《轉》訪復旦大學於文強教授：從表觀遺傳學研究中談科研創新與自信！

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復旦生物醫學研究院表觀遺傳學中心PI於文強教授，多年來一直在國際著名大學的表觀遺傳實驗室與該領域的頂尖級科學家共同從事表觀遺傳學研究，取得了許多傑出的研究成果,轉化醫學網為此專門採訪了於文強教授。

新興學科--表觀遺傳學發展迅猛！

表觀遺傳學的概念，最早於提出20世紀40年代，中間經歷30年的沉寂，到70年代中期被重新認識，到90年代後才開始迅猛發展，作為2000年後逐漸興起的新學科，國內外的競爭非常激烈。

表觀遺傳學（epigenetics）這個專業術語是由研究胚胎髮育的英國生物學家沃丁頓提出，他當時在植物中發現一種現象：第一代植物耐鹽鹼或耐旱的特性，會在下一代或是幾代後表現出來，說明環境改變導致植物產生的某種特性是可以遺傳的。「epi」意為在......上面，「genetic」意為遺傳學，在生物學和醫學中「epi」常被譯為「表」的意思，例如epidermis(表皮），epirubicin(表阿黴素)等,此外，「epi」這個前綴也常與遺傳學術語結合組成新的名詞，例如epigenome(表觀基因組）和epigenotype(表觀基因型）。

生命之存在--經典遺傳學與表觀遺傳學

基因組含有兩類遺傳信息，一類是傳統意義上的遺傳信息，即基因組DNA序列所提供的遺傳信息，提供生命必需蛋白質的模板；另一類則是表觀遺傳學信息，即基因組DNA的修飾，它提供了何時、何地、以何種方式去應用DNA遺傳信息的指令，它的特性是可遺傳、可逆，且這種可遺傳的表型是不能用DNA 序列改變解釋 。表觀遺傳學主要包括 DNA 甲基化，組蛋白修飾，染色質重塑，RNA調控。

經典遺傳學非常容易理解，我們從父母那裡繼承的DNA序列，在我們短暫而又漫長的人生中，它們幾乎不會變化，類似於種瓜得瓜、種豆得豆、龍生龍鳳生鳳的道理。表觀遺傳是不確定的，是環境和生命之間的相互作用形成的，是一種超越了遺傳學的概念。生物體中內在表觀遺傳學變化是生命自身對外界環境的忠實記錄和總結，從這個意義上來說，表觀遺傳學是連接生命衍變與環境響應的橋樑。

人體DNA序列的A、T、C、G 4種鹼基，其甲基化一般發生在胞嘧啶上，利用DNA甲基化抗體進行免疫熒光檢測發現，在胚胎髮育早期全基因組DNA甲基化明顯減少，父原核的DNA甲基化最先去除，在四細胞期DNA甲基化僅剩下為數不多的熒光斑點，這種低甲基化狀態一直維持到囊胚期，當胚胎在子宮著床後DNA甲基化迅速得以恢復。不過，事實上，胚胎細胞的DNA甲基化並不是全部去除，大約會保留20%。DNA甲基化作為重要的表觀遺傳學標誌，其在胚胎早期的變化揭示了我們個體不同於父母的表觀遺傳學修飾。例如同卵雙胞胎，他們有著完全相同的DNA序列，而且共享同一個子宮，但是他們具有表型差異和疾病易感性等各方面的差異。

過去我們的研究都集中在經典遺傳學上，對於環境這種不太確定的因素研究不太多，因為很難量化。比如基因測序，從遺傳學的角度去預測可能會有得哪種疾病或者說是癌症的風險等等，但實質上有些人會得，有些人就不會得。從基因角度不能夠解釋，這就需要從環境因素的角度去闡述，就像前面所說的植物耐旱耐鹽鹼的特性，也並不是每代每株都會遺傳，它是不確定的，可以是跨代遺傳。目前關於表觀遺傳學的跨代遺傳的研究，在低等生物線蟲中做過，它可以將這種環境因素導致的基因往下傳大概18至20代左右。現在的疾病，跟環境有很大關係,比如抽煙，可能對你目前沒有太大的影響，但是對於你的後代來講，已經埋下了隱患。

