編程階段，重新設置DNA的甲基化模式。這兩個發(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。甲基供體膳食補充劑或染料木素可抵消此低甲基化效應。這些結果與造成表觀遺傳影響的其他內分泌干擾物報告一致。在環(huán)境相關水平低濃度的雙酚A(1.2和2.4μg/kg體重)對大鼠可誘導跨代遺傳表型異常。暴露于雙酚A圍生期雄性后代的計數(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導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改變，但此研究提供了一個模型來研究表觀遺傳跨代的機制。已證明，乙烯菌核利暴露后破壞了多達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。
2.4免疫毒理學已發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳調控多能幼稚輔T細胞(Th)分化的啟動和其效應亞群的成熟。啟動后不久，幼稚T細胞同時轉錄低水平的Th1(CD4)和Th2(CD8)細胞因子，包括IL-2。在選擇性轉錄成為Ifng(Th1細胞因子標記)或Th2細胞因子基因(IL-4和IL-5，IL-13)之前需要幾次復制。在體外用5-aza誘導T細胞，導致由早先不產(chǎn)生這些細胞因子的T細胞系產(chǎn)生IL-2和IFN-g。在用組蛋白去乙酰酶抑制劑處理的CD4T細胞研究證實干擾素IFN-G和Th2型細胞因子的表達增強。上述研究結果表明，表觀遺傳機制是Th細胞分化和功能的關鍵因素。盡管與小鼠相比，人類IFNG基因缺乏脫甲基化，分化的人類Th細胞CpG甲基化分析顯示出與小鼠類似的結果。將化學物誘導的小鼠T細胞分化的表觀遺傳學改變數(shù)據(jù)外推到人應要謹慎。
2.5其他終點從鼠類模型或單一基因的表觀遺傳學的某些成果已被外推于人類疾病原因。表觀遺傳學基礎的表型被認為是人類疾病的起源有待進一步的研究，特別是確定表觀遺傳的正常變異和評價表觀遺傳影響需要適當?shù)膶嶒炘O計和對照。已經(jīng)提出，內分泌干擾物的表觀遺傳毒性可能導致暴露人群的許多發(fā)育，代謝和行為障礙。對其他靶器官或終點的表觀遺傳毒性還有待研究。
2.6檢測流程和模型Szyf2007年對檢測表觀遺傳毒性提出的研究思路為:①在生命一個時間點的環(huán)境暴露可能會改變表觀遺傳編程，導致穩(wěn)定改變表型和反應性，②毒物暴露可能導致表觀遺傳重編程，導致生命后期表型的變異。Reamon-Buettner和Borlak提出使用動物模型(如鼠類)環(huán)境暴露后分析表觀遺傳機制的研究方案，見圖1。已推薦了檢測表觀遺傳毒性的動物模型，特別是Avy小鼠和Axin1融合(Axin1Fu)小鼠能用于研究表觀遺傳學和發(fā)育畸形之間的聯(lián)系，因為在特定的DNA甲基化模式的改變可以與小鼠遺傳疾病廣泛鏈接。
3ILSI的“評估表觀遺傳變化”研討會
2009年10月ILSI的健康與環(huán)境科學研究所(IL-SI/HESI)主辦“評估表觀遺傳變化”研討會，評估和提高表觀遺傳學方面的科學知識基礎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價的幾個問題。
3.1可能用于評價化學物產(chǎn)生表觀遺傳毒性的模型系統(tǒng)大鼠和/或兔可能是評價外源化學物產(chǎn)生表觀遺傳變化影響F1和/或F2和F3代的適當?shù)哪Ｐ?。小鼠可能是更易于處理的模型，因為小鼠基因組有更多的數(shù)據(jù)，并已有用于檢測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物細胞或利用干細胞。干細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器。以上討論的模型有可能用于潛在危害識別，并提供機制基礎。然而，將很難直接解釋這些數(shù)據(jù)對整體動物和人類的意義。在表觀遺傳模型轉化為管理決策測試之前，需要進行大量的基礎工作和驗證研究。
3.2可能評價的終點/靶對于表觀遺傳變化的指標，應確定適應反應還是有害反應。確定表觀遺傳修飾與可能提示特定有害影響的疾病相關基因表達改變之間的因果關系或強的關聯(lián)需要表型錨定。在發(fā)現(xiàn)受影響的表觀遺傳效應的基因與某種疾病相關的基礎上，應建立由表觀遺傳機制調控的基因數(shù)據(jù)庫。表觀遺傳效應很可能有物種，組織，暴露和時間特異性。目前，在研究中實驗對照組是化合物反應表觀遺傳變化的最適當?shù)膮⒄?，建立表觀遺傳印跡的參考對照范圍可能是有意義的，因為這些區(qū)域甲基化模式可能更趨于穩(wěn)定和遺傳。
3.3可能應用的技術關于DNA甲基化和miRNA，以陣列為基礎的平臺，針對人類和小鼠樣品已優(yōu)化。針對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的測序評價DNA甲基化方法可用于所有物種，但需要發(fā)展高通量測序方法。區(qū)分異常信號和背景信號并不容易，最大的挑戰(zhàn)將是數(shù)據(jù)分析和解釋，應發(fā)展信息學。
3.4管理機構的觀點為了將表觀遺傳毒性納入風險評定，有很多的考慮。必須明確的問題，理解環(huán)境、營養(yǎng)和/或藥物暴露對個人，群體及跨代水平的公共健康的潛在長期影響，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局和基線改變相聯(lián)系的研究設計、方法和模型標準化。以適當?shù)膮⒖蓟衔铩⑼緩胶蛣┝框炞C該模型。模型試驗檢測的任何變化必須以合理的方式鏈接到表型或臨床結局。對于法規(guī)測試，方法必須標準化，具有重復性和重現(xiàn)性。為了將表觀遺傳數(shù)據(jù)有效地納入人類風險評定，最好與管理機構共同努力，確定一個正?；€范圍，并與有害結局關聯(lián)，界定公共衛(wèi)生關注的適當水平。管理機構將需要開發(fā)分析工具，以對公共健康方面的數(shù)據(jù)進行解釋，并將此類數(shù)據(jù)應用于風險評定模式和慢性健康結局。
第2篇：表觀遺傳學的發(fā)展范文
由于遺傳學在生命科學中具有不可替代的重要作用，其教學方法、教學模式的探索和研究近些年倍受關注。近年來,研究性教學在各高等院校不斷地被提出，黑龍江八一農墾大學生命科學學院也把研究性教學改革不斷地深入到各學科教學中去。作為遺傳學教師,筆者在教學過程中不斷地進行著研究性教學的實踐和思考。
研究性教學是在‘‘發(fā)現(xiàn)學習模式”和瑞士皮亞杰的“認知發(fā)展學說”的理論基礎上發(fā)展起來的，其認為學生學習的過程與科學家研究的過程在本質上是一致的，強調將教學與研究結合作為大學教學的基本思想，注重提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才非常重要。研究性教學模式的核心理念是以實踐中的真實問題為基礎,將學生置于真實的情境中學習，培養(yǎng)學生的學習能力、創(chuàng)新能力和實踐中的動手能力，增強學生對工作的適應能力，使教學與研究相統(tǒng)一m。研究性教學是以學生為主體,以問題為核心（PBL)去獲取知識和應用知識的教學模式。研究性教學的內涵主要包括:教師把研究的思想、方法和取得的新進展引入教學活動；教師以研究的形式組織教學活動,打破原有的完整的學科邏輯和機械的順序；學生積極參與研究之中，在研究中學習、成長，養(yǎng)成獨立思考的氣質和批判。
筆者根據(jù)研究性教學的規(guī)律及遺傳學學科的特點,在教學過程中對以下幾方面的問題進行了探索和實踐。
1發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學生的思辨能力和獨立思考能力
黨的十指出，科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐,必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。要堅持走中國特色的自主創(chuàng)新道路,以全球視野謀劃和推動創(chuàng)新，提高原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(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)濟和社會發(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。大學作為本科生培養(yǎng)基地，肩負著培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質人才的重大歷史使命。高校畢業(yè)生的質量直接關系到一個國家科技人才的整體實力和水平,高校教師如何改革現(xiàn)有的教學方法和模式,培養(yǎng)具有學習能力、自我創(chuàng)新能力的大學生，是目前教育教學過程中亟待解決的問題。
研究性教學模式具有極強的實踐性。研究性教學模式特別注重教學與研究相結合，理論與實際相統(tǒng)一。研究性教學模式不只強調背誦、理解復述和模擬,而是注重培養(yǎng)學生的科學思維、自主意識、團隊協(xié)作精神和工作責任心,強調培養(yǎng)學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的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不可能僅依靠獲得知識,很大程度上還依賴于學生的直接經(jīng)驗的積累，因此切實加強研究性實踐教學,對提高學生的實踐能力是至關重要的。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標要求學生既要學會動手又要學會動腦；因此，教師在教學過程中要樹立研究性教學為主的教學觀,運用正確的教學法,積極探討、推動教學研究和改革,培養(yǎng)學生主動探求知識的主體精神,動手、動腦的能力和創(chuàng)造性思維及創(chuàng)造精神。研究性教學過程從討論問題開始,需要涉獵大量的資料,課程學習本身不僅在于學習知識，還在于掌握學習知識的方法。研究性教學以學生為主體的教學模式強調了學生在學習過程中的核心地位,教師只起引導、示范、鼓勵、輔導和監(jiān)控的作用，這種模式可以最大限度地調動學生學習的主動性和積極性,培養(yǎng)學生自主學習及獨立分析和解決問題的能力。在遺傳學的教學過程中可以采用問題式、討論式、互動式課堂教學,從而達到更好的教學效果，在客觀上具有一定的可行性。以學生為主體的教學模式關鍵在于課前的認真準備和教師在課堂上的靈活調控。
2專業(yè)知識教學和實驗技術教學相結合
遺傳學是一門在實驗基礎上發(fā)展起來的學科,尤其是現(xiàn)代遺傳學技術的突飛猛進發(fā)展和遺傳學知識的大量增加,都給學生的學習帶來了一定的難度。因此,遺傳學采用什么樣的授課方法才能使學生掌握基本知識,提高學生的創(chuàng)新能力一直倍受教育工作者的關注。一些遺傳學教師的教學經(jīng)驗表明，在遺傳學授課過程中，適當?shù)刂v授遺傳學研究的基本實驗技術和遺傳學研究材料的獲得方法對幫助學生理解遺傳學知識是非常重要的。例如，在介紹分子標記選擇輔助育種的研究進展時,對分子標記的定義、類型、發(fā)展和每種標記的用途進行講解,對遺傳學研究材料如重組自交系和近等基因系群體的構建方法及其在基因定位和育種研究中的應用等知識進行回顧,大大增強了學生對專業(yè)知識的理解。在實驗技術的教學方面,應不斷地給學生介紹最新技術在遺傳學研究中的作用以及不同技術在某一研究領域的時效性3。在內容上,盡量安排生動豐富且易于操作的實驗項目，增加一些設計性和綜合性的實驗項目，尤其是近期，隨著表觀遺傳學研究的日漸深入,適當?shù)卦黾釉摲矫娴膶嶒炚n程對幫助學生理解基于非基因序列改變所致基因表達水平變化,如DNA甲基化和染色質構象變化等表觀遺傳學對生物性狀的改變所起的作用，可以開展表觀遺傳抑制劑對細胞周期調控的分析及RNA干擾基因沉默的遺傳分析等實驗。
