癌症个体化治疗的药理遗传学(上)
癌症个体化治疗的药理遗传学(上)
发表者：蔡文杰1775人已访问
摘要：相同剂量的药物可以在人群中产生异质性很大疗效及毒性反应。遗传因子在药效和毒性反应中有重大的决定性作用，药物遗传学的重点在于通过遗传检测预测肿瘤和正常组织对标准治疗的反应，从而为每个病人个体化治疗选择合适的药物及合适的剂量。本综述中，我们探讨了基因中单核苷酸多态性的关联，它们的基因产物作用于上游实际药物靶点，更确切地说是药物转运及药物代谢第一相和第二相的酶，或者是下游的凋亡基因和炎症趋化因子。相关基因的单核苷酸多态性是编码与抗癌药物相互作用的蛋白质，通常认为包括DNA生物合成代谢酶，DNA修复酶和有丝分裂纺锤体蛋白。单核苷酸多态性基因型是支持预测药物
疗效和毒性的重要概念。作为癌症化疗的效应，包括正常组织药物相关毒性是多因素相关的，先进的办法，如全基因组关联分析和药物结合途径识别比单基因的基因型有更高的预测能力。在临床常规诊断中应用药物遗传学，给医师以基因型为基础的治疗决策建议和风险评估是一个未来的挑战。
1. 概念：合适的病人的正确药物。
1.1药物遗传学和人类基因组
从所周知，我们在临床中可以看到相同剂量的药物可以在人群的疗效及毒性反应上有很大的异质性(Evans &Relling, 1999; Fagerlund & Braaten, 2001).。这种基因异质性可能在小部
份病人中导致不可预测的生命危险或致命的副作用(Rothen-berg et al., 2001; Sargent et al., 2001)。这些个体差异不能用某些因素来完美解释，如肝功肾功、病人年龄与合并症，生活方式或复方给药与病人依从性。因此基因成了决定药物疗效和毒性的重要因素。药物遗传学的目的是鉴定这些遗传因素。
2001年出版(Lander et al., 2001; Venter et al., 2001)的人类基因组草图显示了基因的巨大
变异。最近一份高度精确的只有少量未知片断和1/100000误差的基因组序列发表了(International Human Genome Consortium, 2004)。在基因组草图时估计的DNA编码区域是30000到40000，现在基因的数目已下降至20000到25000蛋白质编码基因，这个基因的数目可以充当未来几年药物遗传学研究的基础。可以预料的是药物靶点将戏剧性的增多。
药物遗传学这个术语在20世纪50年代出现，因为药物和异生物质两者的本质和疗效有了
明确的遗传学依据(Vogel, 1959)。在这些最初的研究中人们认识抗疟药和某些食物(大豆)能使G6PD缺乏的病人出来溶血危象。G6PD缺乏是世界范围内最常见的酶病。估计有4亿
人发病。虽然单纯G6PD基因修饰是最常见的酶活性减低的原因(超过140个不同变种)，
也发现了一些其他罕见的修饰如剪接位点变异(Beutler &Vulliamy, 2002; Efferth et al.,
2004a)。
药物遗传学的重点通过常规应用基因检测和早期获最检测标本对病人及肿瘤进行遗传分析
以预测药物疗效和毒性，可以用肿瘤活检标本或外周血。对每个病人个体按精确的辅助标志筛查试验选择最合适的药物给予最合适的剂量进行个体化治疗，这是人们对药物遗传学生物标志物所寄予的巨大希望。人们希望按某特定治疗的有效率对病人个体进行分类。
医药工业迫切期望按病人个体化的药物和剂量(Kirkwood & Hockett, 2002) 。药物研制是一个费时费力的过程。如果能够高度精确地预测剧毒那么很快就可以剔除候选化合物。即使候选药物的数目可能因为药物遗传学和毒理遗传学的进展而减少，应用这些技术的长期受益将使临床显著受益。
1.2癌症治疗的问题
癌症化疗的主要障碍是进展中的药物耐药和严重的副反应。由于多数抗肿瘤药物的相对特异性，正常组织同样会受损伤。这影响了应用足够高的剂量以清除低度敏感的肿瘤细胞株。因而肿瘤进展成药物抵抗并导致化疗失败，进而出现病人死亡的结果。新的分类通过分离有效剂量和毒性剂量以拓宽狭窄的有效血药浓度范围，将使癌症化疗大为受益。
因而，出现一个问题：哪个特殊的细胞抑制剂和哪一种联合方式对于一个肿瘤个体是最合适的？众所周知，治疗统计学有效是通过大宗临床试验得出的，但它无法预测对于某个肿瘤化疗有效。虽然临床病理学预测因子如肿瘤大小，淋巴结转移情况和远处转移对决定人群的预后是有价值的，但个体化治疗建议却是无任何帮助的。生物标志按肿瘤反应和正常组织的毒性对病人进行分类。个体化治疗的概念可以追溯到20世纪50年代(Cortazar & Johnson, 1999)，当前热门的分子生物学使我们相信分子途径的研究将促进个体化治疗的发展。癌症是一个多步骤的过程，致癌作用需要基因修饰的过程。与肿瘤和病人的复杂基因背景相比确定候选标志是相对容易的。
DNA序列的修饰和mRNA分子的表达以及蛋白质通常用于预测肿瘤对药物的反应(Scherf et al., 2000; Staunton et al.,2001; Volm et al., 2002a, 2002b, 2004; Ferrando & Look,2003; Verrills & Kavallaris, 2003)。基因组和蛋白质组通常用于研究正常组织对抗癌药物的反应(Efferth &Oesch, 2004; Suter et al., 2004)。代谢修饰技术(代谢组学)可能有助于研究在病人和肿瘤中抗癌药物的代谢途径作用(Schmidt, 2004)。借助代谢组学技术，一系列的小分子代谢产物作为生理学和病理学状态的示踪剂加以测量。通过这些方法获得的大量数据可能用于建立分子相互作用和基因调节网络，这可以预测药物疗效(Vadigepalli et al., 2003: Pommier et al., 2004)。这种用于治疗前标志筛选的未来“组学”技术可能有助于确定最大耐受和最有效的治疗方案，按肿瘤和患者的个体基因指纹选择最合适的剂量及给药时序。
2. 基因修饰的方式
多态性是DNA序列最常见的变异，从而导致编码基因的活性下降，但在某些个例中可以导致活性增强(Evans& Relling, 1999)。与体细胞突变不同的是它们是稳定和可遗传的。多态性包括单核苷酸多态性、微卫星序列和小卫星序列。单核苷酸多态性导致单碱基交换，从而使编码蛋白的氨基酸发生或不发生交换。单核苷酸多态性在人群中出现的频率大于1%，能解释超过90%的人类基因组中的变异。人类基因组中的单核苷酸多态性估计大约1百万至1千万(Sachidanandam et al., 2001; Botstein & Risch, 2003; Carlson et al.,2003)。50000到250000单核苷酸多态性位于编码基因中或位于其周围(Risch, 2001)。很多单核苷酸多态性不影响表现型修饰，只是为某些单倍体做了标志。它们因此可能成为重要的基因标志。微卫星序列(或串联重复)是长度在0.1至10KB的重复基因序列的多重拷贝。微卫星序列持续重复最多4个核苷酸的小片段(Danesi et al., 2001)。
等位基因是基因的候选形式。配子单倍体是基因位点等位基因的总和。如果不同基因位点的等位基因是非随机相联的，就称为“连锁不平衡”。单倍体和连锁不平衡图用于解释如癌症在内的疾病的药物反应表现型(Nagasu bramanian et al., 2003)。
与多态性相比，导致编码基因产物活性减弱的变异是少见的(<1%的频率)。变异表现为单碱基改变(无义或错义突变)，缺失，插入或基因重排。
本文只关注种系单核苷酸多态性作为影响抗癌药物疗效的遗传差别。单核苷酸多态性预测癌症易感性的危险，以及体细胞突变致癌或化疗敏感性的发展，等等都不在本文的讨论范畴。
3. 候补基因
3.1. 多因素的机制
按照以前的解释，对细胞抑制药物的抵抗是由多种因素决定的(Efferth et al., 1992;Efferth & Volm, 1993; Volm et al., 1993, 2002a, 2002b,2004; Verrills & Kavallaris, 2003)。尽管抗癌药物的这些因素在化学和物理结构，生物活性非常有争议，影响药效的机制大致可以分类为上游药物的实际靶点，或是下游的(Efferth & Grassmann, 2000; Fig. 1).
1．作用于上游机制包括摄取或排出的转移蛋白(如ATP结合盒式转运子[ABC转运蛋白]，叶酸还原载体［RFC］和核苷载体)和激活、灭活或解毒药物代谢酶(如I/II期酶)。代谢酶和载体分子通常对于某种抗癌药物没有特异性，却作用于各种庞大系列的异生药物，包括抗癌药在内。药物代谢酶可能影响药代动力学。这些酶不是理想的抗癌药物靶点，但对于通过这些酶代谢的药物来说可能有助确定合适的剂量方案，以提高治疗效果和避免副反应。
2．药物的靶点在DNA(和DNA修复机制)如烷化剂和铂类，以及RNA(RNA合成抑制剂如放线菌素D)和特殊的蛋白。
a. 喜树碱，蒽环类，鬼臼乙叉甙作用的DNA拓扑异构酶I/II；
b. 长春花碱类和紫杉类作用的微管
c. 抗代谢药物作用的DNA合成酶。单靶点的蛋白对应某种药物，如二氢叶酸还原酶对应于氨甲喋呤。然而，与整个DNA生物合成结构相关的蛋白对于激活药物的活性有关，这个道理是越来越明显了。所以我们的目的是找出所有抗代谢活性药物的DNA生物合成相关的酶、DNA代谢分子靶点。因为当前应用的多数化疗药物的靶点通常是针对增殖的细胞而不是针对特定的肿瘤细胞，增殖的正常组织如造血祖细胞，毛细胞、胃肠粘膜，生殖系统细胞等等，都会被损伤。因为大多数确切的细胞生长抑制药物的特异性低。近年来发明了大量以特殊方式靶向作用于癌细胞的候选药物，如抗血管生成药物(Dell’Eva et al., 2004; Underiner et al., 2004),，法呢酰基转移酶抑制剂(Johnston, 2001) 酪氨酸激酶抑制剂(Efferth & Volm, 1992; Efferth et al., 2004b; Smith et al., 2004) 细胞周期蛋白依赖酪氨酸抑制剂(Dai & Grant, 2004)等等。
4. 药物确切靶点和不同的细胞内位点的下游机制在药物损伤后启动。最重要的下游机制是凋亡。尽管被抗癌药物成功定点，它的异常仍可能导致耐药和及癌细胞存活(Efferth et al.,
1997; Pommier et al.,2004)。程序性细胞死亡不仅仅由相关凋亡级联蛋白直接调控，还与外界因素有关。因为趋化因子扮演着“生存因子” 的角色协助阻止凋亡，有利于化疗损伤后的肿瘤细胞生存和耐药(Lotem & Sachs,1996; Efferth et al., 2002).。
已知的上游、药物靶点和下游位点基因可能作为分析预测药物效果和毒性及癌症病人化疗后生存多态性的候选因素。这是一个实践进程而不是一个系统This is rather a practical approach than a systematic one.。一部份单核苷酸多态性仍是未知的，它们存在于人类基因组中，它们不位于已知的候补基因位点内也不在其附近，但显著地预测肿瘤对化疗的反应和病人的生存。作为人类基因组知识的扩展，多态性可能是预测抗癌药疗效和毒性的方法(图1)。
3.2上游机制
3.2.1药物运载体
3.2.1.1 ATP结合盒式运载体。
ATP结合盒式运载体家族有49个成员，大多数与疾病有关(Efferth, 2001)。与药物运载有关的ATP结合盒式运载体数量仍在增加(Gottesman et al., 2002; Gillet et al., 2004).。他们在药物吸收，组织靶向和药物清除中起决定作用。
3.2.1.2 P-糖蛋白(ABCB1, MDR1)。
肿瘤细胞过表达P糖蛋白意味着多药耐药，包括蒽环类，蒽二酮类，长春花碱类，紫杉类和鬼臼乙叉甙等等。P糖蛋白是一种通过降低胞内药物浓度到致死水平以下的方式达到耐药的外泵机制。在各种机制中翻转酶模式是最常见的：P糖蛋白逆浓度梯度把药物从胞膜的内小叶翻转到外小叶(Higgins & Gottesman, 1992)。P糖蛋白和它的编码基因，多药耐药基因Ⅰ(MKR1)在多种正常组织中如脑血管、肾上腺、肾、肝及胃肠道高水平表达(Fojo et al., 1987)。P糖蛋白参与形成血脑屏障、激素转运和与营养素同时摄入的外源性化合物的解毒。探索P糖蛋白/MDR1在癌症化疗中的临床应用成为研究的热点并在荟萃分析中进行评价(Efferth & Osieka, 1993; Trock et al., 1997)。虽然临床抗肿瘤治疗失败的原因是多方面的(Efferth et al., 1992; Efferth & Volm, 1993;Volm et al., 1993, 2002a, 2002b, 2004; Verrills &Kavallaris, 2003)，但P糖蛋白在耐药方面的主要作用是明确的。许多临床研究证明P糖蛋白/MDR1能预测化疗失败(Sauerbrey et al., 1994: Leonessa & Clarke, 2003;Mahadevan & List, 2004)。
目前ABCB1基因多态性有29种，在种族间它们的频率有较大的不同(Hoffmeyer et al., 2000;Ameyaw et al., 2001; Schwab et al., 2003; Honda et al.,2004)。在它们中G2677T/A SNP位于21号外显子，而G3435T SNP位于26号外显子，这两个因为降低P糖蛋白的表达及功能而成为研究的热点(Sakaeda et al., 2003; Schwab et al., 2003)。然而C2677T/A 多态性导致A893S/T氨基酸改变，C3435T变异体因为是一个沉默SNP，它的功能至今仍不清楚。目前研究这个SNP蛋白表达减少的多种可能原因，包括(1) 由于Ile密码子少有应用，导致转录减少。(2) RNA折叠的等位基因特异性差别，影响了下游mRNA的剪接。(3) 与其他编码SNP的连锁不平衡(Eichelbaum et al.,2004)。这两个SNP常常在所有人种中连锁，
虽然各人种人群中连锁的频率不同(Kim et al., 2001; Tanabe et al., 2001;Siegmund et al., 2002).。所以ABCB1 (MDR1)基因特殊的单倍体可以决定药物的效果和毒性。
