发布日期：2019-05-30
前言：
生物性状受基因和环境的共同作用和影响。我们的身高，体重，对糖尿病、高血压等疾病的易感性，免疫力的高低除了与遗传密码子的序列相关外，究竟如何受到环境因素的影响？在DNA序列未发生变化的情况下，蛋白水平的表达是如何发生变化从而影响表型的呢？
原来，饮食、疾病或生活方式等环境因子能通过开启和关闭基因，从而调节DNA表达，进而在生命活动中发挥重要的作用。表观遗传学分析解决了基因检测的局限性，有助于确保患者在正确的时间得到正确的诊断和正确的药物治疗。下面我们一起来了解这门技术的应用与发展前景。
一、何为表观遗传修饰？
表观遗传学是指DNA的化学修饰以及控制基因活性的相关蛋白调节和非编码RNAs作用。表观遗传修饰可在细胞分裂过程中遗传给下一代，此外，表观遗传机制是外界环境影响基因活性的接口。
染色质是真核DNA的存在方式，由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA 组成。表观遗传修饰包括DNA甲基化、染色质改型、基因沉默、RNA编辑、组蛋白修饰（甲基化、乙酰化、磷酸化等）等，这些表观遗传学修饰决定了每个人类细胞中2米长的DNA如何折叠成微小的细胞核和基因的表达水平。表观遗传修饰引起基因功能的改变是可逆的、可遗传的。
DNA甲基化是DNA甲基转移酶（DNA methyl-transferase，Dnmt）催化S-腺苷甲硫氨酸，将胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶（mC）。DNA甲基化的位置主要集中在基因5′端的非编码区，DNA高度甲基化首先会影响DNA结构，进而阻遏基因转录，引起基因沉默。这种甲基化对于维持X染色体的失活﹑基因印记和肿瘤的发生发展都起着重要的作用。
不同组蛋白有不同的尾巴（H3氨基酸末端有7个Lys 和2个Ser；H4氨基酸末端有5个Lys和1个Ser)，发生的修饰类型也不同。在基因调节区内发生在组蛋白上的翻译后修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化，这些修饰改变染色质结构和易接受性，并作为转录因子或其他组蛋白修饰酶的停泊位点。
二、表观遗传学转化研究成科研热点
2018国家自然科学基金（NSFC）中标项目中，“增强子”相关的中标项目共27个，资助金额共1202万元；涉及“RNA甲基化”相关的65个，资助金额共2915.5万元；“外泌体”相关的为459个项目，资助金额高达1.76亿；“RNA结合蛋白”相关的共28个，资助金额共1027万元；“非编码RNA”相关的则超过1000个。
三、表观遗传检测分析获肿瘤早筛市场青睐
表观遗传学分析检测市场处于科研成果井喷，临床转化挑战巨大的阶段。目前大部分传统测序公司还停留在科研服务阶段，为科研实验室提供全基因组甲基化测序、LncRNA测序、组蛋白翻译后修饰分析等。尽管如此，越来越多的临床学研究表明，DNA甲基化在不同疾病中表现出不同的模式，与临床亚型、预后和药物反应相对应。部分创新型公司如鹍远基因、透景生命等已经利用核心专利技术，开启相关临床试验和试剂盒注册工作。
2017年3月，鹍远基因联合创始人、美国加州大学圣地亚哥分校生物工程系张鹍教授研究团队于《自然·遗传学》发表一项可用于癌症早筛和溯源的重磅研究成果—高通量甲基化无创检测技术，被国内外媒体喻为肿瘤液体活检迈入2.0时代的突破性技术。目前这项技术的专利独家授权予鹍远基因。张鹍教授表示“甲基化检测更适用于肿瘤的早期筛查，我们希望在患者需要进行药物治疗之前，发现肿瘤的存在，这样只需要做一个很简单的微创手术就可以治愈”。2018年3月28日，鹍远基因宣布获得礼来亚洲基金领投的6000万美金A+轮融资。