3為學生提供具有時效性、權威性和新穎性的閱讀材料
隨著遺傳學科的快速發(fā)展,研究領域不斷拓寬,新技術、新成果不斷涌現(xiàn),任何一部教材都難以跟上遺傳學快速發(fā)展的步伐，因此必須借助網(wǎng)絡等媒體實現(xiàn)知識的不斷更新。在教學過程中，教師可適當?shù)亟梃b〈(Science〉〉、《Nature》以及分子細胞生物學領域的一些國際權威雜志上的綜述性文章作為教學中的補充內容,使學生在學習經(jīng)典遺傳學理論的同時，對分子遺傳學和現(xiàn)代遺傳學的發(fā)展有更深入的理解。如在研究癌癥的遺傳學基礎時發(fā)現(xiàn),一半以上癌癥的發(fā)生過程中伴有p53突變。p53在正常細胞中壽命短、含量低，與細胞周期控制、DNA修復、衰老、血管生成和細胞凋亡密切相關。當p53發(fā)生突變時,細胞逃脫正常細胞生長的限制,使突變從一代細胞傳到下一代細胞,這為癌癥的發(fā)育創(chuàng)造了條件。在給學生授課的過程中，跟蹤遺傳學的最新研究動態(tài)，如引入p53等遺傳學研究進展，可大大激發(fā)學生學習的積極性?。表觀遺傳學目前也是遺傳學重要的補充,如乙?；讣易搴腿旧w易位、轉錄調控、基因沉默、細胞周期、細胞分化與增殖以及細胞凋亡相關,從而對生物體的性狀產(chǎn)生了影響。而非編碼RNA不僅能對整個染色體進行活性調節(jié),也可對單個基因活性進行調節(jié)，它們對基因組的穩(wěn)定性、細胞分裂、個體發(fā)育都有重要的作用。在教學過程中，適量增加表觀遺傳學的知識,可以極大地豐富學生的知識量及對科技前沿知識的認識,為提高學生的科技創(chuàng)新能力奠定基礎。
4案例式和情境式教學相結合，激發(fā)學生內在的學習動力
案例教學法（Casemedthodteaching,CMT)是根據(jù)教學目標和培養(yǎng)目標的要求,在學生掌握了有關的基礎知識和基本理論的基礎上,教師在教學過程中選擇典型案例并以恰當?shù)男问浇o學生展示,把學生帶入一個特定情境中，在教師的指引下由學生自己依靠其知識結構和背景,在這種案例情境中發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，培養(yǎng)學生運用理論知識并形成技能技巧的一種教學方法5。案例教學法最大的特點就是模擬實踐經(jīng)驗,增強學生實踐的能力。遺傳學教師在注重理論知識講授的同時,要穿插與實際生活密切相關的大量案例,培養(yǎng)學生分析問題和動手實踐等能力。
在遺傳學教學過程中，注重教學內容與人類生活及人類疾病相結合,加強學生對教學內容的認識和遺傳知識的深化。在講授單基因遺傳病、多基因遺傳病和染色體病時,可與臨床中真實的遺傳病相聯(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、類風濕性關節(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。針對這些疾病，巧妙設計引導式問題,囊括大綱要求的知識點，突出遺傳學的課程特色。在該模式下的教學過程中，學生不是被動地學、記憶和理解教師所教授的知識,而是在教師的指導下,將學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)造性地得出結論,從而激發(fā)學生學習的內在動力。
5加強遺傳學教師師資隊伍建設，為研究性教學提供人才保障
過去,很多高校過于注重結果性評價而忽視過程評價,無法對教師的研究性教學能力和學生的實踐能力作出公正而又科學的評價H。目前，黑龍江八一農墾大學已經(jīng)非常重視研究性教學的實施,并為此做出很多努力和嘗試。遺傳學作為生命科學的重要課程,其教師隊伍的整體水平是制約教學效果的一個重要因素。沒有一支高水平的教師隊伍一切將成為空談。為了提高研究性教學水平,學校組織教師到優(yōu)秀研究性教學能手的課堂上聽課,通過學習其他課程的課堂教學方法、教學模式，為遺傳學更好地進行研究性教學提供了教學案例。此外,學校年輕的遺傳學教師可以通過培訓、進修等形式提高專業(yè)水平。最后，如果想成功地進行研究性教學，授課教師必須進行學科專業(yè)的科學研究。授課教師要隨時關注遺傳學領域的最新發(fā)展動向，將權威雜志中介紹這門學科研究的新概念、新發(fā)現(xiàn)、新思路和新方法的文獻綜述引入課堂。這些參考文獻學術水平高、內容新、難度適中，開闊了學生的視野，對他們很有吸引力。教師只有通過科研,才能真正理解本學科教材的內在聯(lián)系，把握住本學科的發(fā)展趨勢,及時吸納學科內最新科研學術成果,適時地把學生引入本學科知識和科研的前沿,引導學生在科研實踐中增長才智、得到鍛煉，激發(fā)學生的創(chuàng)造欲望，通過科研、實驗等手段培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
第3篇：表觀遺傳學的發(fā)展范文
關鍵詞 硒 表觀遺傳修飾 表觀標志物抑制劑 抗癌藥 開發(fā)
中圖分類號：R979.1 文獻標識碼：A 文章編號：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
硒最重要的生物學功能是抗癌，并以多種機制發(fā)揮其抗癌作用。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，硒又可對表觀遺傳學調控機制異化產(chǎn)生干預影響，特別是對在腫瘤發(fā)生機制中的特異性靶點進行干預，進而阻抑腫瘤的發(fā)生及轉移。硒化物是某些腫瘤特異性表觀標志物有效的抑制劑。硒的這個功能不僅對臨床腫瘤診斷、治療、預防具有現(xiàn)實意義，更為“含硒表觀靶向抗癌藥物”開發(fā)提供了科學依據(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研究作一簡要介紹。
1 表觀遺傳學
什么是表觀遺傳學？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，并在細胞核內遺傳。但人們在研究中發(fā)現(xiàn)，在DNA堿基序列以外還有一套調控機制，包括 DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑以及非編碼RNA等，它們在不涉及改變DNA堿基序列的情況下，影響轉錄活性并調控基因的表達，改變機體的性狀，并且是一種可以預和逆轉的遺傳機制。這種非孟德爾遺傳現(xiàn)象，稱作表觀遺傳學[1-2]。
2 硒對表觀遺傳修飾異常產(chǎn)生干預及逆D作用
腫瘤發(fā)生發(fā)展的主要生物學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密切相關。通常情況下，甲基化水平同基因表達呈負相關，甲基化程度越高，基因表達活性越低，甲基化程度越低，基因表達越活躍[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，癌細胞異常增殖；低甲基化還使腫瘤轉移增加，例如胃癌的甲基化水平越低，癌細胞浸潤、轉移的傾向越明顯[6]。
CpG島的甲基化程度異常升高，會導致某些抑癌基因表達沉默，進而參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。在正常情況下，CpG島為非甲基化。當腫瘤抑癌基因的啟動子區(qū)域（CpG島）過度甲基化，就會使抑癌基因的表達沉默。其間DNA甲基轉移酶（DNMT）家族中的DNMT1發(fā)揮著重要的調控作用，它的高表達導致抑癌基因在CpG島失活。所以，CpG島高甲基化成了多種腫瘤特異性表觀標志物，已成為臨床多種腫瘤早期診斷的依據(jù)和指標[7]。
近年來，作為表觀遺傳學調控機制之一的組蛋白修飾在腫瘤研究領域受到越來越多的關注。組蛋白乙酰化由組蛋白乙酰轉移酶（HAT）和組蛋白去乙?；福℉DACs）共同調控，而編碼HAT或HDAC的基因如果發(fā)生染色體易位、擴增等突變會導致某些腫瘤的發(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)生的另外一個機制。而近年研究發(fā)現(xiàn)，硒通過靶向干預可逆轉甲基化和乙?；惓５倪^程，從而抑制腫瘤的發(fā)生及轉移。硒化物成了潛在的治癌新藥物，是亟待開發(fā)、臨床應用前景可觀的“含硒表觀靶向抗癌藥物”。
2.1 硒對DNA甲基化產(chǎn)生干預作用
研究表明，膳食硒通過干預表觀遺傳過程顯示出其抗癌潛力，膳食缺硒時組織呈現(xiàn)整體低甲基化[8]。Davis等[9]早些時候研究發(fā)現(xiàn)，給大鼠喂食缺硒膳食，其肝臟和結腸都出現(xiàn)顯著DNA低甲基化，而經(jīng)硒處理的人結腸癌細胞株Caco-2 DNA甲基化水平顯著高于未經(jīng)硒處理的對照組，據(jù)此研究者認為，膳食缺硒會增加肝臟和結腸腫瘤的發(fā)生。Remely等[8]研究表明，膳食硒營養(yǎng)缺乏會引起動物組織和人體結腸癌DNA低甲基化。我國學者徐世文等[4]通過實驗也發(fā)現(xiàn)，飼料硒缺乏可導致雞肌肉組織 DNA甲基化水平降低。硒對DNMT有抑制作用，缺硒會導致DNMT活性增加，使原癌基因活化，引起結腸癌等多種腫瘤發(fā)生。保持硒等營養(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的高表達是使抑癌基因失活的重要機制。抑制DNMT1靶酶活性，使失活的抑癌基因復活，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功能，能誘導失活的抑癌基因重新活化和表達[3]。研究發(fā)現(xiàn)，硒可以直接干預DNA甲基化，抑制腺癌細胞株DNMT的高表達[8]。膳食硒干預DNA甲基化的方式之一是通過去甲基化過程來調節(jié)DNMT1活性的；研究還證實，亞硒酸鈉和苯甲基氰酸硒（BSC）、1，4-苯雙（亞甲基）氰酸硒（p-XSC）兩種合成硒化物對人大腸癌細胞核提取物中DNMT的活性都有抑制作用[10]。
各方面的研究驗證，硒對DNA甲基化產(chǎn)生干預影響，是靶酶DNMT有效的抑制劑。
2.2 硒干預影響組蛋白的乙?；?/p>
近年來，國內外學者研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白去乙酰化酶與腫瘤的發(fā)生密切相關。HDACs家族中的HDAC1高表達可明顯增加腫瘤細胞的增殖能力。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，靶酶HDAC已成為首選的攻擊靶點。
目前，人們通過體內、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多種腫瘤細胞的生長停滯、分化或凋亡[2]。Somech等[11]通過臨床試驗表明，HDAC抑制劑對人體白血病及實體瘤進行治療，表現(xiàn)出明顯的抗腫瘤增殖效果，研究者認為，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DNMT和抑制HDAC活性，活化人前列腺癌LNCaP細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免受氧化損傷的抗癌活性物質、化學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硒化合物，是很具潛力的抗癌制劑。Kassam等[13]通過對彌漫性大B細胞淋巴瘤細胞系（DLBCL）w外研究首次發(fā)現(xiàn)，MSA可以抑制該細胞系HDAC的活性。研究者認為，有關MSA抑制HDAC活性的作用以前從未報道過，從而為人們提供了硒元素一種新的機制，MSA是日后臨床試驗中可以使用的硒化物。
