發(fā)布日期：2019-05-30
前言：
生物性狀受基因和環(huán)境的共同作用和影響。我們的身高，體重，對糖尿病、高血壓等疾病的易感性，免疫力的高低除了與遺傳密碼子的序列相關(guān)外，究竟如何受到環(huán)境因素的影響？在DNA序列未發(fā)生變化的情況下，蛋白水平的表達(dá)是如何發(fā)生變化從而影響表型的呢？
原來，飲食、疾病或生活方式等環(huán)境因子能通過開啟和關(guān)閉基因，從而調(diào)節(jié)DNA表達(dá)，進(jìn)而在生命活動中發(fā)揮重要的作用。表觀遺傳學(xué)分析解決了基因檢測的局限性，有助于確?；颊咴谡_的時間得到正確的診斷和正確的藥物治療。下面我們一起來了解這門技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景。
一、何為表觀遺傳修飾？
表觀遺傳學(xué)是指DNA的化學(xué)修飾以及控制基因活性的相關(guān)蛋白調(diào)節(jié)和非編碼RNAs作用。表觀遺傳修飾可在細(xì)胞分裂過程中遺傳給下一代，此外，表觀遺傳機(jī)制是外界環(huán)境影響基因活性的接口。
染色質(zhì)是真核DNA的存在方式，由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA 組成。表觀遺傳修飾包括DNA甲基化、染色質(zhì)改型、基因沉默、RNA編輯、組蛋白修飾（甲基化、乙酰化、磷酸化等）等，這些表觀遺傳學(xué)修飾決定了每個人類細(xì)胞中2米長的DNA如何折疊成微小的細(xì)胞核和基因的表達(dá)水平。表觀遺傳修飾引起基因功能的改變是可逆的、可遺傳的。
DNA甲基化是DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyl-transferase，Dnmt）催化S-腺苷甲硫氨酸，將胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)?-甲基胞嘧啶（mC）。DNA甲基化的位置主要集中在基因5′端的非編碼區(qū)，DNA高度甲基化首先會影響DNA結(jié)構(gòu)，進(jìn)而阻遏基因轉(zhuǎn)錄，引起基因沉默。這種甲基化對于維持X染色體的失活﹑基因印記和腫瘤的發(fā)生發(fā)展都起著重要的作用。
不同組蛋白有不同的尾巴（H3氨基酸末端有7個Lys 和2個Ser；H4氨基酸末端有5個Lys和1個Ser)，發(fā)生的修飾類型也不同。在基因調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)發(fā)生在組蛋白上的翻譯后修飾包括乙?；⒓谆?、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化，這些修飾改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)和易接受性，并作為轉(zhuǎn)錄因子或其他組蛋白修飾酶的停泊位點(diǎn)。
二、表觀遺傳學(xué)轉(zhuǎn)化研究成科研熱點(diǎn)
2018國家自然科學(xué)基金（NSFC）中標(biāo)項(xiàng)目中，“增強(qiáng)子”相關(guān)的中標(biāo)項(xiàng)目共27個，資助金額共1202萬元；涉及“RNA甲基化”相關(guān)的65個，資助金額共2915.5萬元；“外泌體”相關(guān)的為459個項(xiàng)目，資助金額高達(dá)1.76億；“RNA結(jié)合蛋白”相關(guān)的共28個，資助金額共1027萬元；“非編碼RNA”相關(guān)的則超過1000個。
三、表觀遺傳檢測分析獲腫瘤早篩市場青睞
