表观遗传学：营养之间的新桥梁与健康
摘要：营养成分能逆转或改变表观遗传现象，如DNA甲基化和组蛋白修饰，从而改变表达与生理和病理过程，包括胚胎发育，衰老，和致癌作用有关的关键基因。它出现营养成分和生物活性食物成分能影响表观遗传现象，无论是催化DNA直接抑制酶甲基化或组蛋白修饰，或通过改变所必需的那些酶反应底物的可用性。在这方面，营养表观遗传学一直被看作是一个有吸引力的工具，以预防儿科发育疾病和癌症以及延迟衰老相关的过程。在最近几年，表观遗传学已成为广泛的疾病，例如2型糖尿病的新出现的问题糖尿病，肥胖，炎症，和神经认知障碍等。虽然开发治疗或预防发现的可能性这些疾病的措施是令人兴奋的，在营养表观遗传学当前的知识是有限的，还需要进一步的研究来扩大可利用的资源，更好地了解使用营养素或生物活性食品成分对保持我们的健康和预防疾病经过修改的表观遗传机制。
介绍：
表观遗传学可以被定义为基因的体细胞遗传状态，从不改变染色质结构产生的表达改变的DNA序列中，包括DNA甲基化，组蛋白修饰和染色质重塑。在过去的几十年里，表观遗传学的研究主要都集中在胚胎发育，衰老和癌症。目前，表观遗传学在许多其它领域，如炎症，肥胖，胰岛素突出抵抗，2型糖尿病，心血管疾病，神经变性疾病和免疫疾病。由于后生修饰可以通过外部或内部环境的改变因素和必须改变基因表达的能力，表观遗传学是现在被认为是在不明病因的重要机制的许多疾病。这种诱导表观遗传变化可以继承在细胞分裂，造成永久的保养所获得的表型。因此，表观遗传学可以提供一个新的框架为寻求病因在环境相关疾病，以及胚胎发育和衰老，这也是已知受许多环境因素的影响。
在营养领域，表观遗传学是格外重要的，因为营养物质和生物活性食物成分可以修改后生现象和改变的基因的表达在转录水平。叶酸，维生素B-12，甲硫氨酸，胆碱，和甜菜碱可以影响通过改变DNA甲基化和组蛋白甲基化1 - 碳代谢。两个代谢物的1-碳代谢可以影响DNA和组蛋白的甲基化：S-腺苷甲硫氨酸（的AdoMet）5，这是一个甲基供体为甲基化反应，并S-腺苷高半胱氨酸（的AdoHcy），这是一种产物抑制剂的甲基化。因此，理论上，任何营养素，生物活性组件或条件可影响的AdoMet或的AdoHcy水平在组织中可以改变DNA和组蛋白的甲基化。其他水溶性维生素B像生物素，烟酸和泛酸也发挥组蛋白修饰重要的作用。生物素是组蛋白生物素化的底物。烟酸参与组蛋白ADPribosylation如聚（ADP-核糖）的基板聚合酶作为以及组蛋白乙酰为底物Sirt1的，其功能作为组蛋白乙酰化酶（HDAC）（1）。泛酸是的一部分辅酶A以形成乙酰CoA，这是乙酰基的中组蛋白乙酰化的源。生物活性食物成分直接影响酶参与表观遗传机制。例如，染料木黄酮和茶儿茶素会影响DNA甲基（转移酶）。白藜芦醇，丁酸盐，萝卜硫素，和二烯丙基硫化物抑制HDAC和姜黄素抑制组蛋白乙酰转移酶（HAT）。改变酶activit这些化合物可能我们的有生之年通过改变基因表达过程中影响到生理和病理过程。
第十一章 表观遗传学
重点内容提示：
一、表观遗传学
表观遗传学是于遗传学相对应的一门科学，是指DNA序列不发生转变但基因表达却发生了可遗传的改变，它包括三个层次的含义：一是可遗传性，二是基因表达的可变性，三是无DNA序列的转变或不能用序列转变来讲明。
二、表观遗传修饰
1．DNA甲基化。DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，将一个甲基添加在DNA分子的碱基上，最多见的是加在胞嘧啶上。DNA甲基化是最先发觉DNA修饰途径之一，它直接制约基因的活化状态， DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化诱导基因的从头活化和表达，对基因表达起重要调剂作用，爱惜基因组的稳固性。DNA甲基化与肿瘤疾病的发生进展有重要的关系，抑癌基因CpG甲基化可致使抑癌基因的表观遗传学转录失活，直接参与肿瘤的发生机制，是肿瘤研究的新型生物学指标。
2．组蛋白修饰。组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化和磷酸化，组成多种多样的组蛋白密码，作为一种识别标志，为其他蛋白与DNA的结合产生协同或拮抗作用。
3．DNA相关沉默。反义RNA、非编码RNA和RNA干扰均能异染色质形成，引发RNA的相关沉默。
三、遗传印记
1．遗传印记。是指不同亲本来源的一对等位基因之间存在功能上的不同，它在长期进化中形成，哺乳动物的正常发育起着重要作用。DNA甲基化是产生遗传印记的要紧缘故。
2．遗传印记特点。一是遗传印记遍及基因组，二是遗传印记的内含子小，雄性印记基因重组率高于雌性印记基因。三是印记基因组织特异性表达，四是遗传印记活着代中能够逆转。