我國科研人員胡琛霏[2]通過蛋白質免疫印跡的方法，檢測到MSA可抑制食管鱗癌細胞系HDAC的活性，降低HDACl和HDAC2的蛋白表達，引起細胞內組蛋白乙?；斤@著升高；同時，還檢測到硒甲硫氨酸（SLM）對食管鱗癌細胞系KYSEl50細胞和MCF7細胞的作用，在SLM處理細胞24 h后，細胞中組蛋白去乙酰化酶的活性也顯著降低。
這些年，越來越多的含硒組蛋白去乙?；敢种苿┍话l(fā)現(xiàn)和驗證。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的競爭性抑制劑發(fā)揮抗癌作用；還報道，合成的SAHA含硒類似物（5-苯甲酰戊氰硒）二硒醚和5-苯甲酰戊氰硒對不同肺癌細胞株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淋巴細胞瘤（CTCL）為適應癥而廣泛應用的表觀靶向抗癌藥物。這也提示，含硒類抑制劑對靶酶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)不管其結構如何改變，硒都是這些化合物生物活性的中心元素，發(fā)揮著關鍵作用，硒的這一生物學功能對含硒抗癌藥物的開發(fā)具有重要的指導意義[16]。
2.3 硒對非編碼RNA調控機制產(chǎn)生干預效應
表觀遺傳學的一個重要調控機制是非編碼RNA。非編碼RNA是指不能翻譯為蛋白質的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)展關系密切，miR-200a在腫瘤組織中呈現(xiàn)明顯低表達。因此，miR-200a的表達下調是腫瘤發(fā)生的重要因素之一，miR-200a也成了腫瘤特異性表觀標志物[17]。
胡琛霏[2]通過TaqMan芯片，檢測了MSA處理食管鱗癌細胞后細胞中微小RNA（miRNA）的變化情況，發(fā)現(xiàn)MSA可以上調細胞中miR-200a 的表達水平，miR-200a 表達升高后，負性調控Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白-1（Keap1）的表達，使Keap1蛋白水平下降，上調轉錄因子NF-E2相關因子2（Nrf2）蛋白水平并提高其轉錄活性（Nrf2活性受其細胞質接頭蛋白Keap1的調控），從而活化Keap1-Nrf2信號通路。而Keap1-Nrf2信號通路在抗氧化、預防腫瘤發(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表達明顯低于正常組織，β-循環(huán)蛋白（β-catenin）和其下游靶基因細胞周期蛋白D1表達顯著增高，二者和miR-200a呈現(xiàn)負相關，上調miR-200a可降低β-catenin的表達，進而阻斷Wnt/β-catenin信號傳導通路來抑制腦膜瘤的生長。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胞系中β-catenin的表達[2] 。研究已證實，Wnt/β-catenin信號通路的激活和高表達可促進腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉移及抑制腫瘤細胞的凋亡[20]。
由此可見，MSA可能介導、調控著miR-200a表達及參與復雜的分子調控網(wǎng)絡，從而抑制腫瘤發(fā)生及轉移。
3 展望
加強硒與表觀遺傳學之間關聯(lián)的研究，有著重要的生物醫(yī)學意義。它有可能解釋硒化學抗腫瘤的新機制，從理論上證明硒元素可能具有表觀遺傳學的效應[21] 。綜上所述，硒在腫瘤形成中對表觀遺傳修飾異常產(chǎn)生干預影響，靶向抑制腫瘤特異性表觀標志物，逆轉表觀遺傳修飾發(fā)生異化過程，使我們認識了硒化學抗癌的新機制、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、乙烷硒啉等早已進入臨床研究[16]，展示出很有希望的臨床應用前景。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徐輝碧、黃開勛兩位教授和安徽醫(yī)科大學張文昌碩士的支持，在此表示衷心感謝。
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第4篇：表觀遺傳學的發(fā)展范文
摘要:
燈刷染色體是存在于除哺乳動物以外幾乎所有動物雌配子減數(shù)分裂第一次分裂雙線期的一種暫時性巨大轉錄體，因狀如燈刷而得名，但在細胞遺傳學三大經(jīng)典染色體研究中關注度最低。它是研究減數(shù)分裂時期染色體的結構、組織形式、轉錄和轉錄過程的好材料。本文一方面對以上研究及形成機制作一簡要綜述，另一方面探討燈刷染色體可能的作用，也即從已有文獻表明卵細胞核的燈刷染色體或多倍化為相關生物胚胎發(fā)育提供足夠的轉錄產(chǎn)物。最后探討將其作為一個案例用于遺傳學教學的可能性，以激發(fā)學生學習遺傳學的興趣。
關鍵詞:
遺傳學；細胞遺傳學；燈刷染色體；研究進展；遺傳學教學
遺傳學是生命科學領域中一門兼具理論性和實驗性的基礎性學科之一，從遺傳學發(fā)展史上可以清楚地看到一系列經(jīng)典的研究案例對遺傳學的發(fā)展起到巨大的推動作用[1]，賦予遺傳學新的內容，使遺傳學理論不斷地完善和提高，從而在更高水平指導遺傳學的發(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胞結構，促進了細胞遺傳學的發(fā)展；以噬菌體為材料促進了生化和分子遺傳學的發(fā)展；以大腸桿菌為材料的研究揭示了原核表達調控的機制；以擬南芥和水稻為材料解析了植物基因組的特點并促進了植物功能基因組學的研究[2,3]。這些案例還有很多，限于篇幅不一一枚舉。不過，關于遺傳學發(fā)展史上經(jīng)典案例的研究和關注并不平衡。例如在細胞遺傳學三大經(jīng)典染色體的研究中，關于唾腺染色體和巴氏小體的研究很多，而燈刷染色體(Lampbrushchromosomes,LBCs)的關注度較低。盡管LBCs因擁有數(shù)以萬計的正在轉錄的單位而具有了結構的巨大性，但在過去的130多年中公開發(fā)表的文獻僅有350多篇（projects.exeter.ac.uk/lampbrush）。究其原因可能有四點：一是分離LBCs技術難度較大；二是所使用的儀器是顯微鏡，而不是時髦的微量移液器，導致學生的興趣不足；三是可用分離該染色體的典型材料不易取得，多數(shù)動物材料都是各國重點保護的動物；四是可能由于偏重理論研究，無法取得足夠的經(jīng)費支持[4]。盡管如此，LBCs的研究仍然取得了令人興奮的成績，本文擬沿著LBCs研究的蹤跡，比較系統(tǒng)地綜述相關生物卵細胞減數(shù)分裂第一次分裂雙線期染色體的結構、組織形式以及轉錄等相關知識。最后探討將這一被忽視的“明星染色體”案例介紹給學生，以期引導學生對LBCs研究的重視，激發(fā)他們學習和研究遺傳學的熱情。
1燈刷染色體的研究進展
1882年，F(xiàn)lemming首先在蠑螈（Notophthalmusviridescens）的卵母細胞中發(fā)現(xiàn)了這種結構[5]，十年之后，Rückert(1892)在狗鯊（Chiloscylliumpunctatum）卵母細胞中再次發(fā)現(xiàn)了Flemming所描述的結構，因為其形如19世紀的燈刷或20世紀的試管刷而命名為燈刷染色體[6]。典型的LBCs實質上是存在于除哺乳動物以外幾乎所有動物（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性巨大轉錄體,大小可以達到5~6mm。細胞核中每個LBCs是二價體（一對同源染色體），核中有幾個二價體就有幾個LBCs，每個二價體包含四條染色單體，同源染色體通過交叉（Chiasmata）相連。它們具有獨特的染色?！獋拳h(huán)（Chromomere–lateralloop）結構：染色粒串聯(lián)形成單體的主軸，是遺傳惰性區(qū)；顯著的側環(huán)結構則為轉錄活性區(qū)，包括了成千上萬的活性轉錄單元[7]。隨著轉錄的進展，RNA鏈不斷延長，外形呈“圣誕樹”樣結構。除了在以上動物的卵細胞中發(fā)現(xiàn)LBCs外，在果蠅細胞Y染色體和植物中也有發(fā)現(xiàn)，比如在單細胞藻類（Acetabularia）中發(fā)現(xiàn)有典型的LBCs結構[8]，其它所報道的植物LBCs不具有典型結構，只是一條較長的染色體，周圍有絨毛狀的結構。由于LBCs在普通光學顯微鏡下可以看到，因而它是研究基因組結構和功能的極為理想的實驗材料[9]。
1.1燈刷染色體的基本結構和細胞圖在普通光學顯微鏡下，在外觀上看每一個典型的LBCs兩個同源染色體依靠幾個交叉相連，它們分別由無數(shù)致密的染色質顆?；蛉旧４删€狀，這些顆粒之間有染色質絲相連，在每一顆?；蛉旧Ｌ幃a(chǎn)生1到數(shù)個成對的側環(huán)，這就構成了所謂LBCs上的“刷毛”[10]。這些環(huán)之所以成對出現(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結合免疫技術對來自不同物種的LBCs進行觀察，發(fā)現(xiàn)側環(huán)是以纖細的染色質為軸，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環(huán)軸向的卷曲會將正常狀態(tài)的側環(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的側環(huán)結構[11]，因而形成了光學顯微鏡下可見的巨大染色體。染色粒和連接它們的染色質絲構成了LBCs的軸，軸上最顯著的特點就是染色粒–側環(huán)結構，某些有明顯特征的側環(huán)往往成為鑒定染色體特異性的界標（Landmark），比如在兩棲類中，幾乎大部分燈刷染色體都有巨大的側環(huán)，只是位置不同，所以可以區(qū)分不同的染色體；另一類是有特異結構的側環(huán)，分為高密度側環(huán)和塊狀側環(huán)，也存在于很多染色體不同位置中。軸上除了染色粒和側環(huán)外，還有著絲粒、端粒、球體等結構。這些結構常常出現(xiàn)在特定染色體的固定部位，成為鑒別各條染色體的界標[11]。染色粒(Chromomere)是LBCs軸的主要成分。在配對的同源染色體中，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)目可以達到5000個以上，在光鏡下染色粒大小從不可見到可見的1µm。據(jù)估算，一個有尾目的兩棲動物LBCs的染色粒所包含的堿基數(shù)目約5~10Mb，而側環(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)分裂的推進有關，也隨側環(huán)轉錄活性而變化。隨著減數(shù)分裂的推進，染色粒逐漸變大，數(shù)目減少。在早期的LBCs中側環(huán)轉錄活性高，這時染色粒小，數(shù)目多；隨著雙線期的推進，側環(huán)因轉錄活性下降而回縮，染色粒彼此融合最終成一條正常的分裂期染色體[12]。側環(huán)(Lateralloop)是DNA活躍轉錄的區(qū)域，僅占整個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，它們的長度與C值呈正相關，平均長度為10~15µm，長的可達200~300µm，這些長的側環(huán)具有染色體的特異性。多數(shù)側環(huán)上只有一個轉錄單位，轉錄方向可以相同或相反，利用轉錄抑制子的研究發(fā)現(xiàn)，這些轉錄多數(shù)由RNApolII啟動。