G2677T 和C3435T单核苷酸多态性在药代动力学和药效动力学的作用仍然是有争议的，因为出现了不同的结果(Sakaeda et al., 2001; Goh et al., 2002;Illmer et al., 2002; Kim, 2002; Kurata et al., 2002; Efferth et al., 2003; Plasschaert et al., 2004; 还有很多其他的).这个差异不仅出现在抗癌药和MDR1 SNP在肿瘤中的作用，而且出现在强心苷，免疫抑制剂，HIV蛋白酶抑制剂，三环抗抑郁药以及其他药物中(Eichelbaum et al., 2004)。正常组织中的P糖蛋白表达对于不同系列各种药物的药代动力学及药效动力学起着重要作用。MDR1基因中的SNP介导的变异在药物反应中的作用需要进一步的研究。
虽然P糖蛋白的表达在正常组织中最多可达10个折叠的不同，而3435CC和3435TT纯合子基因型之间基因型相关的表达差异只有2个折叠(Hoffmeyer et al., 2000)。相似的，发现了G2677T多态性这个基因依赖的变异(Tanabe et al., 2001)。这显示了还有其他因子可能影响P糖蛋白的表达和功能。
3.2.1.3多药耐药相关蛋白(ABCC家族成员，MRPs)。多药耐药相关蛋白(MRPs)作为药物流出泵使细胞表达对细胞生长抑制剂耐药(Haimeur et al., 2004)。它的耐药功能表达与P糖蛋白/MDR1重叠但不相同。它们除了在耐药肿瘤中表达外，还在正常组织中高表达，如肺、睾丸、外周血液单核细胞等等。MRPs在细胞膜外侧，以及胞内的囊泡和高尔基体。它的作用是阻止药物进入囊泡以及细胞药物外泵。MPRs通过与谷胱甘肽结合的方式使药物和外源性化合物转位。就MRPs对临床肿瘤耐药和病人生存的作用而言，作为一种建议而未被确定(van den Heuvel Eibrink et al., 2000)。MRP基因的应用也是一样的。在MRP1和MRP2基因上经鉴定存在大量的SNP，一部份与家族性慢性非溶血性黄疸有关(Conrad et al., 2001;Ito et al., 2001; Perdu & Germain, 2001; Itoda et al.,2002; Suzuki & Sugiyama, 2002; Oselin et al., 2003)。这些SNP在药物转运上的作用还没明确。
3.2.1.4 乳腺癌相关蛋白(ABCG2 ，BCRP)乳腺癌相关蛋白(BCRP)最早在多药耐药乳腺癌细胞中发现(Doyle &Ross, 2003)。与P糖蛋白和MRP比较，BCRP作为一个ATP结合盒半转运子，在细胞膜表面形成二聚体。这个功能性二聚体从细胞内拉出一大类的药物和外源性化合物，从而介导多药耐药。它在许多正常器官中有表达，可能与以下作用有关：干细胞保护和调控，低氧保护机制(Sarkadi et al., 2004)。BCRP作为预测临床化疗和癌症病人生存的作用仍然值得研究(Sauerbrey etal., 2002; Diestra et al., 2003)。
研究表明ATP结合盒转运蛋白的氨基酸序列可能影响底物的特异性。体细胞突变是在耐药选择过程中产生的，这一点是明确的，和种系多态性是一样的。在59个人类肿瘤细胞株中，有3个BCRP CDNA变异已经明确(G34A代入甲硫氨酸成为Val-12[V12M], C421A 代入赖氨酸成为Gln-141 [Q141K]，and 944–949 deletion lacking Ala-315 and Thr-316 [D315-6]) (Imai et al., 2002). G34A and C421A变异是多态性的，944–949缺失是剪接变体，C421A BCRP转染PA317细胞株与野生型的BCRP转染者相比蛋白表达和耐药水平明显地下降，而转染表达相同的BCRP mRNA。G34A 或944–949缺失的BCRP转染PA317细胞株与野生型的BCRP转染者相比表达出相似或稍低的蛋白表达和耐药水平。这些结果从V12M 和Q141K的BCRP cDNA变异体转染LLC-PK1 细胞得到确证(Mizuarai et al., 2004)。
3.2.1.5 叶酸还原载体(RFC)。叶酸和抗叶酸载体通常由叶酸还原载体介导(RFC1)。这是一个集中的阴离子交换过程，与不依赖能量驱动的外泵过程相反。胞内的叶酸水平由两个过程的平衡决定。RFC1属于易化载体中溶质载体(SLC)-19家族，并代表哺乳动物细胞和组织主要叶酸转运和经典抗叶酸系统。(Sierra& Goldman, 1999; Bosson, 2003).
药物载体损伤是确定的氨甲喋呤耐药机制。RFC1基因内的SNP的作用在儿童白血病对甲氨喋呤耐药是原发还是获得性的尚不明确，文献的数据仍有争论。Laverdiere et al. (2002) 分析RFC1中的G80A SNP，结果是纯合子AA儿童的无事件生存比基因型GG的差。纯合子AA比其他基因型组的胞内甲氨喋呤浓度高，可能与降低细胞甲氨喋呤摄取有关。相反的，Kaufman et al. (2004) 发现只有3/246的儿童急性淋巴细胞白血病病例D56H 和
D522N SNP 影响甲氨喋呤耐药。
3.2.1.6 核苷转运子(hCNT hCNT) 这两类人类的核苷转运子分别是平衡型核苷转运体(hENTs)和浓度型核苷转运体(hCNTs)。hENT1和hENT2蛋白顺浓度梯度转运嘌呤和嘧啶。3个hCNT是特征性的，hCNT1-3，它们是Na+核苷协同转运子。hENT和hCNT介导以下药物的易位阿糖胞苷、吉西他滨、氟达拉滨、克拉屈滨、5-脱氧-5-氟尿苷，曲沙他滨和氯苯吩嗪(Damaraju et al., 2003)。在hENT基因，24 SNP已被确认。它们是否与药物转运和耐药有关尚不明确(Damaraju et al., 2003)。在hCNT1基因中，发现了58个SNP，其中有3个影响hCNT介导核苷结合和转运，它们分别是：S546P, 1153del, 和V189I (Gray et al., 2004)。
3.2.2药物代谢第1相酶
3.2.2.1细胞色素P450单加氧酶(CYP)。细胞色素P450单加氧酶(CYPs)是第1相的酶包括氧化，还原和水解外源性化合物(Gonzalez &Nebert, 1990)。CYP参与抗癌药的解毒，包括鬼臼乙叉甙，紫杉醇，长春花碱,三苯氧胺；也能激活无活性的药物前体，包括环磷酰胺(Kivisto et al., 1995)。人类基因组中有55个基因中CYP1A, CYP2B, CYP2C,和CYP3A亚家族参与抗癌药物的代谢。CYP命名的不同形式是基因超家族后接着阿拉数字代表家族(1-4)，字母代表亚家族(A-F)，最后一个阿拉数字代表独特的同工酶。CYP大部分在肝脏表达，肠道也有表达。由于某些抗癌药物(如环磷酰胺紫杉醇)经CYP的同工酶代谢，可以假定它们影响药物的疗效和毒性。(van Schaik, 2004)。CYP3A承担的近一半的CYP代谢活性。2种主要的CYP3A同工酶形式是CYP3A4和CYP3A5。儿科急性淋巴细胞白血病作为国家儿童癌症协会的一部份，观察了1204例患者的复发和毒性，并与CYP3A41B,
CYP3A5*3,和CYP3A5*6 SNP进行相关研究(Aplenc et al., 2003)。CYP3A基因型与复发风险不相关，CYP3A4*1B及CYP3A5*3变异与周围神经病变负相关。如果青少年肿瘤曾用过鬼臼乙叉甙治疗，在以后的时间内可能会出现二原发的白血病。研究表明在CYP3A4的5’启动子区域以及CYP3A4*V的SNP能减弱酶的活性，从而减弱鬼臼乙叉甙的代谢(Felix etal., 1998). 这是经过替尼泊苷或鬼臼乙叉甙治疗的儿科肿瘤病人的白血病危险上升的遗
传学解释。
CYP2C8通过6a-羟基化代谢紫杉醇。在同民族人群发现6个等位基因以变化的频率出现。CYP2C8*2仅在非洲和美洲人群发现，CYP2C8*3出现在高加索人种中(Naga subramanian et al., 2003)。第二种对紫杉醇的代谢能力较差。
抗血管生成药物沙利度胺通过CYP2C19介导的5-羟化过程激活。在前列腺癌病人中
CYP2C19*2纯合子的表现型是很弱的代谢能力，所以对沙利度胺的治疗无效。
3.2.3药物代谢第2相酶
第2相酶结合第1相的产物、其他中间产物、肾或胆排泄物的母体化合物。第2相酶包括谷胱甘肽S转移酶(GST), 尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UGT),、NADH醌脱氧酶(NQO)。
3.2.3.1. 谷胱甘肽S转移酶。GST结合谷胱甘肽到亲电子分子中，而且能氧化代谢产物。它们的作用是基因突变和致癌并影响细胞对抗癌药物的反应(Ketterer, 1988; Efferth et al.,1992; Volm et al., 1993; Tew, 1994; Efferth & Volm, 2005)。GST包括6个亚类：
α(GSTA), π(GSTP), μ(GSTM), ω(GSTO),θ(GSTT), and ξ(GSTZ)。GST基因有高度的多态性，包括无义变异(GSTM 和GSTT1),低活性变异(GSTP1),可变诱导能力的变异(GSTM3; Peters et al.,2000).不同人种间的基因缺失频率的差别是很大的(Chen et al., 1996).。无义基因型GSTM1 或GSTT1与多种肿瘤化疗后复发危险下降相关，包括：急性淋巴细胞白血病(Stanulla et al., 2000; Takanashi etal., 2003), 急性粒细胞性白血病(Naoe et al., 2002) 乳腺癌(Ambrosone et al., 2001),卵巢癌(Howells et al., 1998; Medeiros et al., 2003), 肺
癌(Sweeney et al., 2003a)。
无义表现型的SNP还与化疗疗效和患者生存有关。GSTT1纯合子基因型预示可以提高急性淋巴细胞白血病应用含糖皮质激素化疗方案的有效率(Anderer et al., 2000;Meissner et al., 2004)。乳腺癌患者在GSTP1基因中的I105V SNP对生存有预测价值。低活性的VV基因型的妇女接受环磷酰胺为基础的化疗方案有更好的生存率(Sweeney et al., 2000)。GSTP1预测乳腺癌患者化疗临床结果的作用最近得到确认(Yang et al., 2004)。Dasgupta et al. (2003)比较了多发性骨髓瘤采用标准剂量和高剂量化疗I105V基因型的作用。105VV纯合子患者的无进展生存期相对延长。高剂量组各基因型患者的治疗结果无差别。第105位以缬氨酸代替异亮氨酸降低了酶降解烷化剂的活性(Watson et al., 1998)。其它的SNP也与烷化剂耐药有关。GSTP1*A and GSTP1*B变异对神经母细胞瘤的治疗无影响(Bellincampi et al., 2001)。
在接受以5-Fu/奥沙利铂为基础化疗方案的结直肠癌患者中，可以观察到缬氨酸纯合子较杂合子及异亮氨酸纯合子有生存优势(Stoehlmacher et al., 2002)。最近的研究乳腺癌患者的5年生存率，有0-1个GSTA1*B等位基因比GSTA1*B/*B的要低(Sweeney et al.,2003b)。
除了与化疗疗效有关外，GST多态性对于预测药物相关毒性也有用。耳毒性是顺铂的一个常见的副作用。有GSTP3*B等位基因的患者顺铂所致的耳毒性风险增加(Peters et al., 2000)。应用大剂量化疗的急性粒细胞性白血病病人中，GSTT1阴性的纯合子比GSTT1阳性者，缓解的病例中，毒性相关死亡增加(Davies et al., 2001)。在GSTP1 105位点具有至少1个缬氨酸遗传特性的病例化疗后继发治疗相关的急性粒细胞性白血病危险增加。但放疗无类似结果(Allan et al., 2001).。
3.2.3.2．UDP葡萄糖苷酸(基)转移酶(UGT)。UGT催化亲脂性外源性及内生性化合物葡萄苷酸化，使它们更容易溶于水，从而加速清除。30种UGT亚型有重叠的底物特异性，有2个主要分类，UGT1 和UGT2 (King etal., 2000)。前体药物伊立替康(CPT-11)在肝内转变成有活性的代谢物，SN-38，这是一个治疗结直肠癌的DNA拓扑异构酶Ⅰ抑制剂，UGT1A1
结合SN-38成为无活性的SN-38葡糖苷酸，并通过肾和胆汁排泄。由于葡萄苷酸化的容量下降，SN-38介导的肠道损伤可能导致致命的腹泻(Gupta et al., 1994)。
在UGT1A1基因启动子的TATA盒中不正常的双核苷酸重复序列(5-8个重复)，使转录率减少，最终导致葡萄苷酸的减少(Innocenti et al., 2001)。UGT1A1转录率与TA重复存在负相关。在Gilbert’s综合征患者中发现了启动子多态性(大部份以(TA)7 重复称之为
UGT1A1*28 等位基因)，一种温和的遗传性非结合性血(内)胆红素增多症，是因遗传性疾病本身和CPT-11治疗的同时反应。(TA)n TAA启动子多态性在高加索人种中比亚洲人种更常见，高加索人种中外显子错义多态性更常见(G71R, R367G, Y486D, and P229Q;Sato et al., 1996; Beutler et al., 1998). UGT1*28等位基因与SN-38的曲线下面积(AUC)有关而且和
SN-38药代动力学相关的总胆汁酸水平有关(Sai et al., 2004).鉴别UGT1A1*28纯合子或杂合子在预测伊立替康的严重的副反应已经发表在临床研究中了(Ando et al., 2000; Iyer et al., 2002; Font et al., 2003; Marcuello et al., 2004a, 2004b)。Font et al. (2003) 报告了8/23野生基因型的非小细胞肺癌(34%)的疾病控制率(PR或SD)，而变异基因型相应为
(13/24)(54%)。此外变异基因型的生存率高于野生型。除UGT1A1外, UGT1A9亚型也参与了SN-38葡萄苷酸化。UGT1A9外显子中的G766A SNP导致D256N的氨基酸替换。这个SNP对于SN-38的葡萄苷酸化来说是无功能的(Jinno et al., 2003)。