表觀遺傳學(xué)分析檢測市場處于科研成果井噴，臨床轉(zhuǎn)化挑戰(zhàn)巨大的階段。目前大部分傳統(tǒng)測序公司還停留在科研服務(wù)階段，為科研實(shí)驗(yàn)室提供全基因組甲基化測序、LncRNA測序、組蛋白翻譯后修飾分析等。盡管如此，越來越多的臨床學(xué)研究表明，DNA甲基化在不同疾病中表現(xiàn)出不同的模式，與臨床亞型、預(yù)后和藥物反應(yīng)相對應(yīng)。部分創(chuàng)新型公司如鹍遠(yuǎn)基因、透景生命等已經(jīng)利用核心專利技術(shù)，開啟相關(guān)臨床試驗(yàn)和試劑盒注冊工作。
2017年3月，鹍遠(yuǎn)基因聯(lián)合創(chuàng)始人、美國加州大學(xué)圣地亞哥分校生物工程系張鹍教授研究團(tuán)隊于《自然·遺傳學(xué)》發(fā)表一項(xiàng)可用于癌癥早篩和溯源的重磅研究成果—高通量甲基化無創(chuàng)檢測技術(shù)，被國內(nèi)外媒體喻為腫瘤液體活檢邁入2.0時代的突破性技術(shù)。目前這項(xiàng)技術(shù)的專利獨(dú)家授權(quán)予鹍遠(yuǎn)基因。張鹍教授表示“甲基化檢測更適用于腫瘤的早期篩查，我們希望在患者需要進(jìn)行藥物治療之前，發(fā)現(xiàn)腫瘤的存在，這樣只需要做一個很簡單的微創(chuàng)手術(shù)就可以治愈”。2018年3月28日，鹍遠(yuǎn)基因宣布獲得禮來亞洲基金領(lǐng)投的6000萬美金A+輪融資。
由于肺癌初期多無特異臨床癥狀，難以察覺，而就診的患者80%已經(jīng)處于疾病晚期，失去了最佳治療時期和手術(shù)的機(jī)會。因此肺癌的早期診斷對于降低肺癌患者死亡率極其重要。目前應(yīng)用于臨床的肺癌診斷方法中，x射線，CT，PET等影像學(xué)方法通常只作為輔助診斷指標(biāo)，而細(xì)胞學(xué)，組織病理學(xué)等確診方法則因取材難度大而不可能應(yīng)用于大規(guī)模篩選。尋找臨床指征特異性良好的腫瘤標(biāo)志物成為關(guān)鍵。透景生命（300642）基于肺癌早篩研發(fā)的人SHOX2、RASSF1A基因甲基化DNA檢測試劑盒于2017年獲得NMPA注冊證。SHOX2、RASSF1A甲基化檢測在上海市胸科醫(yī)院的臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：通過檢測肺泡灌洗液/沖洗液中SHOX2、RASSF1A雙基因甲基化進(jìn)行肺癌的早期診斷，靈敏度為81.0%，特異性為97.4%。
除傳統(tǒng)直腸癌檢測主要分為便潛血檢測（FOBT）和糞便免疫化學(xué)法（FIT），主要針對消化道出血人群，假陽性較高。結(jié)腸道檢測雖為金標(biāo)準(zhǔn)，但是患者對其有恐懼感，依從性差。北京博爾誠和江蘇為真生物基于直腸癌研發(fā)的Septin9甲基化檢測均已獲得NMPA注冊。Septin9 DNA甲基化檢測只需抽取10ml外周血，敏感度為74.8%，特異度為97.5%，是結(jié)直腸癌早期診斷的有效篩查手段。廣州康立明生物根據(jù)糞便基因檢測腸道腫瘤的天然優(yōu)勢，開發(fā)的SDC2甲基化檢測產(chǎn)品（又稱“長安心”）在2018年11月20日通過創(chuàng)新醫(yī)療器械層審批。2019年4月12日，康立明生物公司宣布完成3億元人民幣B輪融資，由鼎暉投資、IDG資本投資。