由于肺癌初期多无特异临床症状，难以察觉，而就诊的患者80%已经处于疾病晚期，失去了最佳治疗时期和手术的机会。因此肺癌的早期诊断对于降低肺癌患者死亡率极其重要。目前应用于临床的肺癌诊断方法中，x射线，CT，PET等影像学方法通常只作为辅助诊断指标，而细胞学，组织病理学等确诊方法则因取材难度大而不可能应用于大规模筛选。寻找临床指征特异性良好的肿瘤标志物成为关键。透景生命（300642）基于肺癌早筛研发的人SHOX2、RASSF1A基因甲基化DNA检测试剂盒于2017年获得NMPA注册证。SHOX2、RASSF1A甲基化检测在上海市胸科医院的临床试验数据表明：通过检测肺泡灌洗液/冲洗液中SHOX2、RASSF1A双基因甲基化进行肺癌的早期诊断，灵敏度为81.0%，特异性为97.4%。
除传统直肠癌检测主要分为便潜血检测（FOBT）和粪便免疫化学法（FIT），主要针对消化道出血人群，假阳性较高。结肠道检测虽为金标准，但是患者对其有恐惧感，依从性差。北京博尔诚和江苏为真生物基于直肠癌研发的Septin9甲基化检测均已获得NMPA注册。Septin9 DNA甲基化检测只需抽取10ml外周血，敏感度为74.8%，特异度为97.5%，是结直肠癌早期诊断的有效筛查手段。广州康立明生物根据粪便基因检测肠道肿瘤的天然优势，开发的SDC2甲基化检测产品（又称“长安心”）在2018年11月20日通过创新医疗器械层审批。2019年4月12日，康立明生物公司宣布完成3亿元人民币B轮融资，由鼎晖投资、IDG资本投资。
上海易毕恩基因科技有限公司基于芝加哥大学何川教授实验室的基因表观遗传学检测技术而创。公司于2017年获得“红杉中国”主导的B轮投资。据了解，易毕恩的富集羟甲基化片段的专利技术（全基因组5hmC高通量测序技术）能够特异捕获血液cfDNA中含5hmC修饰的基因片段，并且由于该技术为独有的化学标记技术，可获得全基因组大约2万个含有5hmC的基因片段。同时采用最新一代Illumina高通量测序仪进行二代测序，便能获得5hmC在全基因组的含量分布谱。该研究团队通过大数据分析3000例的临床样本，发现5hmC在全基因组的含量分布差异可以区分肝癌和非肝癌，对肝细胞肝癌诊断的灵敏性、特异性可达90%以上。
2018年12月，全球体外诊断领导者罗氏诊断产品（上海）有限公司（以下简称“罗氏诊断”）与上海易毕恩基因科技有限公司（以下简称“易毕恩”）共同举办“表观遗传学肿瘤早筛领域临床转化高峰论坛”，并隆重宣布“罗氏诊断-易毕恩示范合作实验室”正式落地张江高新技术产业开发区青浦园区。
四、表观遗传调控类药物前景巨大
大多数研究人员和制药公司都在积极地靶向引发癌症的特定突变开发药物，然而近年，一些科学家们开始发现基因产物的差异表达和调控可能是治疗癌症的新突破点。
表观遗传调控药物从2006获批的DNA甲基化抑制剂地西他滨开始，已经先后有组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）、组蛋白甲基化抑制剂先后获批或正在开展临床试验。地西他滨是一种天然2′-脱氧胞苷酸的腺苷类似物，通过抑制DNA甲基转移酶，减少DNA的甲基化，从而抑制肿瘤细胞增殖以及防止耐药的发生，适用于治疗骨髓增生异常综合征。
到目前为止，表观遗传调控药物的批准治疗适应症或明确疗效的使用还集中在血液淋巴肿瘤（包括T, B淋巴瘤，MDS，白血病和多发性骨髓瘤等），在实体瘤上尚未有重大进展及获批药物，但是目前包括西达本胺及4SC（resminostat）在内的多个表观遗传调控药物正在开展针对实体瘤（肺癌、乳腺癌、胰腺癌、肝癌等）的联合用药临床试验。
西达本胺是由微芯生物自主研发的具全球专利保护的全新分子体，全球首个口服亚型选择性表观遗传调控剂。2014年12月，西达本胺于获批用于外周T细胞淋巴瘤。西达本胺为针对组蛋白去乙酰化酶(“HDAC”)的选择性抑制剂，逆转肿瘤发生相关的表观遗传异常。研究表明含西达本胺的方案治疗复发难治性外周T细胞淋巴瘤患者，中位生存时间较传统化疗，从5.8个月提高到了13.3个月。
结语：
表观遗传修饰与人类的多种疾病如肿瘤、老年性疾病、发育源性疾病等都息息相关，影响着这些疾病的发生和发展。异常表观遗传改变可以作为疾病检测和预测的生物标志物，表观遗传修饰改变的可逆性和可控性也为疾病早期的预防和治疗提供了新策略。如今这一领域的科研成果和转化案例正在喷涌而出，可以预见未来表观遗传规律在临床诊疗中的应用将更加广泛。
来源：思宇医械观察