3.2.3.3.NADH醌氧化还原酶1(NQO1) DT－黄递酶是由NAD(P)H醌氧化还原酶1基因编码的，还原蒽环类，醌胺和偶氮化合物，从而干预这些化合物的氧化-还原循环及活性氧的
生成。DT－黄递酶的水平在大多数肿瘤类型比周围正常组织高。肿瘤与正常组织之间的酶
活性差别致使蒽环类化疗在肿瘤中有活性，而在正常组织活性最低。丝裂霉素是由DT黄递酶激活的原型生物还原药物。
已知有三种NQO1等位基因：野生型和C609T、C465T变异型，分别命名为
NQO1*1,NQO1*2, 和NQO1*3。后者形成强力的蛋白水平和酶活性的还原反应。NQO1多态性决定的肿瘤细胞对蒽环类抗肿瘤药的敏感性(Winski et al., 2001;Pan et al., 2002).。播
散的肿瘤接受腹腔内MMC热疗，在接受最佳减瘤手术患者中，NQO1*1纯合子与杂合子和纯合子NQO1*2基因型比较生存率提高有显著性(Fleming et al., 2002).。另外，经放疗、
5-Fu静滴和丝裂霉素静推治疗失败的肛管癌中没有发现C609T多态性中的杂合子或纯合子变异等位基因的过度反应。这表明C609T不是治疗结果的主要决定因素。来自不同肿瘤外源性移植物的C609T SNP基因分型的研究显示，多态性状态和外源性肿瘤对MMC的反应之间没有关联。
C465T SNP在剪切体中结合U1小核酸体RNA后从5’剪接位点剪断共有序列。这导致缺乏外显子4的可变剪接的mRNA。缺乏外显子4的mRNA编码蛋白的催化活性最小，与其相符的是它缺乏这个外显子编码的醌结合位点。这种SNP导致该细胞系对MMC耐药(Pan et al.,2002).。MMC治疗后，在外周单核细胞和结肠肿瘤组织中，可以观察到足够长度的NQO1mRNA的水平提高了。但是转录变异(缺乏外显子4)的表达仍然存在(Yao et al., 1996)。
17-丙烯胺基-17-去甲氧基格尔德霉素(17AAG)是热休克蛋白90抑制剂。HSP90帮助其他
蛋白避免产生导致失活和聚集状态的错折叠。17AAG抑质热休克蛋白90导致重要的肿瘤
蛋白耗尽，它们包括Raf-1和变异P53。因为17AAG具有一个安沙霉素的苯醌结构，NQO1能影响它的抗癌活性。高水平的活性NQO1基因表达转染了DT黄递酶缺陷(NQO1变异)
的BE人类结肠癌细胞系，导致17AAG生长抑制剂活性增加的32-折叠。17AGG转染的细
胞系敏感性的增加同样在异种移植物中得到确认(Kelland et al., 1999)。监测NQO1多态性可能会预测肿瘤对17AGG的敏感性。
3.3药物靶点的相互作用。
3.3.1DNA生物合成和代谢
3.3.1.1巯基嘌呤S甲基转移酶(TPMT). 6 -巯基嘌呤(6-MP)和6 -硫代鸟嘌呤(6-TG)分别用于治疗急性淋巴细胞和急性单核细胞白血病。这些前体药由次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)活化成6 -硫代鸟嘌呤核苷酸(TGN)并混合入DNA中。巯基嘌呤S甲基转移酶通过S甲基化灭活6-MP和6-TG而阻止TGN的形成。经黄嘌呤氧化酶的氧化作用也能影响这些化合物。TPMT活性在肝和细胞中发现。已经发现了10个等位基因，其中TMPT*2 (G238C), TMPT*3A (G460A and A719G), and TMPT*3C (A719C)发现90%与减低酶活性有关(McLeod & Siva, 2002)。TMPT*3A主要在高加索人种中发现，TMPT*3C更常在亚洲人种、非洲人种和非裔美国人中发现的变异等位基因(Kham etal., 2002; Nagasubramanian et al., 2003).。这三个变异体加强了TMPT蛋白的降解(Tai et al., 1997)。
而90%的人类人群是正常酶活性的野生型TPMT等位基因。纯合子变异等位基因病人(<1%)产生高水平的TGN和应用标准剂量的6-MP 或6-TG有严重的骨髓毒性的巨大风险(Lennard et al., 1990; Evans et al., 1991, 2001; Alves et al., 1999; Relling et al., 1999a, 1999b, 1999c; Coulthard et al., 2000)。由于造血细胞没有黄嘌呤氧化酶的活性，TPMT是抵抗巯基嘌呤毒性的唯一挽救酶(Krynetski & Evans, 1998)。如果TPMT因变异等位基因而活性下降，高水平的TGN形成，并给造血组织带来有害的作用。这一类病人的给药剂量需较正常剂量减量1/10。杂合子病例具有中间的TPMT水平不，需要中间水平的药物减量。
减少TPMT活性提高继发肿瘤的危险，例如，白血病或脑瘤，如果6MP用于儿童急性淋巴细胞白血病治疗并联合颅脑照射或足叶乙甙(Relling etal., 1998, 1999a, 1999b, 1999c; McLeod et al., 2000)。如果在变异等位基因携带者的TPMT活性下降，TGN水平上升，然后TGN持续渗入DNA中，由拓扑异构酶Ⅱ介导的足叶乙甙诱导的DNA断裂或放射诱的DNA链断裂，导致所谓的染色体易位也是初始的致癌事件(Krynetskaia et al., 2000)。虽然增加了急性巯基嘌呤毒性和继发肿瘤危险，急性淋巴细胞白血病患者的酶活性下降而杂合子等位基因对6MP的反应提高并且对治疗的预后比野生型等位基因的患者好(McLeod et al., 1995;Lennard et al., 1990; Relling et al., 1999a, 1999b, 1999c)。就避免药物副反应而言，TPMT状态是最广泛应用于儿童治疗剂量调整的基因型之一。
3.3.1.2胸腺嘧啶核苷酸合酶(TS)。胸腺嘧啶核苷酸合酶(TS)，由甲基化辅因子组成，催化脱氧尿嘌呤一磷酸的甲基化(dUMP)成脱氧胸苷一磷酸(dTMP)。在5-氟尿嘧啶代谢成5-氟尿苷酸，这个代谢受TS制约并阻断dTMP的产生，从而阻碍DNA的生物合成(Rustum et al., 1997)。TS表达水平与肿瘤对5-Fu的敏感性负相关，TS是TS抑制剂的重要靶点，如雷替曲塞及其他抗叶酸药物包括甲氨喋呤(Johnston et al., 1995; Leichman et al., 1997; Peters et al., 2002)。
调节TS表达的是在TS基因启动增强子区5’端的一个28bp的序列，称为胸苷酸合酶5’启动增强子区(TSER)。文献报导了具有2,3,4，5和9个这种28bp序列的串联重复(TSER*2, TSER*3, TSER*4TSER*5, and TSER*9) 等位基因(Kaneda etal., 1987; Horie et al., 1995;
Marsh et al., 2000; Luo et al., 2002)。TSER*2 和TSER*3在所有人种人群中占优势，大量的重复可能只在非洲人种中出现。
重复的数量越多TS mRNA和蛋白的表达就越多(Kawakami et al., 1999)。大多数结直肠癌研究表明TSER*2纯合子比TSER*2/*3杂合子和TSER*3纯合子对5Fu为基础的化疗敏感，且预后要好。(Iacopetta et al., 2001; Marsh et al., 2001; Marsh &McLeod, 2001; Pullarkat et al., 2001; Villafranca et al., 2001; Etienne et al., 2002; Chen et al., 2003; Tsuji et al., 2003; Uchida et al., 2004)。Marsh et al. (2001)评估了TSER多态性对TS相关化疗敏感性的影响，24例转移性结直肠癌病人采用输注的5Fu方案。在获得CR PR的病人中40%是TSER*2纯合子，而相比之下无反应者中22%是TSER*2纯合子。中位生存期由TSER*2纯合子的16个月下降到TSER*3纯合子的12个月。这个结果在最近的2个研究中被证实，TS的基因型在研究中表明是一个无进展生存和总生存的独立预测因素(Lecomte et al., 2004; Marcuello et al., 2004a,2004b)。有研究发现了在TS启动子2和3重复的28bp序列对卡培他滨治疗结直肠癌有预后价值(Park et al., 2002)。卡培他滨由连续的三种酶转换成
5-Fu，最后一步由TS催化。急性淋巴细胞白血病用包含甲氨喋呤的维持治疗，TSER*3比TSER*2的复发和疾病相关死亡的危险性高(Krajinovic et al., 2002a, 2002b)。
有趣的是，确定了TSER*3的第二个重复中有种特别的SNP(命名为TSER*3RG)，它去除了USF-1(上游激活因子-1)的结合位点，上调TS表达，并预测5Fu治疗结直肠癌的结果(Mandola et al., 2003; Kawakami &Watanabe, 2003)。另一个多态性是在3’无翻译区的一个6bp缺失，终止密码子上游447bp (Ulrich et al., 2000)。另一方面，这个多态性能预测结直肠癌对含5Fu的方案敏感(McLeod et al., 2003)。在残存33残基中用酪氨酸替代组氨酸导致5氟2v -脱氧尿苷耐药(Barbour et al., 1992)。
3.3.1.3. 5,10 -亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)。5,10 -亚甲基四氢叶酸还原酶还原5,10 -亚甲基四氢叶酸成5 -甲基四氢叶酸。它作为DNA甲基化，高半胱氨酸和DNA生物合成的甲基供体。C677T (A222V)和A1298C (E429A)SNP纯合子较杂合子的酶活性下降(Frosst et al.,1995)。C677T/A1298C组合的杂合子的酶活性也是下降的。下降的MTHFR活性影响了胞内的叶酸池，这个多态性能介导用抗叶酸药治疗的病人的毒性增加。在CT 和CC基因型的慢性单核细胞白血病接受干细胞移植经过甲氨喋呤化疗的病人中，MTHFR 677TT基因型与口腔粘膜反应的高风险相关(Ulrich et al., 2001)。比较了急性淋巴细胞白血病和卵巢癌的结果。TT等位基因的病人具有甲氨喋呤治疗不耐受提高(Chiusolo et al., 2002; Toffoli et al., 2003)。在MTHFR多态性而接受甲氨喋呤和5Fu联合化疗的乳腺癌女性中有严重的骨髓毒性(Toffoli et al., 2000)。MTHFR基因型也影响了乳腺癌和结直肠癌对含5Fu方案化疗的敏感性。677TT等位基因的患者较其他基因型患者要敏感(Cohen et al., 2003; Sohn et al., 2004)。用氨甲喋呤治疗的急性淋巴细胞白血病也有同样反应(Taub et al., 2002)。在多种实体瘤中677TT能预测雷替曲塞化疗的毒性(Stevenson et al., 2001)。最近的研究表明，208例非小细胞肺癌中CC基因型的患者比TT基因型的纯合子和杂合子的患者疾病进展时间要长(Alberola et al., 2004)。
3.3.1.4 二氢嘧啶脱氢酶(DPYD)。二氢嘧啶脱氢酶(DPYD)作为尿嘧啶和胸腺嘧啶分解代谢的限速酶，它在肝内将大多数5-Fu降解成5、6二氢-5-氟尿嘧啶(Wasternack, 1980; Heggie et al., 1987)。患者中的酶活性差别很大，DPYD缺乏时导致5Fu的半衰期延长，并出现严重的神经和胃肠道毒性(Diasio et al., 1988; Gamelin et al., 1999)。
迄今为止，已经有39个DPYD多态性和变异被发现，但大部分对酶活性的影响仍不明确。一致的观点是，在DPYD外显子14的侧方GT 拼接供体位点由G>A转换形成DPYD*2A 等位基因(IVS14+1G>A)。这种多态性是最多见的。这个变异导致外显子14跳跃，并形成在0.9%的高加索人群中的无活性蛋白(Raida et al., 2001; van Kuilenburg et al., 2001)。杂合子病人的酶活性下降，从而导致5-Fu 相关毒性增加，这个结果在部分研究中出现，但不是所有研究结果都是一致的(Wei et al., 1996; Yamaguchi et al., 2001)。DPYD基因型变异因为其他与5-Fu毒性有关的假阴性机制而使结论受到限制(Collie-Duguid et al., 2000; van Kuilenburg et al., 2002a, 2002b; Van Kuilenburg, 2004; Zhu et al., 2004)。
3.3.1.5胞嘧啶核苷脱氨酶(CDA)。Schro ¨der et al. (1998)报导了在未治疗的急性单核细胞白血病(AML)中胞嘧啶核苷脱氨酶的中等活性，比难治的AML株活性低。而且CR病例明显低于经诱导化疗后抗拒的病例。9例难治性AML患者的cDNA序列分析，3例患者显示了变异不相容性。Yue et al. (2003) 在人类胞嘧啶核苷脱氨酶基因中发现了3个已知的
(A79C, G208A, T435C) 和1个新的SNP(A70T)，标本来源于52例白血病/淋巴瘤和169例对照血样。70T多态性分别降低了胞啶和阿糖胞苷的底物活性。
3.2.2DNA修复机制
由于DNA修复酶的作用是矫正由抗癌药物所致的损伤，并假设DNA修复基因的多态性会影响治疗结果。人类细胞内有5种主要的DNA修复途径，全部与抗癌药物抵抗有关。
1. 直接移除基因损伤，通过O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶(MGMT)，导致对氮烯唑胺、替莫唑胺、亚硝基脲氮芥、链佐霉素的耐药(Belanich et al., 1996; Glassner et al., 1999; Gersson, 2002; Middelton &Margison, 2003)。
2.基于切除修复形成的对丝裂霉素C、马磷酰胺、苯丁酸氮芥、1,3 -二（2 -氯乙基）- 1 -亚硝基脲的耐药(Allan et al., 1998; Ochs et al., 1999; Panasci et al., 2001)。
3.核苷酸切除修复是顺铂和苯丁酸氮芥耐药的主要原因(Reed, 1998; Panasci et al., 2001, Rosell et al., 2002).
