寻找基因的秩序维持者

1月初，中国科学院正式启动重点部署项目“中国人群精准医学研究计划”。该计划是由中科院北京基因组研究所牵头、多个院所参加的。这支交叉学科团队将在4年内完成4000个志愿者的DNA样本和多种表现型数据的采集，并对其中2000人进行深入的精准医学研究。

除了全基因组序列分析，还将建立基因组健康档案和针对一些重要慢性病的遗传信号开展疾病风险和药物反应的预警和干预研究，“中国人群精准医学研究计划”还包括进行糖尿病人群的表观基因组研究以及肿瘤的早诊与治疗的精准医学方案等研究项目。

其中提到的“表观基因组”并不为人所熟识，但是其重要程度却不亚于全基因组的研究，是精准医学不可或缺的一部分。

何谓表观基因组

表观遗传学的概念最早由生物学家Waddington在《现代遗传学导论》一书中提出，但是其中的分子机理并不清楚。直到1982年，美国约翰斯·霍普金斯大学医学院的Andrew Feinberg和Bert Volgelstein首先发现肿瘤的DNA甲基化发生异常，该结果发表在著名杂志Nature上。其后的1996年相同大学的科学家James G Herman 和Stephen B Baylin发明MSP技术，并发现肿瘤细胞中抑癌基因启动子区CpG呈高甲基化状态。这使得科学家开始意识到表观遗传改变对肿瘤发生的重要性。

过去，DNA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，在不影响DNA序列的情况下可以改变基因组的修饰，这种改变不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去。

具体而言，表观遗传学是研究基因核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达调控发生变化的一门遗传学分支学科。它的研究内容包括DNA甲基化，组蛋白的修饰以及非编码RNA的调控作用等。“全基因组与表观基因组之间有关联，但不完全一样。全基因组学主要研究细胞中所有基因的序列改变以及基因的表达情况。表观基因组学则研究基因组水平的DNA和组蛋白修饰对基因表达调控的情况以及基因组非编码RNA的调控功能等。”扬州大学重点引进人才、表观遗传学及表观基因组学研究所所长崔恒宓教授在接受《中国科学报》记者采访时表示。

如果我们将基因组学比作计算机的硬件，那么表观基因组学就是计算机的软件。我们知道即使计算机硬件完好，但如果软件发生问题如计算机病毒感染，计算机也会失去功能。

为精准医学提供可能

精准医学是美国总统奥巴马在2011年的国情咨文中提出的概念。他希望人类可以通过基因组学、蛋白质学、代谢组学、信号组学、临床标记物的研究，为病人作出更精确的诊断。“表观基因组学与基因组学一样，在精准医疗中不可或缺。因为只有两种技术同时运用，才能全面精准分析疾病的真正发生原因和机制。从而制定有效治疗方案，二者缺一不可。”崔恒宓解释道，“过去我们可能仅仅知道许多基因突变与疾病有关。但并不知道在更多情况下，基因并未发生突变，而是DNA和组蛋白修饰等改变引起基因表达异常而导致肿瘤等疾病。”

虽然，精准医学仍然是利用疾病的共性规律来治疗，但是随着医学的进步，医生会根据疾病的分子基础进行分类，并寻找到合适的药物进行治疗。不过，精准医学的治疗过程并非仅仅在DNA上动手术，而更多是在表观遗传上做文章。因为“表观遗传是容易受到环境因素影响而发生改变。”崔恒宓说。也正是因为表观遗传异常改变具有可逆性，所以表观遗传药物使许多重大疾病变为可治疗的。比如DNA甲基化可通过DNA甲基化酶抑制剂去甲基化，从而达到可逆和修复的目的。“事实上，有DNA甲基化酶抑制剂和影响组蛋白修饰的相关抑制剂已用于人类肿瘤的临床治疗，效果明显。”崔恒宓告诉记者。

研究刚起步

2015年2月19日，《自然》杂志及其旗下相关的六大期刊同时在线发表24篇科技论文，发布涉及100多种人类细胞和组织的第一张表观基因组综合图谱。这些论文是表观基因组学路线图计划几百名参与者数年研究工作的顶点成果。作者们写道：“这一迄今为止最全面的人类表观基因组景观图谱，不仅对于正常人类生物学具有重要的意义，我们的数据集对于人类疾病的研究也将具有极大的价值，例如有数篇姊妹文章探讨了自身免疫疾病、阿尔茨海默氏症和癌症的背景。”

4个月后，一篇刊登于国际杂志Nature上的研究论文中，来自索尔克研究所的研究人员通过研究绘制出了表观基因组的全面图谱，其中包括来自捐献者超过12个不同的人类器官；甲基化并不会改变个体的遗传基因序列，但其对人类机体的发育和健康却至关重要。

有研究人员表示，过去从事基因研究与从事表观遗传研究的人员交流不多，但是在这五六年里研究者们在重新审视这类讨论，因为癌症中最频发的突变影响了一些表观基因组调控因子。因此基因组中的一些突变是通过表观遗传学机制来发挥作用，现在一些大型制药公司将表观基因组视作重要靶标。

“作为新兴学科，表观基因组学尚处于发展和完善之中。其应用前景不可估量。”崔恒宓表示。