側環(huán)的產(chǎn)生并不同步，某些側環(huán)能貫穿LBCs整個發(fā)育期；有些僅在個別時期產(chǎn)生，失去轉錄活性后回縮到染色粒中。激素處理也能影響側環(huán)的伸展和回縮，這點與果蠅的唾腺染色體的蓬突結構類似，其發(fā)生機制和意義有待進一步的研究。由于轉錄產(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環(huán)，這成為區(qū)分不同LBCs的重要界標[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)，著絲粒和其兩側相鄰的染色粒彼此融合而成染色粒棒（Chromomerebar）。先前的報道表明著絲粒顆粒和染色粒棒上均無側環(huán)，最近的報道稱某些鳥類的蛋白體有短的側環(huán)產(chǎn)生[14]。關于端粒（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，也存在一個插入一個開放的形式，其大小和長度具種的特性。兩側無側環(huán)，雞的端粒環(huán)含有2個轉錄單元[15]，關于LBCs著絲粒和端?？梢赞D錄在歐洲水蛙中也得到證實，一些串聯(lián)重復序列可以在該類結構中大量轉錄[7]。球體（Sphereorganelles）是LBCs上另一個重要標志，有染色體的特異性，相當于一般染色體的次級縊痕。其直徑一般2~10µm，一般包含2~4個[10]。以上這些結構由于在序列組成、位置、結合蛋白以及形成的高級結構上具有染色體或種的差異，結合LBCs的長度差異，現(xiàn)在已經(jīng)繪出了多種兩棲類和鳥類的LBCs細胞圖[7]；利用細菌人工染色體–熒光原位雜交（BAC–FISH）技術繪制了雞LBCs著絲粒區(qū)的精細物理圖譜[16]，以上這些工作為利用LBCs進行基因組/雜種鑒定、精細遺傳/物理圖譜繪制、基因定位、轉錄和轉錄機制等研究工作奠定了基礎。
1.2燈刷染色體的轉錄與轉錄進程研究表明轉錄主要發(fā)生在LBCs的側環(huán)上，大量的新生轉錄產(chǎn)物和相關蛋白結合，形成了光鏡下可見的RNP基質。每個側環(huán)由1~數(shù)個轉錄單位組成，所以LBCs上單個轉錄單位是可視的，這使得他們成為在結構和分子水平上研究轉錄及其調控機制的優(yōu)異材料[17]。側環(huán)的類型因RNP基質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顆粒為基礎逐漸裝配而成，為了探明不同結構的側環(huán)與轉錄活性的關聯(lián)，對典型的側環(huán)如球型側環(huán)利用放射自顯影、轉錄抑制子結合大分子擴散分析技術進行RNA合成的分析[17]，結果表明在這類側環(huán)中，存在RNA的合成；側環(huán)的延伸與轉錄活性相關，活性高的時候，側環(huán)增大，活性降低時，側環(huán)回縮到染色粒中；有的側環(huán)中存在數(shù)個不同外形的轉錄單元，這幾個轉錄單位的轉錄存在速度的差異。用RNA前體標記物作為探針進行原位雜交試驗，與大環(huán)和顆粒狀的側環(huán)相比，球型側環(huán)標記的速度和強度均較弱，推測不同側環(huán)可能具有相異的轉錄模式，這個問題有待進一步闡明[18]。已有的報道表明不同側環(huán)的演化存在關聯(lián)性，這同樣也可以看作是轉錄后的調控。電鏡實驗證明了這些類型的側環(huán)都是由30nmRNP顆粒組成的；熱休克（Thermicshock）實驗結果顯示在低溫處理下，趨于向高級側環(huán)結構發(fā)展，而在高溫處理下，則趨于向去凝縮方向發(fā)展；免疫實驗也證明側環(huán)形態(tài)的多樣性與特異蛋白存在關聯(lián)。例如在蠑螈的卵細胞中發(fā)現(xiàn)一個82kD白，利用單抗進行原位雜交試驗表明可以和所有類型的側環(huán)結合，但是并不同步。比如，當球狀側環(huán)被強烈標記時，大環(huán)和顆粒環(huán)不被標記，當標記出現(xiàn)在核質中時，所有類型的環(huán)不被標記，該結果初步證明了特異的蛋白與側環(huán)的結構演變存在關聯(lián)[18]。
來自鳥類的實驗表明，側環(huán)中一個轉錄單位約長1~40µm，這些被轉錄的基因包括了編碼基因和非編碼基因。一個令人吃驚的事實是一些持家基因在LBCs的轉錄是被抑制的，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)單拷貝基因在此時轉錄。比如在兩棲類LBCs中，已經(jīng)證實細胞角蛋白（Cytokeratin）、核仁蛋白NO38/B23、c–myc和Eg1是轉錄的，并發(fā)現(xiàn)了它們的轉錄產(chǎn)物向核質轉移[20]?；贒NA/RNA雜交技術的染色體涂抹技術（Chromosomepaintingtechnique）使大規(guī)模研究LBCs的轉錄成為可能，利用改良的該技術BAC–FISH發(fā)現(xiàn)許多鳥類LBCs單拷貝的基因可能是轉錄的。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，要驗證更多的單拷貝的表達需要進一步的實驗。早期的生化實驗證明LBCs轉錄的主要是非編碼的串聯(lián)重復序列[21]，進一步的調查是利用原位雜交實驗證明兩棲類LBCs轉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果，如果出現(xiàn)在側環(huán)中的一個微衛(wèi)星序列是轉錄的，那么側環(huán)臨近的染色粒里面的同類微衛(wèi)星串聯(lián)簇是不表達的，這個結果表明存在一種未知的調控機制啟動LBCs側環(huán)中微衛(wèi)星DNA的轉錄[19]。來自熱帶爪蟾的研究發(fā)現(xiàn)卵母細胞中還儲存大量來自LBCs轉錄子的穩(wěn)定內含子（StableintronicsequenceRNA），這些內含子一直到囊胚期都可以檢測到，說明在胚胎發(fā)育的早期可能發(fā)揮重要作用[22]。關于側環(huán)上轉錄調控機制的研究，早期提出了“通讀假說”（Read–throughhy-pothesis）[23]，該假說認為側環(huán)上轉錄起始于結構基因的啟動子序列，到了該基因的終止序列后并不停留，而是繼續(xù)轉錄下面的非編碼序列，現(xiàn)代遺傳學的研究結果否認了該假說。結合基因組和細胞學的證據(jù)表明位于雞LBCs側環(huán)微衛(wèi)星序列中的反轉錄轉座子長末端重復序列（LTR）啟動了微衛(wèi)星序列的轉錄，這得到了很多來自兩棲類實驗的證明。如果這個機制是正確的，側環(huán)的平均長度應該與活躍的LTR啟動子的數(shù)量呈負相關，這是今后需要闡明的問題之一。初生的轉錄產(chǎn)物被與RNA成熟相關的蛋白包被，成為附著于側環(huán)上的RNP基質，這種獨特的結構為在活體條件下研究側環(huán)轉錄產(chǎn)物的處理和機制提供了平臺。來自生化的證據(jù)表明，鳥類LBCs側環(huán)中多數(shù)RNP基質含有與RNA成熟相關的組件，如snRNPs、SC35、hnRNP和3’末端處理相關因子。有些RNP基質中沒有發(fā)現(xiàn)snRNPs組件，這可能是由于在相應的微衛(wèi)星轉錄產(chǎn)物中缺少典型的剪切位點所致[19]。
1.3燈刷染色體的作用自從發(fā)現(xiàn)LBCs后科學家一直試圖理解發(fā)生在側環(huán)上大量且有點隨意轉錄的意義，很多人認為這種轉錄或多或少是沒有意義的[20]。Davidson于1986年提出了另一個假說[24]，他認為發(fā)生在LBCs上的轉錄為將來卵母細胞的成熟和胚胎發(fā)育提供必要的轉錄產(chǎn)物，這一假說越來越為科學家重視。可能存在這種情況，LBCs上的轉錄產(chǎn)物在核膜破裂前是隔離的，當核膜解體后進入了轉錄后的切割程序，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組蛋白的轉錄過程上所證實[25]。據(jù)此推測，成熟編碼蛋白質RNA分子可以用于在胚胎基因組啟動表達之前，早期胚胎發(fā)育所必需蛋白質的合成。至于大量的非編碼微衛(wèi)星序列的命運可以用現(xiàn)代分子生物學的信息來解釋。在后生動物中，編碼微衛(wèi)星序列的DNA可以轉錄形成dsRNA前體，成熟后產(chǎn)生siRNA，這些siRNA是形成組成型異染色質所必需的。那么，可以推測，在擁有LBCs的動物中，非編碼微衛(wèi)星序列的轉錄產(chǎn)物同樣可以dsRNA前體形式儲存在卵細胞中，為早期胚胎發(fā)育提供siRNA以便維持異染色質的穩(wěn)定，這種假設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)育過程大部分時間是離體發(fā)育，這與胎生的哺乳動物在發(fā)育環(huán)境上存在巨大差異，因此，在這類生物中LBCs轉錄與離體后胚胎發(fā)育過程是否存在更密切的關聯(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重塑通過對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環(huán)不但缺少組蛋白H1，而且組蛋白H4都呈高度乙酰化狀態(tài)，這是典型基因組DNA轉錄活化的特點，實驗證明，乙?；图谆揎椊M蛋白的尾部都會導致側環(huán)相應狀態(tài)的改變[19]。關于對LBCs表觀遺傳修飾的理解一個典型的例子是來自于對6種鳥類卵母細胞LBCsZW的研究[26]。鳥類卵母細胞中性染色體ZW是一個僅通過著絲粒處相連的不對稱二價體，Z染色體具有正常的LBCs形態(tài)，而富含重復序列的W則僅形成幾個較大的染色粒，含有少量的側環(huán)。進一步的研究發(fā)現(xiàn)W染色體具備了惰性染色體的特點，比如缺少乙?；M蛋白H4，富含組蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，幾個大的染色粒都含有大量的異染色質蛋白1。這些因素共同導致了W染色體在鳥類卵母細胞的發(fā)育中高度凝縮的狀態(tài)[19]。
盡管現(xiàn)在從整體上對LBCs的表觀修飾有了一定的理解，但對該類染色體的“建立–維持–再凝縮”的機制了解很少。一個重要的事實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)分裂染色質凝縮的拓樸異構酶II。另外一個在維持LBCs形態(tài)方面發(fā)揮重要作用的蛋白是染色體結構維持（Structuralmaintenanceofchromosomes，SMC）蛋白家族，它們參與了黏連（Cohesin）復合體和凝縮（Condensin）復合體的形成。電鏡結合免疫試驗證明黏連復合體主要出現(xiàn)在姐妹染色單體兩條染色質絲形成的軸上，后者主要在染色粒上發(fā)現(xiàn)。這說明，這兩種復合體可能對維持LBCs的染色粒–側環(huán)結構發(fā)揮重要作用[27]。最新的關于LBCs重建的實驗來自將人類的注射進兩棲類動物非洲爪蟾的卵母細胞中，結果發(fā)現(xiàn)染色體形成了典型的LBCs結構，這一方面說明了兩棲類動物卵母細胞中含有重塑哺乳動物非活性染色體的所有因素，另一方面也說明哺乳動物卵母細胞染色體的失活并不是永久的遺傳或表觀遺傳機制造成的。這個實驗為進一步鑒定染色質重塑相關的順式和反式作用因子以及解析其機制提供了研究材料[9]。
2燈刷染色體應用于遺傳學教學的現(xiàn)狀與思考