4. DNA错配修复与顺铂、阿霉素、足叶乙甙、6 -巯基嘌呤、6 -硫代鸟嘌呤、马利兰、甲基苄肼和替莫唑胺耐药有关(Drummond et al., 1996; Fink et al., 1996, 1998; de las Alas et al., 1997; Vaisman et al., 2002)。
5.双链断裂修复：同源重组导致氮芥耐药，非同源末端连接致使苯丁酸氮芥耐药(Panasci et al., 2002)。
3.3.2.1 O6-甲基鸟嘌呤-DNA 甲基转移酶(MGMT)。抗癌药物能在O6位上烷化鸟嘌呤，导致GC转换突变成AT。因此，MGMT蛋白2区，作为这个基因的修复蛋白，将鸟嘌呤的O6位转换成这个蛋白的145位半胱氨酸。这个影响使酶活性不正常，因为蛋白O6烷基化成为C145的灭活方式是不可逆的(“自杀酶” Mitra & Kaina, 1993))。导致癌细胞对以下抗癌药耐药，使DNA甲基化(氮烯唑胺，替莫唑胺)或氯乙醇化(BCNU) (Glassner et al., 1999).多种MGMT抑制剂的机制是作为MGMT 伪受质。O6-苄基鸟嘌呤及其衍生物以灭活蛋白为目的和使肿瘤细胞对O6烷化抗癌药恢复敏感性(Dolan et al., 1990; Kaina et al., 2004).。
用非烷化MGMT的晶体结构，建立由SNP编码的变异蛋白分子模型(Schwarzl et al., in press)。大部分变异定位在DNA结合区(A121E, A121T, G132R,和N123V)或有活性的
C145(I143V and G160R)附近。此外L84F变异可能影响Zn2+的结合。W65C是不稳定的。存在15%日本人群(Imai et al., 1995)中的G160R多态性，比野生型等位基因被O6-苄基鸟嘌呤灭活明显地减少(Edara et al., 1996)，提示存在着O6-苄基鸟嘌呤耐药的病人亚人群。
随后在美国有一个对健康个体的研究表明这个SNP在无癌症人群中的比例是1.6% (Wu et al., 1999)。这个结果指出病例人种来源对治疗感兴趣基因存在与否的重要性。Ma et al. (2003) 证实2个新的SNP，分别位于外显子3(L53L and L84F)和外显子5(I143V/K178R)，不降低MGMT的DNA修复活性。在黑素瘤病人中这些SNP与临床疗效的并没有显著相关。
3.3.2.2 X线修复交叉互补组1(XRCC1). X线修复交叉互补组1 与DNA连接酶相互作用，与DNA多聚酶B和多ADP-核糖聚合酶形成复合物，参与碱基切除修复，修复氧化的DNA 损伤，烷化剂的非大分子加合物。晚期结直肠癌携带至少1个谷氨酰胺的R399Q SNP变
异等位基因有5.2折叠，对奥沙利铂/5Fu无反应的危险增加(Stoehlmacher et al., 2001)。Stoehlmacher et al. (2001)对61例病人进行XRCC1基因密码子399多态性位点进行基因分型。研究发现了位于10号外显子的R399Q的多态性，在11例有效的病例中，有8例(73%)是RR基因型，3例(27%)是杂合子(RQ)；在10例进展的病例中，3例(30%)是QQ变异基因型而5例(50%)是杂合子；稳定的病例中，15例(38%)是R等位基因的纯合子，23例(58%)是杂合子，2例(4%)是Q等位基因的纯合子。103例Ⅲ期(54%)和Ⅳ期(46%)非小细胞肺癌用以铂类为基础的化疗方案，XRCC1变异等位基因与短的总生存相关(Gurubhagavatula et al., 2004)。XRCC1 399密码子的RR表现型与放疗导致的皮下纤维变性危险性增高相关(Andreassen et al., 2003)。
3.3.2.3切除修复交叉互补基因1和2(ERCC1 and ERCC2)。ERCC1基因编码在核苷酸切除修复途径所需的一种解螺旋酶。已经明确的不同DNA修复能力需要这种基因的多态性。在卵巢癌细胞株中发现一个静息SNP C118T(Yu et al., 1997)。各种C>T转换编码都是同
一氨基酸(天冬酰胺)，虽然TT基因型可能与减少一半的密码子使用和ERCC1mRNA产物
减少有关(包括后续的蛋白翻译)。这个SNP可能与DNA修复功能的下降有关(Yu et al., 2000)。铂类是晚期NSCLC标准化疗方案，铂类所致的DNA损伤由ERCC1修复。2个最的的研究表明ERCC1 118C等位基因纯合子的病例与更好的生存率相关(Isla et al., 2004; Ryu et al., 2004)。
在用5Fu+奥沙利铂化疗的结直肠癌，D751Q而不是C156A和D312N SNP，外周血淋巴细胞中的ERCC2(着色性干皮病基因d组XPD)与预后相关。KK纯合子比杂合子或QQ纯合子有较好的化疗疗效和较长的生存期(Park etal., 2001) 。，以顺铂为主方案化疗的非小
细胞肺癌，包含K751Q ERCC2基因型比包含K751K ERCC2基因型患者的疾病进展时间明显增高(Rosell et al., 2003)。最近报导了相反的结果，非小细胞肺癌病例以顺铂为基础的化疗方案，ERCC2/XPD 变异等位基因与总生存下降(Gurubhagavatula et al., 2004; Ryu etal., 2004).
3.3.2.4人类同源突变基因2 (hMSH2) Worrillow et al. (2003)分析不论6或13位外显子T>C在人类同源突变基因2，DNA错配修复基因多态性调节对初治用O6鸟嘌呤-烷化化疗
的继发性白血病的敏感性。该试验组为环磷酰胺+甲基苄肼化疗，对照组未经该化疗，与对照组比较C突变等位基因出现治疗相关的急性单核细胞白血病有显著过度反应。表明了此
等位基因的非无功能DNA错配修复缺陷起调节烷化耐受的作用，这诱发了由DNA错配修复无功能变异导致的二原发白血病的发生。
3.3.2.5人类同源重组21基因，人类同源重组21基因(hHR21)的功能包括DNA双链断裂修复和姐妹染色体粘连。在这个基因中已知有2个SNP，T1440静息等位基因的氨基酸序列没有改变；另一个是鸟嘌呤转换成腺嘌呤的(G1441A)，在放疗反应特别严重的病人中发现(Severin et al., 2001)。这个SNP是否与抗癌药所致的DNA双链断裂有关尚不明确。
3.3.3. 有丝分裂纺锤体
长春花碱类和紫杉类的靶点β微管蛋白，在现有细胞株中已知是加强对微管药物耐药的因素。微管蛋白是纺锤体的主要结构。在临床病例中，微管蛋白基因的DNA序列变异是有争议的，因为这个基因最早的临床观察结果来源于包括无功能β微管蛋白的假基因。已知至少有9个这样的假基因，都具有与功能基因共同的同源序列(Berrieman et al., 2004)。后来的研究结果表明β微管蛋白变异在临床病例中是少见的，而且与药物耐药可能无关(Sale et al., 2002; Lamendola et al., 2003; Maeno et al.,2003; Urano et al., 2003)。
3．4下游机制：
凋亡相关基因和趋化因子
诱导凋亡的启动有2个主要途径(Schimmer et al., 2001; Green & Kroemer, 2004)。外源性及内源性凋亡途径都由抑癌基因P53调节(Haupt et al., 2003)。肿瘤坏死因子家族的成员可以启动受体介导的外源性途径。FAS/CD95/APO-1是这些死亡受体中最主要的成员。线粒体内源性途径由压力信号或失去生存信号激活。BCL-2基因家族参与线粒体的凋亡调节。这个基因家族的不同成员以同二聚体或异二聚体的形式起作用，无论是抗凋亡(如, BCL- 2, BCL-xL, BCL-w, A1, MCL-1, 和BOO)或启动凋亡(如., BAX, BclxS, BAK, BOK, BIK, BAD, BID HRK, and NOXA)。线粒体外膜通透性导致蛋白酶激活分子的释放。结果，起始凋亡蛋白酶激活效应凋亡蛋白酶，最终使细胞凋亡。抑癌基因p53, FAS, BCL2等成员和酶也参与药物耐药的产生(Volm & Mattern, 1995; Kooma ¨gi & Volm, 1999; Volm et al., 1999; Pommier et al., 2004)。它们作为肿瘤治疗反应和病人生存时间预测因子的价值是过去的几年里努力的方向(Baekelandt et al., 2000; Deng et al., 2001; Ravandi et al., 2001; Konstantinidou et al., 2002; BorresenDale, 2003; Iacopetta, 2003; Martin et al., 2003; Schimmer et al., 2003; Botti et al., 2004)。
3.4.1.抑癌基因P53(TP53)
50%人类癌症存在体细胞抑癌基因P53突变，P53的改变是一个重要的致癌促进因素(Hofseth et al., 2004)。作为对DNA损伤的反应，P53调节使细胞周期停滞，DNA修复，细胞凋亡从而保护基因组的完整性。另外在致癌作用中，抑癌基因P53的变异使肿瘤细胞对化疗耐药(Peller, 1998; Weller, 1998)。P53的同系物，P63和P73由细胞生长抑制剂激活(Irwin, 2004)。
有趣的是，除了体细胞突变外TP53的种系SNP已经明确。3/42德系血统遗传性乳腺癌妇女中，发现13,964位点(G13964C)G>C碱基突变(Lehman et al., 2000)。2株从这种SNP
病人来源的永久生存的类淋巴母细胞对顺铂治疗耐药并降低药物诱导的凋亡。外显子4编码的精氨酸(72R)或72密码子的脯氨酸(72P)的P53多态性抑制同系物P73。(Bergamaschi et al., 2003)。用顺铂为基础的联合化疗方案的疗效，72R SNP比72P SNP的头颈部癌要差P(Bergamaschi et al., 2003)。Sullivan et al. (2004)报导了带有野生型P53基因鳞癌放化疗的疗效更好。43例不能手术后晚期头颈部鳞癌病人，接受以顺铂为基础的化放疗，这些病例带有野生型P53等位基因，CR显著性地与是否带有野生型P53 72R等位基因，野生型P53 72P或两者都有。具有72R等位基因的个体CR率最高(27/28)。不论是总生存还是无进展生存时间，有一个野生型P53等位基因的病例明显优于缺乏野生型等位基因的。这个临床结果与体外的数据相符。在培养的细胞中，同等剂量的药物攻击后表达72P野生型P53细胞被阻止在G1期，很少诱导凋亡；而表达72R的变异株却引起广泛的凋亡(Bergamaschi et al., 2003)。
3.4.2.BAX
纯合子G(-248)A多态性位于BAX基因的5’非翻译区，慢性淋巴细胞白血病I–IV期病例69%具有这种多态性，而0期病例只有5.5%，正常对照组只有4%。它与蛋白表达，肿瘤进展，和未能达到CR有显著相关(Saxena et al., 2002)。
3.4.3. FAS/CD95/APO-1
Beltinger et al. (1998) 检验了81例新生儿T细胞急性淋巴细胞白血病(T-ALL)，包括54例类固醇反应不佳者，10例复发的T-ALL，和10株t细胞系的FAS变异的出现率。在1例病人的白血病细胞和正常T细胞中观察到，FAS外显子3杂合子变异引起的P68L改变与FAS介导的凋亡减少相关。第2例白血病和正常T细胞中检测到，FAS启动子的纯合子变异，引起AP-2结合的共有序列断裂，但未引起FAS结构表达的下降。在复发的病例中未发现变异。
活检标本分别获取的时间为，滤泡中心性淋巴瘤确诊时，复发时，还有形态学转化成弥漫大B细胞淋巴瘤时，检测FAS变异(Do et al., 2003)。检测到10个多态性，只有4个是先前有报导的。9个多态性位于非翻译区，而1个无效突变位于外显子7。从滤泡中心性淋巴瘤高级别转变到弥漫大B淋巴瘤既没有杂合子的缺失也没有新的变异发生。
3.4.4. 肿瘤坏死因子(TNF)和白介素-10(IL-10)
TNF诱导凋亡，白介素-10抑制白血病细胞凋亡(Bruserud et al., 1995; Kitabayashi et al., 1995; Yagita et al., 2004).血清水平中TNF和IL-10与血液肿瘤的治疗结果相关。123例ALL 儿童的TNF和IL-10多态性和初始治疗反应的联系以及复发危险研究，显示在IL-10 G/G 基因型病例对强的松无效的保护效应，相反复发危险与IL-10基因型无联系(Lauten et al., 2002)。研究表明表达TNF2等位基因的强的松无效病例比无表达TNF2等位基因的病例复发危险性高。所以IL-10基因型可能影响儿童ALL强的松的疗效，而TNF基因型可能影响高危ALL病例的复发危险(Lauten et al., 2002)。
TNFa4可能是霍奇金淋巴瘤对化疗耐药和预后差的标志。TNFa4(一种与粒细胞低TNF 主量有关微卫星等位基因)出现的机率，在化疗有效的病例中比无效的病例明显增高。至于
治疗2-5年后肿瘤复发，复发病例的TNFa4出现率显著高于没复发的病例(Libura et al., 2002).。
3.4.5. 白介素-6 (IL-6)
白介素-6除了作为生长因子外，还影响对化疗的反应。IL-6通过包括BCL-xL表达的抗凋亡途径阻止细胞崩解，通过上调如谷胱甘肽S-转移酶和曼根依赖性超氧化物歧化酶等解毒酶增加DNA修复和减少分子基团激活(Mizutani et al., 1995; Schwartze & Hawley, 1995; Efferth et al., 2002).