四、X染色体失活
在哺乳动物中，雌雄性个体X染色体的数量不同，这种动物一X染色体失活方式来解决X染色体剂量的不同。在雌性哺乳动物中，两条X染色体有一个是失活的，成为X染色体剂量补充。X染色体失活的选择和起始发生在胚胎发育的初期，此进程被称为X失活中心所操纵，是一种反义转录调控模式。那个中心存在着X染色体失活特异性转录基因，当失活的命令下达时，那个基因酒会产生一个17kb不翻译RNA与X染色体结合，引发失活，X失活中心具有“记数”的功能，既维持每一个二倍体中仅有一条X染色体有活性，其余全数失活。
表观遗传学研究进展
表观遗传学被定义为研究可遗传的基因表达改变的一门遗传学分支学科。它既不同于基因突变，也不依赖DNA序列的改变。基因表达的表观遗传调控对人类健康具有长远而广泛的影响。饮食及环境因素可能会潜在的改变表观遗传调节的水平及范围，因此，对于表观遗传的深入研究有助于解释生活习惯与疾病发生间的关系。此外，DNA表观遗传修饰变化可以作为早期癌症及癌前病变检测的生物标志物，对于癌症的诊断、预后及治疗大有裨益。逆转表观遗传对基因的调控代表一种新的治疗策略或药物设计模式。
标签： 表观遗传学；基因表达；基因突变；癌前病变
表观遗传学是针对不涉及到DNA序列变化而表现为DNA甲基化谱、染色质结构状态和基因表达谱在细胞间传递的遗传现象的一门学科。表观遗传的主要机制包括DNA甲基化、核染色质修饰、印记基因丢失及非编码microRNA变化[1]。表观遗传修饰的一个重要特征是可以发生在亲代与子代间（有丝分裂遗传）以及子代与子代之间（减数分裂遗传）的可遗传变化。它还可以作为一种阐述具有相同DNA序列的细胞或生物体如何产生明显表型差异的机制，对于表观遗传的深入研究有助于解释生活习惯与疾病发生间的关系[2]。大量研究表明，基因表达的表观遗传调控已经成为阐述多种疾病，特别是恶性肿瘤发病机制的一个基本途径[3-4]。本文就表观遗传的研究进展做一综述。
1 DNA甲基化
DNA甲基化是指在DNA序列的胞嘧啶核苷酸的特定位置共价加减甲基基团的一种变化。甲基化反应进行的程度受到DNA甲基转移酶（DNA
methyltransferases，DNMTs）的控制。在脊椎动物中，甲基基团的共价加减反应只会发生于启动子区域的胞嘧啶与鸟苷酸含量丰富的区域，即所谓的CpG岛（CpG islands）[5]。
1.1 低甲基化
在机体正常的生理条件下，位于启动子区域外的大约80%的CpG二核苷酸结构处于甲基化状态。全基因组的甲基化程度降低或者处于低甲基化状态会导致信使RNA水平受到抑制。结肠癌患者的DNA总体水平处于低甲基化状态，是首次阐述的表观遗传调控的异常情况[6]。低甲基化状态通过促进有丝分裂导致染色体重组，引起基因组不稳定现象如基因缺失，易位等发生肿瘤。DNA低甲基化状态还与原癌基因如c-Jun、c-Myc及c-Ha-Ras的激活作用有关[7]。目前的研究证实，肿瘤组织的DNA大部分都处于低甲基化状态，低甲基化加速癌变进程[8-9]。
医学遗传学课程习题
第十三章 线粒体疾病
一、教学大纲要求
１．掌握线粒体DNA突变的主要类型。
２．熟悉线粒体疾病的分类。
３．了解主要的线粒体疾病的遗传学机理。
４．了解核DNA与线粒体疾病的关系。
二、习题
（一）A型选择题
1．狭义的线粒体病是
A．线粒体功能异常所致的疾病 B．mtDNA突变所致的疾病
C．线粒体结构异常所致的疾病 D．线粒体数量异常所致的疾病
E．mtDNA数量变化所致的疾病
2．点突变若发生于mtDNA rRNA基因上，可导致
A．呼吸链中多种酶缺陷 B．电子传递链中某种酶缺陷
C．线粒体蛋白输入缺陷 D．底物转运蛋白缺陷
E．导肽受体缺陷
3．常见的mtDNA的大片段重组是
A．插入 B．重复 C．易位 D．缺失 E．倒位
4．mtDNA大片段的缺失往往涉及
A．多个ATPase8基因 B．多个ND基因 C．多个tRNA基因
D．多个rRNA基因 E．多个多种基因
5．Leber遗传性视神经病患者最常见的mtDNA突变类型是
A．G14459A B．G3460A C．T14484C
D．G11778A E．G15257A
6．与增龄有关的mtDNA突变类型主要是
A．点突变 B．缺失 C．重复 D．nDNA突变 E．基因组间交流缺陷
7．线粒体脑肌病的特征是
A．肌纤维中呼吸链酶活性正常 B．肌纤维中呼吸链酶活性缺陷 C．中枢神经系统呼吸链酶活性缺陷 D．呼吸链酶活性正常的神经细胞与酶活性缺失的神经细胞混合 E．呼吸链酶活性正常的肌纤维与酶活性缺失的肌纤维混合
8．mtDNA突变诱导糖尿病的机制可能是