對于遺傳學內容的傳授離不開優(yōu)秀的案例，生命科學的飛速發(fā)展也使得這些案例的內涵得到了豐富和擴展。以優(yōu)秀案例開展遺傳學教學工作可以將復雜的遺傳學知識形象化和簡單化，便于教師的講授和學生的理解與記憶[3]，同樣也可以使枯燥的遺傳學學習變得妙趣橫生。LBCs就是遺傳學的一個優(yōu)秀經(jīng)典的案例，但在遺傳學教學中出鏡偏低。在作者教學所使用戴灼華等編寫的《遺傳學》課本中，以LBCs為案例介紹的內容很少[28]，僅在第二版第二章《遺傳的細胞學基礎》中，作為一種特殊染色體形態(tài)進行了簡單介紹，一句“LBCs是在光學顯微鏡下直接觀察并識別特殊位置上的單個基因轉錄活性極為理想的材料”讓學生對該案例充滿了遐想和期待，但本書后面的遺傳學內容均沒有發(fā)現(xiàn)該案例的身影，因此發(fā)掘和使用LBCs案例應用于遺傳教學有十分重要的意義。
2.1燈刷染色體在遺傳學教學中的拓展以LBCs為案例進行相關遺傳學內容教學，我們應首先根據(jù)高校遺傳學的培養(yǎng)目的和教學目標，在學生掌握了一定的細胞、生化和遺傳知識的基礎上，結合遺傳學的進度逐步有序地加以介紹。在我所教授的遺傳學課本中LBCs是作為一類特殊的染色體介紹給學生的，除了介紹了一點關于LBCs的發(fā)現(xiàn)和特點外，缺少更加詳細的資料。正是由于其可視性的特點，學生除了可以容易的掌握其特殊染色體的特點外，也可以掌握一般染色體具有的特點。其實，隨著研究的深入，其涵蓋的遺傳學知識也越來越多，形成和維持該特殊染色體的原因也越來越清楚。我們在教學過程中是這樣介紹的：關于LBCs結構的認識是隨著相關技術的發(fā)展而不斷深入的。19世紀末發(fā)現(xiàn)LBCs并不偶然，那時的科學家用光學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；隨著時代的發(fā)展，科學家發(fā)現(xiàn)LBCs豐富而富有特色的結構適合細胞圖的繪制；電鏡和掃描電鏡的發(fā)明更推動了LBCs結構和染色體組織的認識，知道了更細微結構的形態(tài)，比如對側環(huán)結構的認識，發(fā)現(xiàn)了側環(huán)結構的復雜性；免疫學和電鏡技術的結合，使科學家認識到側環(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的側環(huán)；分子技術、免疫技術和電鏡技術的綜合運用，使人們認識到側環(huán)白體中RNA主要是微衛(wèi)星序列的轉錄產(chǎn)物，但也有少量單拷貝的編碼序列RNA。由此引導同學們思考：既然LBCs的RNP基質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參與了異染色質的形成和維持的話，自然會想到在LBCs“再凝縮”階段可能會發(fā)揮作用。關于適合進行細胞圖的繪制也可以根據(jù)技術的發(fā)展逐漸深入：在僅有光學顯微鏡的早期，只能根據(jù)大的界標如側環(huán)、染色粒、著絲粒、端粒等進行簡單的作圖，用于區(qū)分不同的染色體、基因組甚至雜種；隨著電鏡技術的發(fā)展，對LBCs結構認識更加細致，可以繪制更加精細的細胞圖；隨著染色體涂抹技術的發(fā)展，可以將DN段定位到LBCs不同結構中，繪制更加實用的物理圖，這將為進行全基因組測序更加全面的認識基因組特點奠定基礎。關于LBCs形成和維持原因的介紹可以使學生理解和掌握染色質重塑方面的知識。早期在只有光學顯微鏡的條件下對它的認識一籌莫展，只能提出假說；但隨著免疫技術和分子生物學技術的運用，才認識到存在一些事實：LBCs中組蛋白H1缺失，H4高度乙酰化，染色粒處富含組蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，鳥類W染色體幾個大的染色粒都含有大量的異染色質蛋白1等等。其實這離完全了解其產(chǎn)生機制還有很遠的距離。為了讓學生直觀地掌握轉錄相關知識，也可以引入LBCs的相關內容。由于單個轉錄單位可視性的特點，所以可以直觀容易地了解單個轉錄單位的結構、組成、長度、速率和分子互作等方面的知識。為了學生更容易地理解LBCs相關的遺傳學知識，開設LBCs分離和鑒定實驗是值得考慮的教學內容。現(xiàn)在國內常用的遺傳學實驗教材沒有這個實驗，國外也少有開展。我校生命學院關于該實驗正在籌劃中，所以待有了一定的進展后再向同仁匯報。更加詳細的實驗程序可以參照相關網(wǎng)站的內容。
第5篇：表觀遺傳學的發(fā)展范文
從小愛讀雜七雜八的書；受中學化學老師的“魔術”忽悠，入了科學之門；本科時成績平平，但在下圍棋和打橋牌上花費了大量時間；如今成為實驗室的掌門人，專注于探秘表觀遺傳學的生物化學機理——這就是“學習不太努力”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。
樂趣來自獨特的實驗設計
“想法很多”的朱冰一直在“玩科學”。初中第一堂化學課，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，跟變魔術一樣，真有意思！”朱冰想，將來做一名化學家肯定很好玩。
考入浙江大學后，他愛上科幻小說。閱讀“西紅柿變西瓜”的情節(jié)，遐想基因工程對遺傳信息的改變，于是大學畢業(yè)后考入中國水稻研究所讀研究生。
“玩”了一段時間，朱冰想“光是轉基因只是技術活，不夠有挑戰(zhàn)，更好玩的或許是轉什么樣的基因”，于是念了博士，在中國科學院上海植物生理研究所研究起克隆基因。又“玩”了一段時間，他又開始琢磨：基因的表達調控會不會更有意思？這成為他出國從事博士后研究的課題。
最終，朱冰沒成為化學家。2006年，他回國到了北京生命科學研究所，在自己的一方天地里繼續(xù)“玩”下去。他的實驗室，興趣主要集中在表觀遺傳學的生物化學機理，研究表觀遺傳信息的繼承性機理和表觀遺傳修飾酶的活性調節(jié)機制。
這一次，他“玩”出了名堂：研究成果在《科學》、《歐洲分子生物學學會會刊》、《干細胞》等世界頂級科學期刊上發(fā)表。尤其是，2010年，他發(fā)表于《科學》雜志的研究論文澄清了染色質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。一名《科學》雜志的審稿人評論道：“該項工作終結了一個長期的爭論?！?/p>
科研源于好奇和興趣。在不同的階段，接受不同的訓練，了解不同的資訊，腦袋里自然能不斷產(chǎn)生不同的科學問題。對自己不停提問，尤其是提出具有獨創(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問題進行證實或證偽，而設計方案更猶如設計房子，讓人著迷，“與實驗的結果相比，我最大的樂趣來自于創(chuàng)造出獨特的實驗設計”。
疑問教學法教學生
回國創(chuàng)建自己的實驗室之后，從不循規(guī)蹈矩的朱冰開始帶學生。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)原有的結論，哪怕是來自于權威的結論。“如果你們連挑戰(zhàn)自己導師的勇氣和能力都沒有，如何挑戰(zhàn)其他權威？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HHMI進行博士后研究，與導師之間最常見的對話是：“朱冰，有什么新發(fā)現(xiàn)嗎？”“沒有?！薄罢鏇]勁?！睘榭茖W問題而“吵架”，更是再平常不過的家常便飯，“科學探索就是要挑戰(zhàn)權威，科學問題越辯越明?！?/p>
如今，已成別人導師的朱冰跟學生開玩笑：“博導博導，一駁就倒”，不駁是不會倒的。
“朱門”秘籍第二條，讓自己源源不斷產(chǎn)生“點子”。大膽假設，仔細觀察——在科研的金科玉律中，朱冰更看重“大膽假設”。他常向學生灌輸：提出假設的能力是訓練中最重要的事，“你不需要非常聰明，但一定要多想，無所謂對錯，甚至可以曇花一現(xiàn)?！敝挥挟a(chǎn)生了想法，才會形成科學假設，也才能進行驗證。
“朱門”秘籍第三條是“努力”?！坝绕涫巧锟茖W領域，需要做很多嘗試，從事無數(shù)次試驗，努力很關鍵?！敝毂ρ裕约鹤x書時不夠用功，但現(xiàn)在要求學生們努力科研?！拔沂请p子座，雙面性很強，對別人要求都很嚴?！?/p>
學生眼中的“大?！睂熤毂?，堅信“我的博士應該比我強”。
無大師的時代離大師更近
“玩科學”的朱冰，不“尊師重教”的朱冰，自信卻平和的朱冰，是在中國科學迅猛發(fā)展的跑道上，一個深刻卻不孤單的身影。一群青年科學家正生機勃勃地你超我趕。
朱冰認為，他們這一代的青年科學家，和中國大多數(shù)年輕人的狀態(tài)很相似，“大家都處在追求、進取、向上的狀態(tài)中。”
良好的教育背景和海外留學的經(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家不應該被人仰望，也不應該仰望別人，因為科學面前人人平等?！?/p>
正在快速發(fā)展的祖國，也對他們形成了難以抵抗的誘惑。朱冰于1999年出國從事博士后研究，早他五六年出國的人，當時很少有人想回國；到了朱冰這一茬，“我們覺得回來有可能做出好的科研成就”。他的歸國心更質樸：我只是希望兒子能學會欣賞唐詩的美。
現(xiàn)在，若問起朱冰的學生們，幾乎每人都說：“畢業(yè)之后我希望去國外進行博士后研究，接受更多訓練，但我一定要回來?！币驗?，“能夠在中國做科研，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，目前唯一能和國內房價上漲水平相比的，就是中國科學院“百人計劃”的選才標準，“人才越來越多，競爭越來越激烈”。
也有讓他頭疼的事情：留不住優(yōu)秀的博士生在國內進行博士后研究，但“這對學生來說是好事，一來可以開闊視野，二來可以訓練語言和寫作能力”。
為什么中國培養(yǎng)不出創(chuàng)新型人才——這個沉重的“錢學森之問”，在青年科學家朱冰看來，并非那么令人沮喪：沒有大師，或許是因為大家都離大師更近了。我們一直往前走，只會更好，不會更差。（來源：人民日報）
第6篇：表觀遺傳學的發(fā)展范文
關鍵詞 醫(yī)學遺傳學 趣味教學法 調查
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
醫(yī)學遺傳學課程結構復雜、內容覆蓋面廣、跨度大、發(fā)展快、與其它學科的交叉滲透廣泛，對教師的專業(yè)修為要求較高。在一般的醫(yī)學院校，醫(yī)學遺傳學課程多在大學二、三年級開設，課程的部分基礎理論知識學生已在低年級或高中階段學習過，要求教師課程設計、內容取舍得當。另外，醫(yī)學遺傳學課程內容多而雜，在教學過程中容易出現(xiàn)主線不清晰、體系不嚴密、層次不分明、學生理不清、重點記不牢等問題，特別是很多內容枯燥乏味，如果教師講授馬虎、呆板、教條、沒有生氣，那么學生學習困難、味同嚼蠟，甚至個別學生有惰學、厭學、懼學、逃學等問題。因此教師在醫(yī)學遺傳學教學中必須根據(jù)教學內容，結合課堂實際，利用趣味教學法，讓學生在愉快、歡樂中學習醫(yī)學遺傳學知識，提高學生學習效果。本文根據(jù)筆者在醫(yī)學遺傳學教學中的體會，結合近年在大一和大三課程教學中的問卷調查，對醫(yī)學遺傳學趣味教學法作粗淺探討，以利醫(yī)學遺傳學教學質量的提高。
1 醫(yī)學遺傳學課程內容趣味性課前、課后調查
在授課前和授課后，按教材章節(jié)順序，對教材內容的緒論、遺傳的分子基礎、遺傳的細胞基礎、人類基因組學與醫(yī)學、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、腫瘤遺傳學、免疫遺傳學、藥物遺傳學、發(fā)育遺傳學、行為遺傳學、表觀遺傳學、輻射遺傳學、遺傳病的診斷、遺傳病的治療、遺傳病的預防、優(yōu)生與優(yōu)育內容進行趣味性調查，結果如圖1所示。
調查表明，醫(yī)學遺傳學課程內容在授課前認為有趣的占59.26%，而授課后認為有趣的學生比例達84.78%，說明通過講授確實提高了學生學習醫(yī)學遺傳學課程的興趣。其中提高學生興趣最明顯的是緒論部分，課前為45%，課后達93%，提高了一倍多，因為緒論部分教師的課件、教案、講稿、教學理念、教學設計等方面準備充分，它關系到學生對今后所有醫(yī)學遺傳學課程的聽課積極性，因此應該達到這種效果。同時也表明，無論什么課程內容，只要老師精心準備，都會使枯燥的內容生動有趣。從課程結構的課后趣味性分析，遺傳學知識運用方面學生認為趣味性最高，達90.4%，人類遺傳病和遺傳臨床理論次之，分別為83.2%和84.2%，而遺傳基礎理論趣味性最差，為80.5%。