IL-6启动子区域多态性通过调节基因转录来调节其血清水平。在174位点将胞嘧啶换成鸟嘌呤的单核苷酸多态性，与减少转录和提高包括冠心病和几种自身免疫病等良性病的疗效有关。TNF-a炎症细胞因子同时也对调节IL-6的转录有作用。IL-6(-174G>C)或TNF-A(G-238或G308)基因多态性可能与高危乳腺癌患者(确诊时4个以上淋巴结阳性，蒽环类为基础的辅助化疗，高剂量多药化疗后干细胞移植)的预后有关。在-174位点IL-6启动子至少1个C 等位基因的病例比G/G纯合子明显与总生存和无病生存相关。经过对ER状态，受累淋巴结数目，肿瘤大小的校正后，携带有G/G基因型有2.1个折叠的病例比携带C等位基因的病例治疗失败率增高，2.6个折叠者的死亡率提高。ER状态调节IL-6的多态性：携带有C 等位基因的(G/C或C/C)和肿瘤ER阳性的无病生存和总生存都是最好的。携带有G/G基因型或肿瘤ER阴性提高治疗失败和死亡的危险，而在同时携带有G/G基因型及ER阴性者将进一步提高。TNF-A -308和-238多态性与无病生存及总生存无关。-174位点上的IL-6启动子多态性与淋巴结阳性接受大剂量辅助化疗的乳腺癌患者的治疗结果有关。IL-6基因型调节ER状态对疗效的影响。这个结果支持IL-6在控制乳腺癌微转移中有重要作用的假说(DeMi chele et al., 2003)。
4.展望：我们是否已经临近了以基因为基础的医学新时代？
4.1. 药物途径分析
目前的候选基因为基础的方法要求先验知识并选择小量的候选基因作为假设研究。人类复发要的机能紊乱如癌症，由多种基因因素而不是单因素导致的。这阻碍了预测肿瘤药物反应和正常组织毒性的可靠性，因为理解所有多因素中因子的精细作用仍是有限的。全基因组连锁分析可能是更系统化的处理方法，以发现可能隐匿基因的基因组区域，这些隐匿基因决定化疗的细胞毒性。这已经由Watters et al. (2004)作为范例，他对一个影响5Fu对细胞作用的数量性状遗传位点定位到染色体9q13-q22,2个影响多西紫杉醇对细胞作用的数量性状遗传位点定位到染色体5q11-21和9q13-q22。明确界定的近交系小鼠品系可能对绘制影响药物疗效基因的全基因组图有用(Watters & McLeod, 2003)。这种方法的优势如下：
1．近交系中可以减少基因的复杂性；
2．通过标准化动物的喂养条件减少饮食和环境对药物反应的影响。
3．人和鼠基因组的高度相似性。
通常，蛋白质在复杂的网络中起作用。对这个问题的另一个争论是多个基因的多态联合导致共同通道可能比单个基因的SNP更能影响治疗反应(Ulrich et al., 2003)。5Fu的代谢途径包含了29个基因产物(Marsh & McLeod, 2004)，可以作为这个问题艰巨性的例证。和5Fu类似的药物能模拟天然分子并进入预先存在的生物路径，其他生长抑制剂可能有其它更不平常的生物途径。汇编药物相关途径的状况将更复杂，甚至估计对一个癌症个体中有多少单个的候选基因参与药物反应。候选基因的多个SNP实用的基因分型最近已出现(Krajinovic et al., 2002a, 2002b; Ulrich et al., 2003; Stoehlmacher et al., 2004)。
由于整体的药物途径分析可能比单基因的方法在预测肿瘤药物反应和正常组织毒性时更可靠，SNP基因型将与药物途径分析同时进行。联合药物途径分析和多SNP检测的复杂性要求尖端的生物信息学工具和高通量的基因分型技术(如MALDI-TOF, FP-TDI, SNP微阵列和焦磷酸测序技术)以便能完成大规模生成和处理数据，并从扩展的数据集提取有意义的信息。复杂而可靠的SNP结构和人类基因组的单倍体图将推进患者个体的预测基因分型(Marsh et al., 2002)。
除细胞核内DNA多态性外，线粒体DNA的序列变化可能也和预测药物疗效相关。Peters et al. (2003) 发现了线粒体单倍群J与顺铂诱发的听力损伤。线粒体DNA在药物遗传学研究中常被忽视，可能在预测药物反应方面有应用前景。
4.2.临床决策
由于缺乏以基因型为基础的治疗决定建议和专科医师对风险的评估，药物遗传学进入临床常规诊断还是有限的(Oscarson, 2003)。
许多开放式问题和未解决的问题阻碍了SNP基因分型在临床中的应用。
1. 质量控制：精确的表现型分型是很困难的，而精确分型可以将与生物标志相关的假阳性和假阴性降到最低。表现型异质性是影响表现复杂的生物标志发展的缺陷。
2. 在药物遗传学标志应用于临床常规诊断前，它们必须通过实验体系验证。接着必须用回顾性和前瞻性分析评估其临床价值。这是一个要花费多年时间的过程，而候选标志可能在这过程中落选。
3. 哪一个候选基因的哪一个SNP对预测是最有用的。除高度相关的多态性外，许多低危的多态性的联合作用参与的途径也不得不考虑。
4. 在临床中应用哪一组SNP是最合适？对于不同癌种的基因分型不同组的SNP是否有用？
5. 因为相同的基因型的基因表达和酶活性可能有很大的变化，决定了3个所有参数可能对药物疗效提供了更有用预测作用。
6. 危险的评估标准和阀值必须确定。
7. SNP应该确定低到中度的危险因素。临床医师必须衡量一个治疗的副反应危险与潜在受益。
8. 人种变异：SNP的分布和频率在不同人种是不同的，在一个人种研究的结果在其它人种中未必是有效的。
总之，在临床诊断中执行SNP基因分型的努力将导致对精确医嘱的定义，这将使开业医师对治疗及危险评估作出决定。现代常规临床诊断与药物遗传学的结合仍是有限，这一点并不让人惊讶。事实是我们正处于以遗传学为基础的治疗策略发展的初级阶段，这将使病人的治疗选择改善。
除了科学上和临床上的考虑，伦理方面的问题也是需要考虑的。在整个讨论中对重要问题进行了广泛地讨论。包括个体化医疗是隐私的一部分，机密的保存，危险-受益分析，DNA银行和药物经济学等(Issa, 2000)。
肿瘤遗传学
第十一章肿瘤遗传学 Cancer Genetics 1.肿瘤是一大类疾病，种类在100种以上，涉及到人体的所有脏器和组织器官。 2.2018年2月，《2018中国肿瘤登记年报》发布，2014年新发肿瘤病例约为380.4万例，平均每天确诊1万余人，每分钟就有7人被诊断为癌症。估计每年因癌症死亡病例达270万例。我国居民因癌症死亡的几率是13%，即每7-8人中会有1人因癌症死亡。 3.全国恶性肿瘤发病率前三位是肺癌、胃癌、结直肠癌，死亡率前三位是肺癌、肝癌、胃癌。 4.近20年来，我国癌症呈现年轻化及发病率和死亡率“三线”走高的趋势。 5.四个特点： （1）男性死亡率高于女性，为1.68:1 （2）肺癌居癌症死亡首位 （3）癌症呈地域分布明显 （4）癌症发病呈现年轻化趋势 6.肿瘤遗传学：研究遗传因素在恶性肿瘤的发生、发展、易感、防治及预后中作用的学科。交叉学科 第一节肿瘤与遗传的关系 1.肿瘤发病率的种族差异 2.肿瘤的家族聚集现象 3.环境因素致癌的个体差异 4.致癌因子代谢与肿瘤 5.免疫缺陷与肿瘤 核辐射可引起白血病、皮肤癌、甲状腺癌 电离辐射可引起白血病 紫外线照射可致皮肤癌 3,4-苯并芘可引起肺癌 亚硝酸盐可导致肝癌和食道癌 黄曲霉素可诱发肝癌 乙肝病毒可引起肝癌 乳头瘤病毒、疱疹病毒可引起子宫颈癌 EB病毒可引起鼻咽癌和某些淋巴瘤 肿瘤的易感性
6.个体的肿瘤遗传易感性是由特定的基因-染色体组合决定的。迄今为止，对这些易感基因如何发挥作用还不很清楚，但有一些事件表明，它们可能是通过生化代谢途径、免疫反应和细胞分裂等机制促进肿瘤发生。 7.酶活性异常 酶活性改变可影响致癌物质在体内的代谢反应； 另一方面，酶的缺乏也可导致对肿瘤的易感状态。 8.遗传性免疫缺陷 机体正常的免疫监视系统不仅能抵御外来抗原的侵入，同时也能识别成为“异已”的突变细胞并加以排斥，免疫缺陷能使突变细胞逃脱这种监视而发展成为肿瘤。许多免疫缺陷患者都有易患肿瘤的倾向。 一、肿瘤的家族聚集现象 (一)癌家族(cancer family,CF) 癌家族: 指一个家系中恶性肿瘤的发病率高。 癌家族综合征： ①腺癌发病率高 ②多发性原发性癌发病率高 ③发病年龄较早 ④传递规律符合AD 1866年，法国外科医生布罗卡报道了他妻子家系中24名女性,其中有10例乳腺癌患者,6例其他癌症患者。
表观遗传学修饰与肿瘤耐药关系的进展研究
表观遗传学修饰与肿瘤耐药关系的进展研究 本文就DNA甲基化和组蛋白乙酰化与恶性肿瘤耐药的关系及其在逆转耐药中的作用方面的研究进展述之如下。 1 DNA甲基化和组蛋白乙酰化 DNA甲基化 DNA甲基化是指在DNA复制以后,在DNA甲基化酶的作用下,将S-腺苷甲硫氨酸分子上的甲基转移到DNA分子中胞嘧啶残基的第5位碳原子上,随着甲基向DNA分子的引入,改变了DNA分子的构象,直接或通过序列特异性甲基化蛋白、甲基化结合蛋白间接影响转录因子与基因调控区的结合。目前发现的DNA甲基化酶有两种:一种是维持甲基转移酶;另一种是重新甲基转移酶。 组蛋白乙酰化染色质的基本单位为核小体,核小体是由组蛋白八聚体和DNA缠绕而成。组蛋白乙酰化是表观遗传学修饰的另一主要方式,它属于一种可逆的动态过程。 DNA甲基化与组蛋白乙酰化的关系由于组蛋白去乙酰化和DNA甲基化一样,可以导致基因沉默,学者们认为两者之间存在串扰现象。 2 表观遗传学修饰与恶性肿瘤耐药 基因下调导致耐药在恶性肿瘤中有一些抑癌基因和凋亡信号通路的基因通过表观遗传学修饰的机制下调,并与化疗耐药有关。其中研究比较确切的一个基因是hMLH1,它编码DNA错配修复酶。此外,由于表观遗传学修饰造成下调的基因,均可导致恶性肿瘤耐药。 基因上调导致耐药在恶性肿瘤中,表观遗传学修饰的改变也可导致一些基因的上调,包括与细胞增殖和存活相关的基因。上调基因FANCF编码一种相对分子质量为420XX的蛋白质,与肿瘤的易感性相关。20XX年,Taniguchi等证实在卵巢恶性肿瘤获得耐药的过程中,FANCF基因发生DNA去甲基化和重新表达。另一个上调基因Synuclein-γ与肿瘤转移密切相关。同样,由表观遗传学修饰导致的MDR-1基因的上调也参与卵巢恶性肿瘤耐药的形成。 3 表观遗传学修饰机制在肿瘤治疗中的应用 DNA甲基化抑制剂目前了解最深入的甲基化抑制剂是5-氮杂脱氧胞苷(5-aza-dc)。较5-氮杂胞苷(5-aza-C)相比,5-aza-dc首先插入DNA,细胞毒性比较低,并且能够逆转组蛋白八聚体中H3的第9位赖氨酸的甲基化。有关 5-aza-dc治疗卵巢恶性肿瘤的体外实验研究结果表明,它能够恢复一些沉默基 因的表达,并且可以恢复对顺柏的敏感性,其中最引人注目的是hMLH1基因。有关
表观遗传学
课程信息 当前位置：首页 > 教育教学 > 研究生教育 > 课程信息 表观遗传学 061M4021H 学期：2015-2016学年秋| 课程属性：| 任课教师：曹晓风等 教学目的、要求 本课程为遗传与发育生物学专业研究生的专业核心课，同时也可作为细胞生物学、基因组学和分子生物学等相关学科研究生的选修课。表观遗传学是研究非DNA序列改变、可遗传的表达改变的科学，是遗传学的深入和补充，与分子生物学、细胞生物学、生物化学、基因组学和结构生物学相互交融，是后基因组时代重要的生命科学学科之一。表观遗传学机制参与动、植物生长发育调控和环境适应的各个方面，其调控异常会导致人类癌症和其他疾病的发生。本课程将讲授表观遗传学现象和发展简史；详细阐释表观遗传调控的分子机制及相关的生物学过程，重点包括真核基因转录调控、DNA甲基化和去甲基化、组蛋白共价修饰和变体、非编码RNA、染色质重塑、染色质高级结构、表观遗传学与动植物发育/疾病、表观遗传组学、表观遗传继承性的概念、研究进展、新技术和新方法的原理和方法，旨在使研究生系统掌握所在学科的完整知识体系、理论框架、发展历史与现状，为研究生今后从事系统性、基础性和前沿性的科研工作实践提供理论知识，为设计研究课题的技术路线和方案奠定基础。 预修课程 分子生物学，遗传学，生物化学 教材 生命科学学院 主要内容 1. 经典表观遗传学现象（3学时，曹晓风）9月15日 2. 真核基因转录调控（3学时，朱冰）9月22日 3. DNA甲基化（3学时，慈维敏）9月29日 4. DNA去甲基化（3学时，慈维敏）10月8日 5.组蛋白共价修饰（3学时，李国红）10月13日 6. 组蛋白变体（3学时，李国红）10月20日 7. 非编码RNA和RNA修饰（3学时，杨运桂）10月27日 8. 染色质重塑（3学时，李国红）11月3日 9. 染色质结构与功能（3学时，李国红）11月10日10. 染色质高级结构（3学时，朱平）11月
浅谈表观遗传学
