DNA甲基化研究现状
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DNA甲基化分布图谱
2003年人类表观基因组协会(Human Epigenome Consortium, HEC)宣布开始投资和实施人类表观基因组计划(HEP)，主要任务是绘制出人类基因组中甲基化可变位点图谱，即不同组织与疾病状态下，5-甲基胞嘧啶出现及其分布频率的图谱，以指导和系统地研究DNA甲基化在人类表观遗传、胚胎发育、基因印记、等位基因失活及肿瘤发生中的重要作用。
DNA甲基化的研究，逐渐成为新的研究热点。
表观遗传学研究的是非DNA 序列变化引起的,在细胞分裂中可遗传的基因修饰作用，该种修饰影响DNA 和其他分子的相互作用，并通过细胞分裂和增殖遗传。
其分子机制包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和RNA 干扰等,它们在基因转录调控过程中扮演重要角色。
DNA 甲基化修饰作为基因组表观遗传修饰调控的主要方式,它在许多方面均起着重要的调控作用，已知地如：胚胎发育、转录、染色体结构、X性染色体失活、基因组印迹和染色体稳定性等[1-4]。
近年越来越多的研究显示人类疾病尤其是肿瘤的发生、发展与DNA 甲基化的异常有关,而且早在肿瘤临床确诊之前即可检测出特异基因的甲基化异常现象[5-8]。
目前，对于甲基化的研究主要集中在甲基化在转录调控中的作用机制、甲基化筛选及检测手段、甲基化与疾病尤其是肿瘤的关系、甲基化检测对肿瘤的诊断和预后评估以及应用甲基化抑制剂治疗肿瘤等方面。
1.1.1 DNA甲基化的一般概述与分布图谱
DNA 甲基化是一种最常见的表观遗传(epigenetic) 修饰方式, 在不同的酶催化作用下，可以修饰腺嘌呤的N-6 位碱基（dam 甲基化酶）, 胞嘧啶的N-4 位碱基,鸟嘌呤的N-7 位碱基或是胞嘧啶的C-5 位碱基。
而在真核生物中DNA 甲基化仅发生在胞嘧啶的C-5 位碱基，即在DNA 甲基转移酶催化下,利用S’腺苷甲硫氨酸提供的甲基,将胞嘧啶的第5 位碳原子甲基化,从而使胞嘧啶转化为5’甲基胞嘧啶[9]。
在哺乳动物中,DNA 甲基化主要发生在二核苷酸胞嘧啶(CpG) 第5位碳原子上,即5’胞嘧啶 (5’mC)。
1.1.1.1 DNA甲基化在基因组中的静态分布：
正常人类基因组中的CpG二核苷酸以两种形式存在：一种分散于基因组DNA 中：约占70-80%，通常处于甲基化状态。
这种DNA甲基化在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育过程中起着极其重要的作用。
研究表明胚胎的正常发育得益于基因组DNA适当的甲基化，缺少任何一种甲基转移酶对小鼠胚胎的发育都是致死性的[10]。
另一种存在于CpG结构高度聚集的CpG岛：一般将CpG序列的密度比平均密度高10~20 倍, G+C 含量大于50% ，长度大约300-3000bp的区域命名为CpG岛(CpG island)。
CpG岛常位于管家基因上游启动子区，也可延伸到外显子区。
启动子区的CpG岛通常处于非甲基化状态，基因能正常表达。
图1-1显示了高甲基化的频率、基因印记、转录抑制的甲基化状态，从头甲基化的可能性与启动子区CpG含量 (分为不同等级：HCP、ICP、LCP)相关性。
图1-1 人类基因组启动子区的CpG含量与DNA甲基化调控
每个条状图的宽度代表在转录抑制中发生的频率或强度。
CpG含量分为LCP(Low)、ICP、HCP(High);weak CpG islands (ICPs) ：易于被甲基化调控；因为体细胞频繁发生甲基化，这种甲基化会抑制基因活性。
DNA甲基化在基因组中呈不均匀分布，脊椎动物基因的甲基化状态有三种：持续的低甲基化状态（如管家基因）；去甲基化状态（如发育阶段中的一些基因）；高度甲基化状态（如女性的一条失活的X染色体）。
正常基因组中绝大多数位点的甲基化状态是恒定的,但少数位点的甲基化状态可以发生改变,如某些组织特异基因的启动子甲基化状态具有组织特异性,即仅在表达的组织中呈非甲基化状态。
异常的甲基化可分为高甲基化和低甲基化,前者指正常组织中不发生甲基化的位点被甲基化,后者是指在正常组织中发生甲基化的位点去甲基化。
异常的DNA甲基化会导致许多疾病的发生，将在下文详述。
1.1.1.2 DNA甲基化在正常衰老中的动态变化：
DNA 甲基化在胚胎发育过程中就已经建立，随着细胞分裂次数的增加，基因组DNA甲基化（5mC 含量）整体呈下降趋势[11]，这一特性在哺乳动物中普遍存在[12]; 而下降速度与可传代次数密切相关；即所谓的细胞寿限与去甲基化速度相关学说：永生系细胞寿命>人成纤维细胞寿命>鼠成纤维细胞寿命,而5mC含量与之成反比，依次为：相对稳定，下降速度慢，下降速度快. 使用甲基化酶抑制剂处理人成纤维细胞或某些肿瘤细胞可使其增殖能力下降，寿命缩短，也佐证了这一学说的合理性。
衰老细胞中DNA甲基化水平下降可归因于细胞的损伤积累、修复能力的下降、DNA甲基转移酶(DNMT) 的活性下降等。
因为分裂次数与甲基化含量呈负相关的特性，DNA甲基化水平也可作为衰老生物学标志的指标。
对基因组总体DNA 甲基化水平进行监测,将可能成为未来个体化医药学中一种常用的医学检测手段。
但这些基因的去甲基化位点通常不在启动子序列，因此，去甲基化对于这些基因表达造成的直接影响还有待进一步探讨。
然而相较于基因组甲基化整体呈下降趋势，个别基因也存在甲基化水平增高的例外[13]：如人结肠组织雌激素受体(ER) 基因，胰岛素样生长因子2基因(IGF2) 、肌原调节蛋白基因（MYOD1）、体觉诱发电位组份基因（N33）[14] 以及鼠肝Ha-ras基因，值得注意的是上述基因的甲基化变化具有组织特异性.
细胞在衰老过程中伴随DNA甲基化多样性改变，基因组总体甲基化水平降低，但同时也存在某些特异基因的高甲基化。
有意思的是，肿瘤细胞与衰老中的细胞整体甲基化变化谱是一致的均呈现5mC的总含量降低的特点；这提示，衰老与肿瘤之间存在密切联系[15]。
因此，对于衰老或肿瘤细胞甲基化的深入研究，都可以为研究对方的发生机制和防治提供线索。