2 醫(yī)學遺傳學課程教學方法趣味性調查
針對醫(yī)學遺傳學課程內容，采用不同教學方法調查學生學習趣味性，結果如圖2所示，班級小組討論后學生講解趣味性最高，占33.3%，班級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%，學生自學趣味性占8.3%。結果表明，采用互動式教學方法最受學生歡迎，占57.1%，而播放其他教學名師的講解錄像學生認為趣味性不高，只比學生自學高2.3%，顯示教學名師講解錄像只能作為教學資料使用，無法提高學生學習的積極性。
3 醫(yī)學遺傳學課程講授方法趣味性調查
趣味講授活躍課堂氛圍，激發(fā)學生學習醫(yī)學遺傳學的熱情，讓課堂產(chǎn)生愉悅感，使學生輕松、愉快、爽心地進入學習狀態(tài)，提高醫(yī)學遺傳學課程學習效果。在醫(yī)學遺傳學課堂講授中，綜合各種趣味性教學技能，采用故事引導、比喻擬人、動畫模擬、套用小品、古語今用、寓言俗語、打油詩、熱點流行語、漫畫卡通畫、視頻插入、連環(huán)提問、故意歪曲、故意夸大、標新立異、滑稽比喻、一語雙關、答非所問、詼諧夸張等講授方法，發(fā)揮學生“無意識”心理活動，集中學生注意力、增強學生記憶力，幫助理解、啟迪思維、豐富想象，學生可以毫不費力、輕松愉快地學懂知識。
從課程講授方法的趣味性調查（如圖3）看，學生認為漫畫卡通畫、打油詩、熱點流行語、故事、一語雙關等趣味性較高，而連環(huán)提問、古語今用、故意夸大等趣味性不高。當然，趣味教學在教學中的表現(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，在導語、插語、結語中有意采用妙語警句、雙關語、故錯等修辭手段來制造趣味，可收到愉悅諧趣的藝術效果；二是動作趣味，教師在教學中利用趣味化的眼神表情、體態(tài)、手勢等動作形象，以引起學生的注意或沉思；三是輔助趣味，如輔助教師教學的直觀教具模型、標本、掛圖、表格等，具有引人發(fā)笑的特點。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)學遺傳學課堂教學中需靈活使用。
4 趣味教學法對提高學生能力調查
趣味教學以其獨特藝術魅力在學生的愉悅中提高教學藝術效果和水平，體現(xiàn)機智性、娛樂性、教育性，推動學生對知識、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)生意味深長的美感。趣味集中學生注意力、增強學生記憶力，幫助理解、啟迪思維、豐富想象。趣味可以使學生毫不費力、輕松愉快地學懂知識，潛移默化地開發(fā)智力，提高各種能力。
第7篇：表觀遺傳學的發(fā)展范文
關鍵詞 甲狀腺癌 未分化 組織學
中圖分類號：R736.1 文獻標識碼：A 文章編號：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個月左右[1]。UTC全部或部分由未分化細胞構成，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，此類細胞僅能通過免疫表型或超微結構辨識其上皮源性。由于在形態(tài)學上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，甚至免疫與遺傳學特點亦有重疊，因此其鑒別診斷非常困難。本文將對UTC病理診斷中遇到的若干問題進行探討，以利于臨床精確診斷與處理。
1 UTC的臨床特點
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的患者在初診時已出現(xiàn)鄰近區(qū)域淋巴結及喉返神經(jīng)受累，遠處轉移亦常有發(fā)生，最常見的部位是肺，其次為骨[2]。腫塊的快速生長可導致甲狀腺內出血及壞死，偶而引起甲狀腺毒癥及頸部劇痛，觸診時可發(fā)現(xiàn)頸部巨大腫塊，結節(jié)狀，質實有壓痛。
2 UTC的形態(tài)學特點
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。細胞學檢查可見少量淋巴及單核細胞背景，腫瘤細胞單個或成簇分布，細胞呈鱗狀、巨細胞樣或梭形。細胞質豐富，無明確邊界，嗜酸性。細胞核明顯異形或怪異，染色質粗塊狀，有單個或多個明顯核仁，核分裂像多見，包括病理性核分裂像[1，3-4]。UTC組織學特點取決于梭形細胞、鱗狀或上皮樣細胞、巨細胞三種主要細胞成分的構成，表現(xiàn)為以梭形和巨細胞為主的肉瘤樣形態(tài)，以上皮樣細胞為主的癌樣形態(tài)，或兩者混合[1，3]。梭形細胞往往密集排列成束狀或席紋狀，細胞異形明顯，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；腫瘤細胞亦可稀疏，出現(xiàn)明顯的纖維母細胞或肌纖維母細胞增生性病變（如纖維瘤病或結節(jié)性筋膜炎），間質可膠原化玻璃樣變，細胞異形不明顯，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]。巨細胞出現(xiàn)時，多形性明顯，有奇異核、豐富的嗜酸性胞質，散在分布于略小的單核樣腫瘤細胞中間，分布呈實片狀、假腺樣或假血管樣結構，核分裂像與壞死明顯，類似多形性未分化肉瘤；腫瘤內常見顯著的炎性背景，尤其是中性粒細胞及淋巴細胞，類似富含炎性細胞的未分化肉瘤[1，3]。骨、軟骨、橫紋肌以及對應腫瘤的結構都可以出現(xiàn)異源性成分，尤其表現(xiàn)為橫紋肌、破骨樣多核巨細胞分化時，代表了一種少見形態(tài)變異亞型[3]。在以上皮樣細胞為主時，組織形態(tài)相對均一，細胞呈多邊形，胞質豐富，核圓，細胞排列成假腺樣或實性巢片狀，混雜有纖維性間質成分，在20%的病例中可見到鱗樣分化，但往往與其他梭形、巨細胞成分混合[3]。當上皮樣細胞分化較差、巢片狀分布、伴大量淋巴及漿細胞浸潤時，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。腫瘤往往呈浸潤性生長，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)學變異型
鱗癌樣或表皮樣型瘤細胞分化呈鱗狀上皮樣，與普通鱗癌類似，細胞卵圓或多邊形，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]。
寡細胞型類似木樣甲狀腺炎，呈浸潤性生長，瘤內細胞稀少，梭形細胞類似纖維母細胞，核輕度異形，間質明顯致密硬化，可伴有梗死，少量淋巴細胞浸潤[3，5]。破骨巨細胞型類似骨與軟組織的巨細胞瘤，破骨樣巨細胞散在于單個核的腫瘤細胞中，巨細胞為反應性成分，具有單核組織細胞表型[3]。橫紋肌樣型特征為大的多邊形或卵圓形腫瘤細胞巢片狀分布，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胞背景中見巢狀、條索狀的上皮細胞，核大，染色質稀疏，空泡狀，核仁明顯[3，7]。
4 UTC的免疫表型與分子遺傳學特點
UTC的免疫表型復雜多樣，上皮源性標記角蛋白（CK）陽性率為40%～100%不等，單一的CK染色結果常不一致，通常聯(lián)合幾種CK套餐檢測可提高檢出率[1]。上皮膜抗原（EMA）主要表達于上皮樣或鱗樣分化細胞中（30%～50%），而間葉標志Vimentin在所有梭形細胞中都有表達[1，3]。腫瘤細胞不表達甲狀腺球蛋白（Tg）、促甲狀腺激素（TSH）受體、降鈣素及甲狀腺轉錄因子（TTF-1）等組織特異性標志，卻一致性強表達TP53[3]。近來研究發(fā)現(xiàn)，一種轉錄因子配對盒基因（PAX-8）在79%的UTC（92%為鱗樣分化）中有表達，而在頭頸部的其他鱗癌中不表達[3]。
遺傳學的累積效應是腫瘤發(fā)生與發(fā)展的始動效應，與其他腫瘤類似，UTC的分子遺傳學改變也是復雜多樣，但在眾多差異中又有其獨特性：①體細胞基因突變：主要發(fā)生于細胞信號轉導通路（如MARK，PI3K，Wnt等）的幾個節(jié)點[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，也遠低于狀癌的50%。相反，PIK3CA突變率達23%，遠高于其他癌。TERT啟動子的突變發(fā)生率為33%～50%，尤其在Braf或RAS突變患者，可能在疾病后期進展中發(fā)揮作用。在25%～60%的UTC存在CTNNB1（ -catenin）突變，影響細胞黏附與上皮間質轉化。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性，尚無特異性結果，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的生物學特點及結局不完全相關[3]。③表觀遺傳學改變：主要涉及DNA甲基化與組蛋白修飾、沉默基因表達等，在腫瘤的去分化與增殖異質性上發(fā)揮重要作用，但有關UTC的研究較少，僅陸續(xù)發(fā)現(xiàn)與分化相關的基因SLC5A5及NKX2-1甲基化。另外，在甲狀腺癌中，組蛋白H3的乙酰化呈高水平，利用組蛋白去乙?；种苿┛纱龠M甲狀腺癌細胞再分化，改善其對化療藥物的敏感性，說明UTC存在明確的潛在治療預期的表觀遺傳學改變[8]。
5 UTC的鑒別診斷
肉瘤樣或梭形細胞形態(tài)的UTC類似軟組織腫瘤，如無典型分化好的癌區(qū)域或在無法證實其上皮分化的前提下，僅從形態(tài)上兩者難以鑒別。對診斷UTC有重要提示作用的是：①腫瘤地圖狀柵欄樣壞死（類似膠質母細胞瘤的壞死）；②腫瘤侵犯大靜脈或動脈；③免疫組化的輔助作用。需要謹記的是，甲狀腺的原發(fā)肉瘤非常罕見，轉移就更罕見，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移，其次應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)學者的認可，在長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，有人推測在未分化成分中那些邊界清晰的玻璃樣變性硬化結節(jié)可能是分化好的癌成分退變結果。另外，從一些甲狀腺癌轉移灶中可以發(fā)現(xiàn)瘤細胞的去分化轉變，也支持此觀點[3]。然而，分子遺傳學研究顯示，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展。
參考文獻
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第8篇：表觀遺傳學的發(fā)展范文
關鍵詞 21-三體綜合征 無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷 核型分析 胎兒細胞
中圖分類號：R714.55 文獻標識碼：C 文章編號：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、胎兒超聲檢查結合母體血清學指標綜合計算得出相應的結果，其結果分為低危和高危[1]。對于高危人群，往往采取絨毛活檢或者羊水穿刺取樣，進行胎兒染色體核型分析獲得確切的結果明確診斷。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，這項技術被人們不斷探索并取得長足進展，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。該技術本身也存在一定的問題亟待解決，因此這項技術仍然在不斷的完善中，暫未大規(guī)模的應用于臨床。本文結合最近一段時間文獻相關報道的復習，對無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術應用于篩查21-三體綜合征的進展進行討論。