浅谈表观遗传学 摘要：表观遗传学改变包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA作用等，产生基因组印记、母性影响、基因沉默、核仁显性、休眠转座子激活等效应。表观遗传变异是环境因素和细胞内遗传物质间交互作用的结果，其效应通过调节基因表达，控制生物学表型来实现。本文则从以上几个方面简述了表观遗传学的改变以及基本原理。 经典遗传学认为，核酸是遗传的分子基础，生命的遗传信息储存在核酸的碱基序列。每个个体内虽然所有细胞所含有的遗传信息是相通的，但由于基因的选择性表达，即不同细胞所表达的基因种类不同，这些来源相同的细胞经过增殖分化后将变成功能形态各不相同的细胞，从而组成机体内不同的组织和器官。几年来发现，在DNA序列不发生改变的情况下，基因表达也可发生能够遗传的改变，这种现象就被定义为表观遗传。它的主要论点是生命有机体的大部分性状是由DNA序列中编码蛋白质的基因传递的，但是DNA序列以外的化学标记编码的表观遗传密码，对于生命有机体的健康及其表型特征，同样也有深刻的影响。 表观遗传学的调节机制主要包括组蛋白修饰、DNA甲基化、非编码RNA作用等，通过这些调节模式，影响基因转录和(或)表达，从而参与调控机体的生长、发育、衰老及病理过程。这些调节模式相比核酸蛋白质的经典遗传途径更容易受环境的影响，因此表观遗传学更加关注环境诱导的表观遗传变异。因为表观遗传的这些调节机制易受环境影响，而任何一种调节机制发生异常都可能导致细胞状态、功能等发生紊乱，进而引起各种疾病，同时又由于许多表观遗传变异是可逆的，导致表观遗传异常引发的疾病相对容易治疗，因此近年来表观遗传学致病的研究成为了热门的话题之一。 组蛋白在DNA组装中发挥了关键作用, 利用核心组蛋白的共价修饰包括组蛋白甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、ADP-核糖基化及特定氨基酸残基N-末端的SUMO化传递表观遗传学信息。修饰的主要靶点是组蛋白氨基末端上的赖氨酸、精氨酸残基，这些组蛋白翻译后修饰对基因特异性表达的调控，是其表观遗传学的重要标志。正常机体内，组蛋白修饰保持着可逆的动态平衡，当平衡打破，组蛋白去乙酰化则使得乙酰基从乙酰化组蛋白转移到乙酰辅酶A上,形成了致密的染色质状态, 从而使基因转录下降或沉默。
肿瘤和神经系统疾病的表观遗传机制
项目名称：肿瘤和神经系统疾病的表观遗传机制首席科学家：裴钢中国科学院上海生命科学研究院起止年限：2005.12至2010.11 依托部门：中国科学院
一、研究内容 关键科学问题 本项目将探索和回答：细胞内DNA甲基化和染色质修饰的表观遗传谱式的建立及其动态平衡的维持机制；表观遗传信息对基因的选择性表达和对生命活动的调控机制；表观遗传失调在肿瘤和神经退行性疾病发生、发展中的作用机制。 研究内容 本项目组织了国内优秀团队，分四个部分八个课题，开展从基础到临床，临床到基础两个方向的研究，将细胞增生性疾病（肿瘤）和（神经）细胞退行性疾病与正常生命活动过程的表观遗传学研究有机结合起来。 第一部分采用模拟正常生理状态的细胞、动物模型，从分离筛选调控染色质修饰的因子出发，研究细胞如何建立和维持表观遗传谱式的机制，阐明负责细胞增殖、分化与功能特化的关键基因在染色质水平上的转录调控规律。 第二部分从基础和病理两个方面研究肿瘤细胞去分化及无节制增殖的表观遗传学基础，揭示肿瘤发展的不同阶段DNA甲基化和染色质重塑的异常及其动态变化。 第三部分研究神经细胞生长、分化和死亡过程的表观遗传调控机制，揭示神经退行性疾病发生、发展各阶段中重要功能基因DNA甲基化、组蛋白修饰及染色质重塑的动态变化特征，研究引起神经细胞定向分化及病变的环境因素对表观遗传网络的影响。 第四部分针对正常细胞生长分化与疾病状态下基因组甲基化谱式重编的普遍性和重要性，以表观基因组平台和生物信息学分析为手段，结合基础和临床研究资料，规模化系统鉴定发生表观遗传调控异常的疾病相关基因，确定这些基因在药物筛选与诊断治疗方面的意义。 本项目四个部分，分别侧重于表观遗传学基础问题、肿瘤细胞去分化与增生、神经退行性疾病中神经元的分化与死亡和高通量生物信息学分析，进行较系统的表观遗传学研究，既突出重点，又相互促进。 二、预期目标 总体目标： 本项目瞄准肿瘤与神经退行性疾病的表观遗传学基本问题，整合国内优秀团队，通过从基础到临床，临床到基础二个方向的研究，从染色质水平上揭示表观遗传调控缺陷及其动态变化与胃癌、结肠癌、乳腺癌等肿瘤及以老年痴呆症为代表的神经退行性疾病发生、发展的关系；阐明引起相关功能基因发生表观遗传调控紊乱的关键信号分子、途径及网络；绘制一个正常生长分化过程中细胞响应内外因子变化而发生分化、功能特化及死亡，连接受体、转录因子、转录调控顺式元件及染色质修饰酶的运行通路，从而建立研究病理变化的参照系统；获得一批
国家基金申报书：恶性肿瘤发生、发展的细胞表观遗传机制0-G---1
项目名称：恶性肿瘤发生、发展的细胞表观遗传机 制 首席科学家：尚永丰北京大学 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部
二、预期目标 总体目标： 本项目瞄准表观遗传学研究的前沿，整合国内优秀研究人员，系统深入地开展恶性肿瘤发生发展及侵袭转移的表观遗传学研究。本项目的总体目标如下：阐明表观遗传关键机制即DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA对基因表达调控的影响；明确表观遗传调控在乳腺癌、肺癌发生发展及侵袭转移中的作用；揭示EMT过程中的表观遗传学变化及细胞重编程机制；阐明细胞微环境在肿瘤转移中的作用及机制；整合各种信息数据，描绘乳腺癌、肺癌发生发展及侵袭转移的分子调控网络。通过本项目的实施，建立和完善表观遗传学研究的新的技术体系，实现我国在生命科学及医学研究领域的理论创新，为恶性肿瘤预警、诊断、治疗和药物筛选提供新思路、新途径和新靶标，发现几个潜在的可以用于乳腺癌、肺癌诊断的分子标志物及药物治疗的分子靶标，并在本项目的实施过程中建立一支具有国际竞争力的研究团队。 五年预期目标： 1、发现一批新的组蛋白修饰因子，探明组蛋白修饰与DNA甲基化之间相互作 用的分子机制，筛选一批肿瘤相关ncRNA，鉴定一批具有潜在临床应用价值的肿瘤诊断及治疗的新的ncRNA分子靶标；鉴定一批新的EMT关键调控因子；发现针对转移型乳腺癌、肺癌的新的有效治疗靶点。 2、建立一整套适应于恶性肿瘤表观遗传学研究的技术平台和技术体系。 3、培养一批中青年学术带头人和学术骨干；培养研究生（含硕、博）50名以上、 博士后12名以上。 4、在国际一流杂志（IF>10）发表论文8篇以上，在有影响力的杂志（IF>5）上 发表论文25篇以上。
表观遗传学
表观遗传学 比较通俗的讲表观遗传学是研究在没有细胞核DNA序列改变的情况时，基因功能的可逆的、可遗传的改变。也指生物发育过程中包含的程序的研究。在这两种情况下，研究的对象都包括在DNA序列中未包含的基因调控信息如何传递到（细胞或生物体的）下一代这个问题。表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指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；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。所谓DNA甲基化是指在DNA 甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56%的人类基因组编码基因相关。人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分染色体每1 Mb就有5—15个CpG岛，平均值为每Mb含10．5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]。由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。 几十年来，ＤＮＡ一直被认为是决定生命遗传信息的核心物质，但是近些年新的研究表明，生命遗传信息从来就不是基因所能完全决定的，比如科学家们发现，可以在不影响ＤＮＡ序列的情况下改变基因组的修饰，这种改变不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去。这种在基因组的水平上研究表观遗传修饰的领域被称为“表观基因组学(epigenomics）”。表观基因组学使人们对基因组的认识又增加了一个新视点：对基因组而言，不仅仅是序列包含遗传信息，而且其修饰也可以记载遗传信息。 摘要表观遗传学是研究没有DNA 序列变化的可遗传的基因表达的改变。遗传学和表观遗传学系统既相区别、彼此影响，又相辅相成，共同确保细胞的正常功能。表观遗传学信息的改变，可导致基因转录抑制、基因组印记、细胞凋亡、染色体灭活以及肿瘤发生等。 关键词表观遗传学；甲基化；组蛋白修饰；染色质重塑；非编码RNA 调控；副突变 表观遗传学( epigenetics) 是研究没有DNA序列变化的可遗传的基因表达的改变。它最早是在1939 年由Waddington在《现代遗传学导论》一书中提出，当时认为表观遗传学是研究基因型产生表型的过程。1996 年，国内学术界开始介绍epigenetics 研究，其中译名有表遗传学、表观遗传学、表型遗传修饰等10 余种，其中，表观遗传学、表遗传学在科技文献中出现的频率较高。 1 表观遗传学调控的分子机制 基因表达正确与否，既受控于DNA 序列，又受制于表观遗传学信息。表观遗传学主要通过DNA 的甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA 调控等方式控制基因表达。近年发现，副突变也包含有表观遗传性质的变化。 1.1 DNA 甲基化DNA 甲基化是由酶介导的一种化学修饰，即将甲基选择性地添加到蛋白质、DNA 或RNA上，虽未改变核苷酸顺序及组成，但基因表达却受影响。其修饰有多种方式，即被修饰位点的碱基可以是腺嘌呤N!6 位、胞嘧啶的N!4 位、鸟嘌呤的N!7 位和胞嘧啶的C!5 位，分别由不同的DNA 甲基化酶催化。在真核生物DNA 中，5- 甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基，CG 二核苷酸是最主要的甲基化位点。DNA 甲基化时，胞嘧啶从DNA 双螺旋突出，进入能与酶结合的裂隙中，在胞嘧啶甲基转移酶催化下，有活性的甲基从S- 腺苷甲硫氨酸转移至胞嘧啶5' 位上，形成5- 甲基胞嘧啶( 5mC)。DNA 甲基化不仅可影响细胞基因的表达，
恶性肿瘤的遗传学分析
恶性肿瘤的遗传学分析 摘要：现在的我们对于肿瘤依然存在着恐慌畏惧，即使是良性肿瘤，心中也难于镇定，更何况恶性肿瘤。恶性肿瘤严重危害人类健康，对其病因的许多研究都表明，既有环境因素的作用，也有遗传因素的作用。导致肿瘤发生的环境因素很多，如化学致癌剂、放射性物质、病毒以及慢性炎症刺激等等。从近代医学、分子遗传学的研究进一步认识到这些环境因素都是直接或间接地作用于细胞内遗传物质，使其结构、功能异常，从而诱发细胞癌变。 关键词：恶性肿瘤遗传分析机理 恶性肿瘤就是人们所说的癌症。恶性肿瘤的细胞能侵犯、破坏邻近的组织和器官。有一些遗传病常可并发癌症，因而被看作是遗传性癌前病变。癌症是细胞的增多和不受限制的生长，而细胞的增殖是受遗传控制的，可见，所有癌症都可能涉及遗传因素。 染色体异常患者容易并发恶性肿瘤已屡见报道。如21三体综合症患者的急性白血病发病率较正常群体高18～20倍，发病年龄提早2～3年，甚至在新生儿期就出现白血病血相，易于发生白血病反应，患者伴发其他恶性肿瘤也较一般儿童高2～6倍；在先天性卵巢发育不全综合症中，条索状卵巢可恶变为卵巢癌；其他一些染色体异常如体质型13q14.2中央缺失患者易患视网膜母细胞瘤，11p13中央缺失患者极易患肾胚胎瘤等等。这些都提示染色体病并发某些器官或组织癌变的倾向。 一、按基因遗传的不同方式可分为单基因遗传的肿瘤和多基因遗传的
肿瘤。 1、单基因遗传的肿瘤 人类恶性肿瘤中只有少数种类是按单基因方式遗传的，这些单基因遗传的肿瘤的特点是发病年龄轻而且是双侧发生或多发性的，例如遗传性的视网膜母细胞瘤、神经母细胞瘤、Wilm瘤和嗜铬细胞瘤等肿瘤是以常染色体显性方式遗传的。动物实验中发现在同一外界致瘤因素刺激下，不同基因型的动物发病率不同。人类某些肿瘤有明显家族遗传倾向。如结肠多发性息肉、视网膜母细胞瘤、神经纤维瘤、肾母细胞瘤等。也有一些患者有肿瘤家族史，父母兄妹中易患肿瘤，但肿瘤类型可各不相同。肿瘤家族史或遗传因素在肿瘤发病中仅是一种“易感性”，作为环境致癌因素作用的基础。 某些单基因遗传的综合征常和肿瘤的发生联系在一起。人类3000多种单基因的遗传性疾病中，有240多种综合征都有不同程度的患肿瘤倾向，肿瘤是组成该综合征的一部分。这类单基因遗传病属遗传性癌前疾病，常被称为遗传性肿瘤综合征，大部分按常染色体显性方式遗传，部分属常染色体隐性或X性连锁遗传，如家族性结肠息肉病、基底细胞痣综合征、多发性内分泌腺肿瘤综合征等。 2、多基因遗传的肿瘤 多基因遗传的肿瘤大多是一些常见的恶性肿瘤，这些肿瘤的发生是遗传因素和环境因素共同作用的结果。例如多基因遗传的乳腺癌、胃癌、肺癌、前列腺癌、子宫颈癌等，患者的一级亲属的发病率显著高于群体的发病率。
恶性肿瘤发生、发展的细胞表观遗传机制
项目名称：恶性肿瘤发生、发展的细胞表观遗传机制首席科学家：尚永丰北京大学 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部
