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细胞编程与重编程中的表观遗传学调控
表观遗传指的是在不改变基因组 DNA 序列的前提下，影响和调节基因的表达和功能的
发挥，并且这种改变可以在细胞增殖和个体发育过程中发生稳定遗传 1。近几年随着生命科
学研究的不断深入，表观遗传学的研究手段也得到了日新月异的发展，与之相关的研究领域
日益拓宽。
表观遗传学的主要内容分为基因转录过程的调控和基因转录后的调控两部分。前者主要
研究作用于亲代的环境因素造成子代基因表达方式改变的原因，包括 DNA 甲基化（DNA
methylation），组蛋白共价修饰（histone covalent modification），染色质重塑（chromatin
remodeling），基因沉默（gene silencing）和 RNA 编辑（RNA editing）等 2；后者主要研
究 RNA 的调控机制，包括基因组中的非编码 RNA（non-coding RNA）、微小 RNA（miRNA）、
反义 RNA（antisense RNA）、核糖开关（riboswitch）等 3。表观遗传学调控广泛，其参与
多种正常以及病理状态下的生物学过程。如：发育过程中的细胞编程、细胞重编程、肿瘤的
发生发展（肿瘤干细胞）、精神类疾病、心血管疾病、代谢综合征、免疫性疾病、衰老等等 4-
7。
而发育分化调控机制一直是生命科学研究中最重要的问题之一，发育生物学的首要研究
内容就是探讨细胞如何定向分化（细胞编程-cellular programming）8。近年来，干细胞尤
其是胚胎干细胞(embryonic stem cells, ES 细胞)的体外定向诱导分化为发育生物学的研
究提供了良好的模型 9。除了正向细胞分化外，终末分化的细胞逆转为原始的多能，甚至是
全能干细胞这一细胞重编程过程(cellular reprogramming)10，为更深入地研究发育分化提
供新的思路和方向。解螺旋 helixlife
细胞编程与重编程调控机制的探讨与阐明将使人们有望早日实现干细胞用于临床组织
器官修复与再生的梦想，有助于人们对疾病发生机制的明确以及新的疾病诊治药物的开发，
因此具有重要的理论和实际意义 11。
越来越多的研究表明表观遗传学在细胞编程与重编程中扮演着至关重要的角色。Reik
提出“发育的过程实际上就是表观遗传学发挥作用的过程”1。在具有多向分化潜能的干细
胞阶段，决定细胞分化和成熟的系列基因由于受到表观遗传学的修饰而沉默，其中包括组蛋
白的去乙酰化、基因启动子区域的高甲基化等 12。新兴的证据表明表观遗传机制在精细调节
宿主先天免疫反应的结果中起着重要作用。这将使我们能够鉴定基因特异性宿主防御和炎性
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疾病之间的机制，并且还能探索健康和疾病中先天免疫记忆的程序 13。代谢重编程和表观遗
传修饰的相互调控在肿瘤中也扮演着重要的作用 7,14。随着多能干细胞向成熟细胞分化，这
些基因由于组蛋白乙酰化或者 DNA 的去甲基化而开始表达，与此相反的是，许多在干细胞早
期发育阶段表达的印迹基因或多能相关基因却由于 DNA 高甲基化等原因在成熟体细胞中向
沉默转归 15。DNA 甲基化，组蛋白修饰和基因组结构的畸变是许多造血肿瘤的特征性特征，
其中后生酶经常发生突变 16。解螺旋 helixlife
体细胞经过重编程成功诱导为 iPS 细胞无疑是目前干细胞生物学研究领域最为激动人
心的进展，探讨 iPS 的重编程机制无疑是科学家们进一步研究的热点，而作为在干细胞发育
与分化中具有重要作用的表观遗传学在重编程过程中扮演着重要角色。此外，虽然最初认为
效应 T 细胞如 T 辅助细胞 1（Th1）或 T 辅助细胞 2（Th2）的发育编程导致其固定分化的不
可逆转，但随后的研究表明效应 T 细胞具有更灵活的稳定性和可塑性。对于 Th17 亚群来说
尤其如此，其分化是具有诱导型调节 T（iTreg），T 辅助 22（Th22）和 Th1 细胞的重叠发育
轴的高度动态过程。而 Th17 可塑性在临床研究领域仍然是一个尚未解决的问题 17。
目前研究细胞编程/重编程过程中的表观遗传学调控的手段主要有以下几种：1、大规模
筛选的测序技术，如甲基化测序、乙酰化测序、miRNA/LncRNA 测序等等 18；2、研究候选基
因 表 观 遗 传 修 饰 的 定 点 PCR 、 EMSA 以 及 染 色 质 免 疫 共 沉 淀 （ chromatin-
immunoprecipitation，CH-IP）等等 19；3、研究染色质结构的实时荧光标记技术等 20。随
着研究手段的不断更新，对于细胞编程/重编程过程中的表观遗传学调控的机制也愈发清楚。
有理由相信，细胞的编程与重编程某种程度上等同于细胞内表观遗传的编程与重编程。
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