1 無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術實驗室檢測方法的進展
1.1 利用孕婦外周血中胎兒細胞診斷胎兒非整倍體異常
由于孕婦外周血中發(fā)現(xiàn)了胎兒細胞，故人們聯(lián)想到利用孕婦外周血中胎兒細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)的胎兒細胞類型多樣，主要有滋養(yǎng)細胞、胎兒有核紅細胞（NRBC）、淋巴細胞和粒細胞等。相對其他細胞來說，NRBC是單核細胞，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)學特點和特殊的細胞表面標志物，易于識別，因此被認為是理想的無創(chuàng)傷性產(chǎn)前診斷靶細胞[2]。
影響胎兒細胞應用于臨床診斷的因素，首先是獲得的胎兒細胞數(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進行無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷時，須對分離到的NRBC來源進行鑒定，以保證結果的準確性。起初常用的方法為FISH技術（即原位熒光免疫雜交）。但人們發(fā)現(xiàn)采用FISH方法時，大多數(shù)細胞難以進行熒光標記，且判讀結果依賴于人工，效率低下，這些因素都影響了孕婦外周血中胎兒NRBC在產(chǎn)前診斷中的應用。現(xiàn)階段提出可能的改進方法為尋找新的特異性標記物或改進胎兒細胞的收集方法?？梢栽O想，如果孕婦外周血中的胎兒細胞能夠培養(yǎng)成功，可以獲得足夠的應用于核型分析的胎兒細胞，再結合改進的FISH技術，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)突破性進展。
1.2 利用孕婦血漿中游離胎兒DNA檢測胎兒非整倍體異常
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占絕對優(yōu)勢，使用傳統(tǒng)的DNA提取技術和熒光定量聚合酶鏈式反應（Polymerase chain reaction， PCR）方法難以對胎兒染色體非整倍體異常進行準確診斷。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]。近年來表觀遺傳學的研究為這一設想提供了可能，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甲基化轉移酶的作用下使CpG二核苷酸5’-端的胞嘧啶轉變?yōu)?’-甲基胞嘧啶。DNA甲基化調控了基因的表達但并不改變基因的序列。一般情況下，DNA甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。2002年Poon等[4]利用甲基化特異性PCR方法，不僅從母體血漿中檢測到了胎兒從父系繼承下來的甲基化等位基因，還檢測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上存在不同的甲基化形式。這一結果為無創(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基因在胎盤細胞中處于低甲基化，而在母血細胞中處于高甲基化。因為胎盤是血漿中游離胎兒DNA的主要來源，而母血細胞是血漿中母體DNA的主要來源。推測利用胎兒和母血細胞之間存在的DNA甲基化狀態(tài)的差異，可以進行胎兒非整倍體的檢測。唐氏綜合征由于其發(fā)病率高而備受關注，為了尋找21號染色體的表觀遺傳標記，Hulten[6]采取了3種策略進行篩選，結果在21q22.3發(fā)現(xiàn)了3個差異甲基化序列。其中AIRE基因啟動子區(qū)域的CpG位點高度差異甲基化，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）重亞硫酸鹽測序的方法，系統(tǒng)性搜尋21號染色體上的甲基化位點，在114個CpG島中，有22個顯示出母體和胎兒間的表觀遺傳學差異。隨著這些表觀遺傳標記研究的不斷深入，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。
1.3 利用孕婦血漿中細胞游離胎兒mRNA檢測胎兒非整倍體
2000年Poon等[8]在孕有男性胎兒的孕婦血漿中首次檢測到Y染色體特異性鋅脂蛋白（ZFY）mRNA。此后多項研究證實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)后迅速從血漿中清除。據(jù)此推斷，利用孕婦外周血中游離RNA檢測胎兒異常是可行的。選擇細胞游離胎兒RNA進行無創(chuàng)傷性產(chǎn)前診斷的主要優(yōu)勢在于基因轉錄的mRNA的多拷貝性。另一個優(yōu)勢是胎盤表達的特異mRNA種類是母體任何組織都無法表達的，易于檢測。與前述的利用表觀遺傳學差異選擇胎兒特異的標記物一樣，分析胎盤來源的RNA類似利用胎兒DNA檢測Y特異序列或Rh D血型，母體血漿中完全缺乏這種物質，因此檢測不受強大的母體DNA背景干擾。
2 臨床應用中的相關問題
2.1 無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術是篩查還是診斷
回答這個問題牽涉到兩個方面，即向哪些人群提供這項技術以及如何使用這些技術。是否所有的孕婦都需要在早孕期進行該技術的檢查？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？影響這些問題的答案受制于多種因素如技術的精確性，可擴展性，實驗室檢查持續(xù)的時間和成本-效益。顯然，成本-效益無疑是非常重要的，這也是其中的難點之一。那我們有必要對所有的孕婦提供無創(chuàng)技術嗎？
在歐美國家，政府制訂的政策為所有妊娠婦女均需要進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，如果早孕期唐氏篩查風險高于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用于妊娠并發(fā)癥如子癇前期、胎兒宮內生長受限、胎兒心臟結構異常及其他遺傳綜合征等。在無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術的應用過程中，需要超聲提供胎兒準確的胎齡及胎兒的數(shù)量來確保檢查的準確性。在一些唐氏篩查策略非常完善的國家，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)前診斷技術作為序貫篩查的一部分，還是作為介入性產(chǎn)前診斷技術的替代品？這個問題屬于各個國家自主選擇的范疇，從全球范圍經(jīng)濟效費比（效用/費用的比例）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)濟學因素
無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷與侵入性產(chǎn)前診斷之間的關系是目前探討的熱點。無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷花費的多少取決于整個衛(wèi)生系統(tǒng)在唐氏篩查與診斷路徑中對于無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷作用的認識。在不同的國家，根據(jù)不同的特點采取不同的態(tài)度。顯然，隨著技術的發(fā)展，無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術的成本會不斷下降，而其檢測的精確性會不斷提高。
以英國為例，結合最新報道的文獻[10]，我們來探討無創(chuàng)技術在唐氏篩查策略中的作用。在這項研究中，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行無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷，如果無創(chuàng)檢測發(fā)現(xiàn)陽性結果則進行介入性產(chǎn)前診斷。如果以唐氏綜合征目前的發(fā)病率進行預測，則每50萬名孕婦中可能有1 389例唐氏兒出生。以目前英國早孕期唐氏篩查截斷值1/150計算，大約13 646名孕婦需要進行無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷，其中進行無創(chuàng)檢測陽性的1 305名孕婦需要進行絨毛活檢術，進行胎兒染色體和性別分析的檢查。13名孕婦手術出現(xiàn)流產(chǎn)（以1.0%的胎兒丟失率計算），1 169個唐氏兒能夠得到確診。如果以每個無創(chuàng)性檢測需要? 200，則全部的篩查與診斷費用需要? 29 700 000。
如果相同的早孕期唐氏篩查截斷值下，高危孕婦不做無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷，則所有13 646名孕婦均需要進行絨毛活檢術，發(fā)生流產(chǎn)的孕婦為136名，通過侵入性診斷可以檢測出1 181個唐氏兒。全部的費用需要? 31 800 000。通過該研究發(fā)現(xiàn)，采取無創(chuàng)性產(chǎn)前技術后，能夠降低正常胎兒因接受有創(chuàng)檢測發(fā)生流產(chǎn)的風險，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斷值提高，則顯然會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出，但總體的花費需要增加。舉例說明，如果篩查的截斷值為1/2 000，檢出率可以達到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出。如果每例無創(chuàng)檢測費用仍然為? 200，則總體花費達到? 46 200 000。如果每例無創(chuàng)的檢測費用降低至? 50，則該篩查方案的費用與目前早唐篩查1/150采取絨毛活檢方案的費用基本相似，但流產(chǎn)的風險更低，且有更多唐氏兒（167）能被檢測出。
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)前診斷技術的話，假設每例檢測費用在? 50，總體的費用甚至比序貫篩查更低。無創(chuàng)技術和早唐篩查相比有更高的檢出率（99.0%），該技術有1.0%的假陽性率，約6 300名孕婦需要接受絨毛活檢術，約為目前篩查方案需要接受侵入性檢測孕婦數(shù)目的一半。
直至目前，關于無創(chuàng)技術在產(chǎn)前的適用范圍仍然在進一步的討論中。目前的文獻報道中，該技術主要應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)前診斷技術存在的必要性。我們把無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術視為“高級篩查”，這同時也顯示，對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，研究對象多集中于唐氏高危孕婦而非普通人群。對于該技術精確性的評判需要進一步的研究。