上海易畢恩基因科技有限公司基于芝加哥大學(xué)何川教授實(shí)驗(yàn)室的基因表觀遺傳學(xué)檢測技術(shù)而創(chuàng)。公司于2017年獲得“紅杉中國”主導(dǎo)的B輪投資。據(jù)了解，易畢恩的富集羥甲基化片段的專利技術(shù)（全基因組5hmC高通量測序技術(shù)）能夠特異捕獲血液cfDNA中含5hmC修飾的基因片段，并且由于該技術(shù)為獨(dú)有的化學(xué)標(biāo)記技術(shù)，可獲得全基因組大約2萬個含有5hmC的基因片段。同時采用最新一代Illumina高通量測序儀進(jìn)行二代測序，便能獲得5hmC在全基因組的含量分布譜。該研究團(tuán)隊通過大數(shù)據(jù)分析3000例的臨床樣本，發(fā)現(xiàn)5hmC在全基因組的含量分布差異可以區(qū)分肝癌和非肝癌，對肝細(xì)胞肝癌診斷的靈敏性、特異性可達(dá)90%以上。
2018年12月，全球體外診斷領(lǐng)導(dǎo)者羅氏診斷產(chǎn)品（上海）有限公司（以下簡稱“羅氏診斷”）與上海易畢恩基因科技有限公司（以下簡稱“易畢恩”）共同舉辦“表觀遺傳學(xué)腫瘤早篩領(lǐng)域臨床轉(zhuǎn)化高峰論壇”，并隆重宣布“羅氏診斷-易畢恩示范合作實(shí)驗(yàn)室”正式落地張江高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)青浦園區(qū)。
四、表觀遺傳調(diào)控類藥物前景巨大
大多數(shù)研究人員和制藥公司都在積極地靶向引發(fā)癌癥的特定突變開發(fā)藥物，然而近年，一些科學(xué)家們開始發(fā)現(xiàn)基因產(chǎn)物的差異表達(dá)和調(diào)控可能是治療癌癥的新突破點(diǎn)。
表觀遺傳調(diào)控藥物從2006獲批的DNA甲基化抑制劑地西他濱開始，已經(jīng)先后有組蛋白去乙?；敢种苿℉DACi）、組蛋白甲基化抑制劑先后獲批或正在開展臨床試驗(yàn)。地西他濱是一種天然2′-脫氧胞苷酸的腺苷類似物，通過抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，減少DNA的甲基化，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖以及防止耐藥的發(fā)生，適用于治療骨髓增生異常綜合征。
到目前為止，表觀遺傳調(diào)控藥物的批準(zhǔn)治療適應(yīng)癥或明確療效的使用還集中在血液淋巴腫瘤（包括T, B淋巴瘤，MDS，白血病和多發(fā)性骨髓瘤等），在實(shí)體瘤上尚未有重大進(jìn)展及獲批藥物，但是目前包括西達(dá)本胺及4SC（resminostat）在內(nèi)的多個表觀遺傳調(diào)控藥物正在開展針對實(shí)體瘤（肺癌、乳腺癌、胰腺癌、肝癌等）的聯(lián)合用藥臨床試驗(yàn)。
西達(dá)本胺是由微芯生物自主研發(fā)的具全球?qū)＠Ｗo(hù)的全新分子體，全球首個口服亞型選擇性表觀遺傳調(diào)控劑。2014年12月，西達(dá)本胺于獲批用于外周T細(xì)胞淋巴瘤。西達(dá)本胺為針對組蛋白去乙?；?“HDAC”)的選擇性抑制劑，逆轉(zhuǎn)腫瘤發(fā)生相關(guān)的表觀遺傳異常。研究表明含西達(dá)本胺的方案治療復(fù)發(fā)難治性外周T細(xì)胞淋巴瘤患者，中位生存時間較傳統(tǒng)化療，從5.8個月提高到了13.3個月。
結(jié)語：
表觀遺傳修飾與人類的多種疾病如腫瘤、老年性疾病、發(fā)育源性疾病等都息息相關(guān)，影響著這些疾病的發(fā)生和發(fā)展。異常表觀遺傳改變可以作為疾病檢測和預(yù)測的生物標(biāo)志物，表觀遺傳修飾改變的可逆性和可控性也為疾病早期的預(yù)防和治療提供了新策略。如今這一領(lǐng)域的科研成果和轉(zhuǎn)化案例正在噴涌而出，可以預(yù)見未來表觀遺傳規(guī)律在臨床診療中的應(yīng)用將更加廣泛。
來源：思宇醫(yī)械觀察