二、预期目标 总体目标： 本项目瞄准表观遗传学研究的前沿，整合国内优秀研究人员，系统深入地开展恶性肿瘤发生发展及侵袭转移的表观遗传学研究。本项目的总体目标如下：阐明表观遗传关键机制即DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA对基因表达调控的影响；明确表观遗传调控在乳腺癌、肺癌发生发展及侵袭转移中的作用；揭示EMT过程中的表观遗传学变化及细胞重编程机制；阐明细胞微环境在肿瘤转移中的作用及机制；整合各种信息数据，描绘乳腺癌、肺癌发生发展及侵袭转移的分子调控网络。通过本项目的实施，建立和完善表观遗传学研究的新的技术体系，实现我国在生命科学及医学研究领域的理论创新，为恶性肿瘤预警、诊断、治疗和药物筛选提供新思路、新途径和新靶标，发现几个潜在的可以用于乳腺癌、肺癌诊断的分子标志物及药物治疗的分子靶标，并在本项目的实施过程中建立一支具有国际竞争力的研究团队。 五年预期目标： 1、发现一批新的组蛋白修饰因子，探明组蛋白修饰与DNA甲基化之间相互作 用的分子机制，筛选一批肿瘤相关ncRNA，鉴定一批具有潜在临床应用价值的肿瘤诊断及治疗的新的ncRNA分子靶标；鉴定一批新的EMT关键调控因子；发现针对转移型乳腺癌、肺癌的新的有效治疗靶点。 2、建立一整套适应于恶性肿瘤表观遗传学研究的技术平台和技术体系。 3、培养一批中青年学术带头人和学术骨干；培养研究生（含硕、博）50名以上、 博士后12名以上。 4、在国际一流杂志（IF>10）发表论文8篇以上，在有影响力的杂志（IF>5）上 发表论文25篇以上。
表观遗传学与癌症肿瘤
表观遗传学与癌症肿瘤 卢向成20121220 摘要：表观遗传学是指研究基因表达或蛋白表达的改变不涉及DNA序列变化,但又可以通过细胞分裂和增殖而稳定遗传现象的遗传学分支领域。其研究对象是表观遗传修饰,目前认识到的表观遗传修饰主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等。近年来,随着人们对表观遗传学认识的深入,尤其是DNA甲基转移酶抑制物、组蛋白乙酰化抑制剂等在治疗肿瘤患者的成功临床应用,表观遗传学逐渐成为肿瘤研究的热点。主要对DNA甲基化和组蛋白修饰两种表观遗传修饰的分子调控机制、与肿瘤发生的关系及其在肿瘤的表观遗传治疗中的研究进展作一综述。 关键词：表观遗传学、癌症、肿瘤 1表观遗传学表 表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation），基因组印记（genomic impriting），母体效应（maternal effects），基因沉默（gene silencing），核仁显性，休眠转座子激活和RNA编辑（RNA editing）等。表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指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；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。 2癌症肿瘤中存在表观遗传修饰的异常 2.1 DNA甲基化修饰与癌症肿瘤 DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶(DNMTs)的催化下,将甲基基团转移到胞嘧啶碱基上的一种修饰方式。它主要发生在富含双核苷酸CpG岛的区域,在人类基因组中有近5万个CpG岛[5]。正常情况下CpG岛是以非甲基化形式(活跃形式)存在的，DNA甲基化可导致基因表达沉默。DNMTs的活性异常与疾病有密切的关系,例如位于染色体上的DNMT3B基因突变可导致ICF综合征。有报道[6]表明，重度女性侵袭性牙周炎的发生与2条X染色体上TMP1基因去甲基化比例增高有关。DNMT基因的过量表达与精神分裂症和情绪障碍等精神疾病的发生也密切相关。风湿性疾病等自身免疫性疾病特别是系统性红斑狼疮(SLE)与DNA甲基化之间关系已经确定[7]，在SLE病人的T细胞发现DNMTs活性降低导致的异常低甲基化。启动子区的CpG岛过度甲基化使抑癌基因沉默,基因组总体甲基化水平降低导致一些在正常情况下受到抑制的基因如癌基因被激活[8],都会导致细胞癌变，进而导致癌症的产生。 2.2 组蛋白修饰与癌症肿瘤 组蛋白的修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等,组成各种组蛋白密码。其中,研究最多的是乙酰化、甲基化。一般来说，组蛋白乙酰化标志着其处于转录活性状态;反之，组蛋白低乙酰化或去乙酰化表明处于非转录活性的常染色质区域或异染色质区域。乙酰化修饰需要乙酰化转移酶(HATs)和去乙酰化酶(HDACs)参与。组蛋白修饰酶异常可导致包括癌症在内的各
表观遗传学
表观遗传学Epigenetics 1.达尔文“自然选择”：过度繁殖、生存竞争、遗传和变异、适者生存 2.表观遗传学：没有DNA序列的变化，可发生生物体表现型的可遗传的改变。表观遗传学是在以孟德尔式遗传为理论基石的经典遗传学和分子遗传学母体中孕育的、专门研究基因功能实现的一种特殊机制的遗传学分支学科。表观遗传研究进一步促进了遗传学和基因组学的研究。 3.染色质DNA或蛋白质的各种修饰（染色质水平的基因表达调控） DNA修饰；组蛋白修饰；RNA干扰；基因组印迹；X染色体失活。 4.DNA甲基化（DNA methylation） 甲基化位点：CpG中胞嘧啶第5位碳原子。DNA甲基转移酶。 甲基来源：一碳单位；S-腺苷蛋氨酸；环境和饮食因素：叶酸、B12 1)基因组DNA CpG：70％～80％甲基化状态，CpG甲基化与基因组稳定性相关。 2)CpG岛：CpG双核苷酸局部聚集，形成GC含量较高、CpG双核苷酸相对集中的区域。CpG岛CpG多为非甲基化状态；CpG岛 CpG甲基化与基因表达抑制相关。 3)CpG岛分类：转录起始点附近的CpG岛（TSS–CGIs），正常组织是非甲基化的，肿瘤组织发生甲基化，与转录抑制相关。转 录起始点外的CpG岛（non-TSS CpG），正常组织：通常呈高度的甲基化。肿瘤组织：甲基化程度降低，程度与患病程度相关。 4)CpG岛的分析：长度大于200 bp、GC含量大于50％、CpG含量与期望含量之比大于0.6的区域。 5)DNA甲基化转移酶DNMT： DNMT1：催化子链DNA半甲基化位点甲基化，维持复制过程中甲基化位点的遗传稳定性． DNMT3a和DNMT3b：催化从头甲基化，以非甲基化的DNA为模板，催化新的甲基化位点形成． 6)甲基来源：S-腺苷蛋氨酸（胞嘧啶甲基化供体、蛋氨酸是必需氨基酸），一碳单位 叶酸：参与一碳单位代谢，间接提供甲基。补充Ｓ－腺苷蛋氨酸。叶酸摄入不足时可导致DNA低甲基化。 7)DNA甲基化抑制基因转录的机制 ①直接抑制基因表达：启动子区CpG序列甲基化，影响转录激活因子与启动子识别结合。 ②间接抑制基因表达：非启动子区CpG序列甲基化，被甲基结合蛋白家族（MBD）识别结合，影响组蛋白修饰，改变染色质活性。 8)DNA甲基化的生物学意义：调控基因表达, 在胚胎发育、细胞生长分化，衰老，疾病等方面发挥重要作用。维持染色体结构Ｘ染色体失活；基因印记；疾病发生发展。 5.组蛋白修饰：乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等。 组蛋白含赖氨酸带正电荷，DNA含磷酸带负电荷，组蛋白与DNA通过静电结合。组蛋白乙酰化：形成酰胺键，正电荷减弱，染色质转录加强。组蛋白甲基化：正电荷加强，染色质转录减弱。 1)组蛋白乙酰化，最早发现。修饰位点：核心组蛋白外周结构域，氨基末端Lys残基的NH3。酶：组蛋白乙酰基转移酶HATs， 组蛋白去乙酰化酶HDAC，乙酰化与去乙酰化是一动态过程。 2)组蛋白乙酰化调控基因转录机制：组蛋白乙酰化中和组蛋白赖氨酸正电荷；降低组蛋白与DNA的亲和力；核小体结构 不稳定和解离，染色体结构松散；促进转录因子、RNA聚合酶与DNA结合。常染色质区域乙酰化程度增加，H3、H4尤为明显，是染色质基因表达活性状态的标志。乙酰化具有激活效应. 3)组蛋白甲基化，修饰位点：H3、H4 Lys、Arg残基氨基。单次、两次、三次甲基化。组蛋白甲基转移酶\组蛋白去甲基化酶 4)组蛋白甲基化修饰的作用：具有抑制效应(维持染色质于凝聚状态，阻遏基因表达。) 5)组蛋白密码：组蛋白翻译后修饰产生的识别标志，反映组蛋白与DNA的结合能力，影响染色质的多级折叠、结构和功能。 6.RNA干扰RNAi：RNA抑制基因表达。RNA在基因编码序列没有改变下，能够改变蛋白质的表达，在表观遗传中起重要作用。参与RNAi的RNA分子：非编码RNA。短链非编码RNA（小干扰RNA、微小RNA、Piwi相关RNA）长链非编码RNA 1998年Fire等首次揭示双链RNA具有基因抑制作用,提出RNAi的概念。
项目名称：肿瘤发生发展的表观遗传学机制及治疗学基础
项目名称：肿瘤发生发展的表观遗传学机制及治疗学基础 推荐单位：中华医学会 项目简介： 恶性肿瘤是严重危害人类健康的重大疾病。随着分子医学和分子生物学的发展，抗癌药物的研究已从传统的、非特异的细胞毒药物向作用于多信号传导分子、多环节的选择性靶向抗癌药物发展。组蛋白去乙酰化酶抑制剂是科学界所公认的一类对肿瘤治疗十分有效且比较特异的药物。随着组蛋白去乙酰化酶抑制剂越来越多的作用被人们发现，理论方面仍然存在许多迫切需要解决的问题，去乙酰化酶抑制剂的深入研究对肿瘤的临床诊断、治疗和预防都将具有重要的意义。 近年来朱卫国教授课题组一直致力于表观遗传与肿瘤发生发展的研究，主要研究方向是针对组蛋白去乙酰化酶活性及去乙酰化酶抑制剂（HDACi）对肿瘤发生在肿瘤治疗方面的机制研究。经过多年研究探索，取得了一系列的科学进展。主要创新点包括：1.在生化与分子生物学及细胞生物学领域，发现组蛋白去乙酰化酶抑制剂不仅可以诱导组蛋白乙酰化，还可以诱导非组蛋白发生乙酰化，其抑制肿瘤作用可能与HDACi诱导的乙酰化p53及FoxO1有关。并且发现第三类组蛋白去乙酰化酶SIRT2参与抑制肿瘤细胞自噬的生物学过程（代表性论文1,2,3,4,7)。2.在表观遗传学领域，提出组蛋白去乙酰化酶抑制剂抑制DNA甲基化的新机制，认为DNA甲基化也可能是基因失活的伴随现象，组蛋白修饰引起的染色质变化可能是基因失活的关键（代表性论文5）。3.在肿瘤治疗学领域，阐明了去甲基化药物-核苷衍生物（5-氮脱氧胞苷）和去组蛋白乙酰化酶抑制剂广泛诱导肿瘤细胞凋亡的可能机制，证明5-氮脱氧胞苷在该模型中并不完全依赖于调节DNA甲基化，而是与诱导DNA损伤有关（代表性论文6,8）。课题组在HDACi研究方面取得了原创性研究成果，在国际上独树一帜，其科学意义在于：1.对表观遗传治疗肿瘤的模型建立做出了贡献。在首次用去甲基化药物5-氮脱氧胞苷和HDACi联用诱发肿瘤细胞凋亡的基础上，探索了其机制，使肿瘤表观遗传治疗的理论基础进一步扩展。2.有机的将DNA甲基化与组蛋白修饰联系起来，对表观遗传机制的研究有促进作用。3.将组蛋白去乙酰化酶抑制剂治疗肿瘤的机制深化并与非组蛋白乙酰化的效应（如自噬等）有机联系起来。 课题组在该项目上共发表SCI论文15篇，其中八篇代表性论文总被引用次数达440次，其中他引396次，单篇最高他引116次。主要论文受到Nature、Science及Cell系列多篇文章的引用和支持。我们的研究在国际国内同领域内受到关注与重视，2010年发表的NCB论文和2008年发表的JBC论文均被Nature China列为研究亮点。第一完成人朱卫国教授被邀在JBC、Oncogene、Cancer Research等主流杂志审稿数十篇，也应邀在多个国际学术大会上做主题发言。培养35名研究生，其中已毕业15名博士研究生。 主要完成人及学术贡献： 姓名：朱卫国 排名：1 技术职称：教授 工作单位：北京大学医学部 对本项目贡献：负责课题的总体设计、实施，数据分析撰写论文，是新理论或发现的主要贡献人，对三个发现点做出重要贡献。 经过近十年的研究，在国际上首次报道和建立了去甲基化药物-核苷衍生物（5-氮脱氧胞苷）
分子遗传学