從健康專業(yè)角度考慮，除非該項技術已被證明精確性非常之高，否則不宜在全球進行大范圍的推廣。但是這樣的觀點往往并不與孕婦的意見一致。顯然在對待無創(chuàng)技術的應用意見上，存在很多的分歧。一項來自英國的報道顯示，與專業(yè)醫(yī)生著眼于無創(chuàng)技術的準確性相比，孕婦更加愿意接受其顯著的安全性。與此類似的一份美國的研究顯示，孕婦對無創(chuàng)技術主要關注的是其安全性（75.0%），關注度遠遠高于精確性（13.0%）或更早的得知結果（7.0%）[11]。
2.3 倫理方面的討論
對于無創(chuàng)技術的倫理及社會學討論目前主要集中在以下方面：孕婦接受無創(chuàng)技術的檢測是否經(jīng)過充分的知情告知，對于終止妊娠數(shù)量增加所帶來的社會壓力等。令人擔心的一個問題是，孕婦往往并不清楚這項技術的方法與用途，僅僅簡單的認為是一項血液檢測。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心流產(chǎn)的風險。目前的序貫篩查方案由于侵入性產(chǎn)前診斷技術的風險使得孕婦在選擇接受唐氏篩查時，心理存在一定的阻礙。如果該方案降低了流產(chǎn)的風險，孕婦可能不難作出自己的決定。因此，將無創(chuàng)性技術引入到產(chǎn)前篩查中，有助于孕婦的知情決策。另一關鍵點是對醫(yī)學專業(yè)人員進行教育，以便能夠對患者進行正確的咨詢和指導。無論哪種篩查方案，無論何種技術，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。
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，多數(shù)是通過商業(yè)行為提供的。對于這些新技術，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、檢驗的成本、以及如何正確的解讀實驗室報告，但他們卻需要承擔對患者的咨詢。顯而易見的是，臨床醫(yī)生可能會過度把握無創(chuàng)技術的適應癥。從患者需求的角度看，無創(chuàng)技術由于其特有的優(yōu)越性，無須過多宣傳，患者的接受度會很好。因此，許多供應商把無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷作為抓住市場的重要機會。某些公司宣傳自己擁有該技術的全部知識產(chǎn)權，但目前法律上的訴訟并不完全支持這樣的觀點。隨著技術的不斷發(fā)展，法律上的糾紛并不會因此而減少。作為圍產(chǎn)醫(yī)學專業(yè)的醫(yī)生，應盡可能避免商業(yè)因素成為篩查策略的考慮因素，應該客觀的看待不同公司所提供的技術存在的利與弊。
3 小結
無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷技術無疑是一個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)展除了實驗室技術的進步以外，臨床迫切的需求和轉化醫(yī)學研究的開展也是其發(fā)展的主要推動力。然而，該技術要在全球范圍內廣泛得到推廣仍有漫長的道路要走。這項技術取得進展的同時，如何對它的應用范圍、技術局限有清晰的認識、如何對患者進行正確的臨床指導，有賴于進一步的研究和經(jīng)驗積累。正確有效的咨詢能夠使患者充分了解各項技術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。對于一個產(chǎn)前篩查平臺所要求達到的終極目標是能夠進行高通量的篩查，達到非常高的檢出率、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)前診斷技術顯然具有非常好的前景。
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第9篇：表觀遺傳學的發(fā)展范文
關鍵詞：誘導性多潛能干細胞（iPS細胞）；誘導性細胞；細胞治療
中圖分類號：Q813 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）05-0993-05
將已分化的體細胞重編程為類胚胎干細胞樣細胞的技術完成于2006年。Takahashi等[1]通過外源表達一組選擇性的轉錄因子導入成體小鼠成纖維細胞，最終確定最少有4種轉錄基因組合――Oct4（也稱Pou5f1、Oct3/4）、Sox2、Klf4和c-Myc可將成纖維細胞重編程為誘導性多潛能干細胞（iPS細胞）。從此iPS細胞的研究開始成為干細胞研究領域的熱門，并且iPS細胞的來源也越來越廣泛。利用iPS細胞誘導技術將終末分化細胞先誘導成iPS細胞，再進一步誘導成具有特定功能的細胞，如神經(jīng)細胞，心肌細胞等，稱為誘導性細胞。時至今日研究者已經(jīng)開始嘗將iPS細胞應用于臨床治療。
1 誘導性多潛能干細胞的研究進展
從iPS細胞誕生之日起，iPS細胞的研究就成為細胞研究領域的熱門。起初，研究者誘導iPS細胞時，iPS細胞的誘導效率極低，而且他們用的是4個轉錄因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，其中c-Myc還具有一定的致癌作用。后來經(jīng)過科學家們的不斷嘗試，開始用小分子化合物、miRNA、mRNA或蛋白質等導入細胞來誘導iPS細胞[1-6]，轉錄因子的個數(shù)也從4個減少到1個，甚至只用小分子化合物等物質來誘導iPS細胞[7-9]。近年來iPS細胞研究取得了突破性進展，如建立了人類疾病特異的iPS細胞，借助鋅指核酸酶和轉座子等介導的轉基因技術高效制備了無病毒的iPS細胞[10-13]。
從2007年Takahashi 等[2]和Yu等[3]先后將人的體細胞重編程為iPS細胞開始，多種人類成體干細胞被重編程為誘導性多潛能干細胞，但是直到2013年Trokovic等[14]才將人類骨骼成肌細胞重編程為iPS細胞，他們通過逆轉錄病毒載體（圖1）或仙臺病毒載體介導目的基因的異位表達，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胞達到和人類成纖維細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胞重編程為iPS細胞的誘導效率。
到目前為止，除了人之外，小鼠、大鼠、猴子、綿羊、豬的iPS細胞系均已建立[15-19]。
iPS細胞研究的意義重大，它不僅為多潛能干細胞[20]的獲取提供了新的途徑，而且避免了傳統(tǒng)胚胎干細胞研究中存在的倫理問題，同時還解決了免疫排斥反應問題，為細胞的體外培養(yǎng)和誘導提供了平臺（圖2），使人們在細胞和分子水平上研究人類多種疾病及其發(fā)病機理成為可能（圖3），也為相應藥物的研發(fā)提供了便利。正是由于iPS細胞技術使得整個細胞生物學研究發(fā)生了質的飛躍，所以Yamanaka榮獲了2012年的諾貝爾醫(yī)學獎。當然，目前iPS細胞的發(fā)生機制還不是十分明確，還有待深入了解，iPS細胞的誘導效率仍然很低，整個誘導過程相對繁瑣，費用比較昂貴，達到商業(yè)化、大眾化應用的地步還有些遙遠，這一切都有待進一步研究和開發(fā)。
2 誘導性細胞的研究進展
利用iPS細胞誘導技術，通過導入特定的轉錄因子組合，再加入一些小分子化合物等物質，將終末分化細胞先誘導成iPS細胞，再進一步誘導成具有特定功能的細胞，如神經(jīng)細胞、心肌細胞等，稱為誘導性細胞或誘導細胞。到目前為止，已經(jīng)在多種具有重要功能的細胞上誘導成功[21-23]。
2.1 誘導性造血和血管祖細胞
Park等[21]在改進的無飼養(yǎng)層的內皮培養(yǎng)條件下，利用了一組重組生長因子[骨形態(tài)發(fā)生蛋白4（BMP4）、血管內皮生長因子（VEGF）和纖維母細胞生長因子2（FGF2）]的最適組合，然后在成分明確的內皮細胞生長培養(yǎng)基（EGM-2）中附著低密度培養(yǎng)，用人類胚胎干細胞和人類誘導多潛能干細胞培育出大量的CD34+CD45+造血祖細胞（表1）。這些造血祖細胞出現(xiàn)在附著于內皮或基質的細胞層周圍，從某種意義上來說，這種方式與體內胚胎生血內皮的造血方式類似。雖然之前已經(jīng)證實由成纖維細胞衍生而來的hiPSC細胞系并不具備有效分化為造血內皮的能力，但是這個培養(yǎng)體系能夠使hiPSC具有和hESC一樣分化為造血內皮的能力。這個有效的分化體系可用于直接延時攝像和造血發(fā)生過程的時間進程研究等。
2.2 誘導性神經(jīng)細胞
Kuo等[22]在由海藻酸和多聚γ-谷氨酸（γ-PGA）以及表面神經(jīng)生長因子構成的水凝膠中將iPS細胞誘導成神經(jīng)元。這種由海藻酸和多聚γ-谷氨酸（γ-PGA）以及表面神經(jīng)生長因子構成的水凝膠在整個誘導過程中發(fā)揮著重要作用，而孔隙結構、孔隙度和溶脹比也有一定的影響。在這種水凝膠中，iPS細胞分化的形態(tài)學圖像（圖4）展示出神經(jīng)元的特點。在誘導iPS細胞向神經(jīng)元分化的過程中，表面神經(jīng)生長因子可以增強β Ⅲ微管蛋白的表達強度而抑制SSEA-1的表達強度。iPS細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染色和掃描電子顯微鏡來觀察鑒定。
2.3 誘導性心肌細胞
Jiang等[23]使用從Oct4-GFP-C57小鼠身上獲得的心臟成纖維細胞（Cardiac fibroblasts，CFs）感染逆轉錄表達重組因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）來誘導功能性心臟細胞（Cardiomyocytes，CMs）。以初代的小鼠胎兒成纖維細胞（MEFs）作為對照，試驗發(fā)現(xiàn)由CFs衍生而來的iPS細胞（CF-iPS）與胚胎干細胞（EBs）及MEF衍生而來的iPS細胞（MEF-iPS）具有同樣的生理學特性。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，進而將CF-iPS向功能性心肌細胞誘導。在模擬的心肌旁分泌微環(huán)境中，CF-iPS自發(fā)地形成可以跳動的EBs。這些分化而來的能夠自發(fā)跳動的細胞可以表達心臟特有的組織特異性轉錄和結構因素，而且顯示出典型的心肌形態(tài)學和電生理特征。
當然，除了上述誘導性造血和血管細胞、誘導性神經(jīng)細胞和誘導性心肌細胞外，還有其他的誘導細胞也已經(jīng)被人們所發(fā)現(xiàn)并認知。如Yamaguchi等[24]將小鼠的iPS細胞誘導成肥大細胞。
3 展望
iPS細胞自誕生之日起即受到人們的關注，iPS細胞的研究開創(chuàng)了細胞生物學的新篇章，也極大地促進了表觀遺傳學和胚胎生物學的發(fā)展，為人類再生醫(yī)學和特異的細胞治療帶來了更美好的希望。
如果供體細胞是來源于病人自身的體細胞，就可以避免免疫排斥反應問題，將這些體細胞先誘導成iPS細胞，進而再誘導成具有特定功能的目的細胞，理論上就可以用于臨床醫(yī)學和再生醫(yī)學，這樣就有望實現(xiàn)個性化治療。然而，到目前為止，誘導細胞的種類有限，誘導效率也有待提高，并且細胞的功能仍需要大量動物模擬試驗驗證。
目前，如何獲取更多的從終末分化細胞誘導而來的iPS細胞，并進一步誘導成具有特定功能的細胞成為熱點，對多種體細胞衍生的iPS細胞和多種新的培養(yǎng)誘導方法[25-28]也已經(jīng)進行了嘗試。
盡管這種誘導的功能性體細胞在將來可能具有較高的應用價值，但是其中的詳細機理仍需要探索明確。相信在胚胎干細胞研究、iPS細胞研究、現(xiàn)代基因組學和RNA組學以及蛋白質組學的發(fā)展和帶動下，在不遠的將來，越來越多的誘導細胞有望在臨床醫(yī)學和生物學基礎研究上發(fā)揮重要作用，從而加快再生醫(yī)學和動物組織工程的發(fā)展，同時，也能促進發(fā)育生物學、表觀遺傳學和細胞生物學等基礎研究的發(fā)展。
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