简答题： 1.核小体与核小体定位在基因表达及其调控中有何作用？ 核小体是染色质的基本结构单位，体内外试验均证实，核小体是基因转录的通用抑制子。细胞内基因组包裹在核小体内，如果启动子区在核小体内，则转录通常会被抑制。试验也证明由于缺少H4组蛋白，在核小体不能形成的酵母细胞系中，很多基因变成组成型表达，而在正常的细胞中，他们均处于抑制状态。 核小体在DNA中的精确定位对细胞正常功能的发挥起重要作用。由于核小体与DNA的动态相互作用，大多数核小体的位置是不固定的。但是在有些情况下，某些核小体被限定在基因组的固定位置上，或者说DNA序列仅以一种特定的构型装配成核小体，则DNA上的每个位点将一直位于核小体上的特定位置，我们称这种装配类型为核小体定位。 核小体的定位对基因的表达调控有重要的影响。它的定位变化总是伴随着基因从抑制到转录状态的转变。核小体的定位或定位的去稳定或解除可能是影响基因转录调控的重要因素。大量的试验结果表明，核小体的形成和在染色质的精确定位是真核基因表达所必需的。 有人提出核小体的形成及其在染色质上的精确定位有以下两方面的作用：（1）提供一个支架结构，使转录因子之间的信息传递更有效；（2）染色质结构的不均一性，即某些区域不形成核小体，保证了转录因子易于接近染色质模板。 2.常见的反式作用因子有哪些？其结构特点是什么？ 这些调节着基因转录活性的反式作用因子，通称为转录因子，已鉴别的转录因子可分为普遍性和组织特异性两类。转录因子有数千种之多，从其结构特点来看，主要有两大功能区，①DNA结合域，②活性域。对于DNA结合域，根据其氨基酸结构域的特点，又可分为：螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix,HTH），锌指（zinc finger），螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix,HLH），亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP），同源异型域（homeodomain,HD)，激素受体类（类固醇等）或核受体类，β桶（β-barrels）结构等。 锌指蛋白（zinc finger protein）是由含有锌指结构域的两类蛋白质组成，即传统的锌指蛋白和类固醇受体结合蛋白质。锌指结构域是由蛋白质上保守的半胱氨酸及/或组氨酸与锌原子结合形成一个手指状的结构。典型的锌指蛋白往往有多个锌指结构域，其保守序列为Cys-X2-Cys-X3-phe-X5-leu-X2-His-X2-His,锌原子与其中两个半胱氨酸和2个组氨酸结合形成四面体结构，长23个氨基酸，两个锌指之间由7~8个氨基酸相连。从每个锌指的三级结构来看，其N端形成β折叠，C端形成α螺旋。反向平行的β折叠区含有2个半胱氨酸，与其后α螺旋中的2个组氨酸一起与锌原子结合，而由锌原子稳定了整个锌指结构。 同源异型域蛋白属于HTH蛋白，可形成三个螺旋区，其中螺旋2、螺旋3形成典型的HTH域，螺旋3识别螺旋与DNA大沟结合，其N末端臂参与DNA小沟的结合，同源异型域蛋白形成二聚体后才与DNA结合 β-桶(β-barrels)结构，每个亚基上的α-螺旋则与DNA大沟相结合，两个相邻的大沟被识别螺旋结合后可导致DNA分子发生45°的弯曲。 HLH长40～50个氨基酸，由两个长15～16个氨基酸的亲水，亲脂的α螺旋及长度不同的环（连接区）将其分开。两蛋白的两个α-螺旋疏水面相互作用可形成同二聚体或异二聚体，多数HLH附近有一强碱性的氨基酸区，但也有不含该区的HLH，含有碱性区的HLH称为bHLH或HLP，是DNA的识别和结合所必需的，但与DNA结合能力的差异则是由bHLH 基序及二聚体的状况所控制的。 亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP）的双亲α螺旋其疏水面亮氨酸突出，并与另一个平行的亮氨酸拉链蛋白的亮氨酸突出交错排列，盘绕成卷，两个右手螺旋互相缠绕，每圈3.5个氨基酸，每7个残基构成一个完整的重复单位，因此亮氨酸在拉链区每隔6个氨基酸残基重复出现一次，两个蛋白形成同源二聚体或异源二聚体。在每个拉链蛋白质中与亮氨酸重复序
表观遗传学与肿瘤
表观遗传学与肿瘤 表观遗传学是指研究基因表达或蛋白表达的改变不涉及DNA 序列变化，但又可以通过细胞分裂和增殖而稳定遗传现象的遗传学分支领域。其研究对象是表观遗传修饰，表观遗传修饰主要包括DNA 甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等。DNA 甲基转移酶抑制物、组蛋白乙酰化抑制剂等在治疗肿瘤患者的成功临床应用，表观遗传学逐渐成为肿瘤研究的热点。主要对DNA 甲基化和组蛋白修饰两种表观遗传修饰的分子调控机制、与肿瘤发生的关系及其在肿瘤的表观遗传治疗中的研究进展作一综述 自20 世纪70 年代美国提出攻克癌症计划起，至今已逾30 年，全球花费大量人力、物力致力于肿瘤的研究。现在对肿瘤发生、发展的机制有了初步的了解，但还未真正认清癌变的本质。人类基因组计划（human genome project，HGP）基本完成后，研究基因的表达调控成为了解肿瘤发生机制的 关键问题之一。最近，研究发现基因的表达不仅取决于基因本身，还取决于不改变基因序列的表观遗传修饰（epigeneticmodification）。表观遗传修饰对于肿瘤的发生、诊断和治疗等具有重要意义。异常的表观遗传修饰会使基因错误地表达，引起代谢紊乱和疾病甚至肿瘤的发生。表观遗传修饰有DNA 的甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA调控4 种方式，其中，DNA 甲基化和组蛋白修饰是主要的 ［1-2］。
笔者对上述2 种表观遗传修饰的分子调控机制、与肿瘤发生的关系及其在肿瘤的表观遗传治疗中的研究进展作一综述。 1 表观遗传学 表观遗传的概念是1942 年由Waddington 提出的［3］。目前，表观遗传被定义为DNA 序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变，也就是说基因型未变化而表型却发生了改变，这种变化是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质的改变，并且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定地传递下去［4］。该表现型变化因没有直接涉及基因的序列信息，因而是“表观”的，称为表观遗传修饰，又叫表观遗传变异。于是，遗传学的研究又开辟了一个新的领域———表观遗传学。表观遗传对人体组织中多种类型细胞 的生长和分化都是至关重要的，像X 染色体失活等一些正常细胞生理过程都是由表观遗传决定［5］。包括肿瘤细胞在内，表观遗传在控制细胞行为方面扮演着重要的角色。表观遗传修饰主要包括DNA 以及一些与DNA 密切相关的蛋白质（例如组蛋白）的化学修饰，另外，某些非编码的RNA 也在表观遗传修饰中起着重要的作用。因此，表观遗传修饰能从多个水平上调控基因的表达：在DNA 水平，DNA共价结合修饰基团，使序列相同的等位基因处于不同修饰状态，如DNA 甲基化；在蛋白质水平，通过对蛋白质的修饰 或改变其构象实现对基因表达的调控，如组蛋白修饰；在染色质水平，通过染色质位置、结构的变化实现对基因表达的调控，如染色质重塑；在RNA 水平，非编码RNA 可通过某些机制实现对基因转录以及转录后
分子遗传学
医学分子遗传学最新进展 摘要:医学分子遗传学的发展远迟于孟德尔的发现。常见疾病的遗传结构是决定不同基因变异导致健康或疾病的重要因素。医学分子遗传学就是把这些遗传学研究应用于医学,并形成众多的交叉。这不但推动了现代医学的发展,而且促进了传统的症状医学向真正的预防医学的转变。 关键词:医学分子遗传学基因变异常见疾病 0引言 医学分子遗传学(MedicalMolecular genetics)是在人类遗传学基础上发展起来的一门新兴学科。它运用分子生物学技术,从DNA水平、RNA水平及蛋白质水平对人类遗传性疾病或疾病的遗传因素进行研究,揭示基因突变与疾病发生的关系,建立在分子水平上对遗传性疾病和遗传相关性疾病的预防、诊断和治疗的方法。医学分子遗传学的研究对象不仅包括传统的遗传病,而且还包括各种与遗传因素有关的人类常见疾病。如获得性体细胞遗传疾病(肿瘤、心血管疾病、糖尿病、自闭症等)以及各种感染性疾病(乙型肝炎、艾滋病等)。近年来医学分子遗传学向系统研究方向发展,兴起了以全基因组为背景的疾病与基因型相关性研究的热潮,这个热潮包括了全基因组相关研究(Genome-wide associationstudy)和个体基因组研究(Personal genome re-search),成为2007年国际上公认的生命科学两大突破性进展。 1医学分子遗传学发展史 医学分子遗传学借助于现代生物学的研究方法,在遗传学理论和广泛采用分子生物学实验方法的基础上发展起来的。人类遗传学研究中获得的每一新的成就都非常迅速地应用于研究人类的疾病,因而医学分子遗传学近年来
得以突飞猛进。所以首先回顾遗传学的历史必将有助对医学分子遗传学发展的了解。 “种豆得豆”、“孩子长得像爸妈”等是长期以来人们都知道的遗传现象,是孟德尔(GregorMendel)在1865年的豌豆研究报告中首先科学地解释了人们习以为常的现象,而奠定了遗传学的基础。但是孟德尔的遗传学说未被及时认识,直到1900年孟德尔逝世16年后,他的遗传学说才又被人们重新发现。1911年,摩尔根(Margan)的果蝇实验证实了孟德尔的结果。他的杰出研究确认染色体就是基因的载体,他和他的学生还推算出了果蝇各种基因的染色体上位置,并画出了果蝇的4对染色体上的基因所排列的位置图,基因学说得以诞生。从此遗传学结束了仅凭逻辑推理时代,重大发现接踵而至,成为20世纪最重要的学科之一,生物学的研究重心也逐渐移向遗传学领域。 在摩尔根的工作以前,科学家已经在不懈努力企图找到基因的物质基础。1868年,年轻的瑞士医生FriedeichMiescher,从细胞核中分离出一种新型的化合物。他把这种化合物称为“核素”,今天我们称之为核酸。很长一段时间内人们未能注意到基因与核酸之间的关系。1944年,核酸研究得到长足的发展,美国科学家Avery在那年成功地借助于核酸将遗传性状从一种细菌移至另一种细菌,他用这个实验证明基因即由核酸构成。Avery的发现标志着一个新的科学分支的建立,这新学科后来被称为分子生物学,并且至今一直使用生物化学方法研究遗传物质。1952年AlfredHershey和Martha Chase 利用病毒证实,传递遗传信息的是DNA而不是蛋白质。 医学遗传学早期受孟德尔、摩尔根经典遗传学的指引,对遗传病的来源及传递方式作了朴实的描述。它的发源可以追溯到1902年,英国医生Archi-bald Garrod的工作。Garrod是伦敦圣巴多罗买医院(S.t Bartholomews' Hospital)著名的内科医师。他谙熟当时刚刚兴起的生物化学和处于萌芽时期的遗传学,并率先提出遗传缺陷导致遗传疾病的观点。1896年, Garrod开始研究罕见病黑尿症( alkap-tonuria),患者由于缺乏尿黑酸氧化酶而尿黑酸不能氧化成乙酰乙酸,直接由尿中排出而成黑尿。当时Garrod在深入研究后推断,黑尿症不是通常人们认为的细菌感染疾病,而是一种先天性失调病症。他认为黑尿症病人的患病现象符合孟德尔1865年通
表观遗传学(总结)
1.表观遗传学概念 表观遗传是与DNA 突变无关的可遗传的表型变化，且是染色质调节的基因转录水平的变化，这种变化不涉及DNA 序列的改变。表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传学内容包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、遗传印记、随机染色体失活及非编码RNA 等调节。研究表明，这些表观遗传学因素是对环境各种刺激因素变化的反映，且均为维持机体内环境稳定所必需。它们通过相互作用以调节基因表达，调控细胞分化和表型，有助于机体正常生理功能的发挥，然而表观遗传学异常也是诸多疾病发生的诱因。因此，进一步了解表观遗传学机 制及其生理病理意义，是目前生物医学研究的关键切入点。 别名：实验胚胎学、拟遗传学、、外遗传学以及后遗传学 表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如和染色质构象变化等；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。 2.表观遗传学现象 （1）DNA甲基化 是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56%的人类基因组编码基因相关。人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分每1 Mb就有5—15个CpG岛，平均值为每Mb含10．5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]。由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。 （2）基因组印记 基因组印记是指来自父方和母方的等位基因在通过精子和传递给子代时发生了修饰，使带有亲代印记的等位基因具有不同的表达特性，这种修饰常为DNA甲基化修饰，也包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。在形成早期，来自父方和母方的印记将全部被消除，父方等位基因在精母细胞形成精子时产生新的甲基化模式，但在受精时这种甲基化模式还将发生改变；母方等位基因甲基化模式在卵子发生时形成，因此在受精前来自父方和母方的等位基因具有不同的甲基化模式。目前发现的大约80%成簇，这些成簇的基因被位于同一条链上的所调控，该位点被称做印记中心(imprinting center, IC)。印记基因的存在反映了性别的竞争，从目前发现的印记基因来看，父方对的贡献是加速其发育，而母方则是限制胚胎发育速度，亲代通过印记基因来影响其下一代，使它们具有性别行为特异性以保证本方基因在中的优势。印记基因的异常表达引发伴有复杂突变和表型缺陷的多种人类疾病。研究发现许多印记基因对胚胎和胎儿