沒有爭論就沒有進步--DNA甲基化和腫瘤的關係

關於疾病，目前單單從DNA 序列上研究病因是片面的，有可能會事倍功半，對於有些疾病甚至永遠也找不到答案。腫瘤的發生過程中一種學說叫「bad luck」學說，即每個人都有得腫瘤的概率,得腫瘤並不是上帝決定，或者遺傳決定，有可能這只是你的「bad luck」。

遺傳學與表觀遺傳學兩種機制相互交叉存在，共同促進了腫瘤的形成。

遺傳學機制通過DNA核苷酸序列改變而形成突變，而且腫瘤作為一種遺傳學疾病在分子生物學領域已經得到證實。

表觀遺傳學機制，即不依賴DNA序列改變導致基因表達水平的變化。DNA甲基化與正常胚胎髮育、生長等有關，而DNA異常甲基化與多種腫瘤的發生和發展密切相關。DNA低甲基化是在人類腫瘤中最早的被發現的表觀遺傳異常。腫瘤的表觀遺傳學領域有一場爭論，1983年，Andrew Feinberg 發現腫瘤細胞中存在全基因組的DNA低甲基化現象； 而在1985年，Stephen Baylin發現腫瘤抑制基因的啟動子高甲基化導致了腫瘤抑制基因的沉默；結論相反？爭論持續到 1998年，Andrew Feinberg發現腫瘤細胞的全基因組DNA低甲基化導致腫瘤的基因組DNA不穩定，從而詮釋了腫瘤DNA低甲基化與腫瘤發生的內在聯繫，人們至此才認識到：腫瘤的全基因組DNA低甲基化和局部高甲基化共同參與了腫瘤的發生。

這正如光的波粒二象性、體液免疫和細胞免疫的學說爭論一樣，有爭論才會有進步！

DNA異常甲基化在腫瘤發生的早期就可出現，並且在腫瘤逐步發展的過程中，基因的甲基化異常的程度進一步增加,因此可從基因的甲基化中篩選出用於臨床腫瘤診斷的特異DNA甲基化分子標記物。

科研創新與自信--核內miRNA與增強子

人類第一個有關miRNA失調的疾病是慢性淋巴細胞白血病。微小核糖核酸microRNA（miRNA）是一種小的內源性非編碼RNA分子，約由21－25個核苷酸組成。這些小的miRNA通常靶向一個或者多個mRNA，通過翻譯水平的抑制或斷裂靶標mRNAs而下調基因的表達。最初在線蟲體內發現，並廣泛存在於真核生物中。1993年，Lee，Feinbaum和Ambros等人發現在線蟲體內存在一種RNA（lin-4），是一種不編碼蛋白但可以生成一對小的RNA轉錄本，每一個轉錄本能在翻譯水平通過抑制一種核蛋白lin-14的表達而調節了線蟲的幼蟲發育進程。對於出現這種現象的原因，科學家們猜測是由於基因lin-14的mRNA的3"UTR區獨特的重複序列和lin-4之間有部分的序列互補造成的。在第一幼蟲階段的末期降低lin-14的表達將啟動發育進程進入第二幼蟲階段。7年後也就是2000年，科學家才又發現了第二個miRNA－let-7，它類似於lin-4，同樣可以調節線蟲的發育進程。 進一步探索發現這是一個領域，至今為止在動植物和一些病毒中發現了有3000多個miRNA，其中人體內約為1800個以上。這些miRNA中大部分在動物體內都起著關鍵性的調控作用，是最主要的基因表達調控因子之一，據估計人體內大約2/3的基因都受到某個或一組miRNA的調控。「目前知道的,不僅在胞漿，還存在於胞核中，我們實驗室也做，而且發現了miRNA激活機制」。

「我們發現細胞核內miRNA可通過激活增強子進而發揮系統性的基因激活作用，並證明細胞核內miRNA激活基因表達具有普遍性的意義，也就說miRNA的功能具有兩面性，當miRNA在細胞漿時，它可以通過傳統的機制結合靶基因的3』UTR抑制基因的表達，而細胞核內的miRNA則通過激活增強子發揮系統性的基因激活作用。不過在既有理論中，miRNA抑制理論佔有絕對優勢地位，而其激活研究則顯得形單影隻，難以獲得人們支持，因此文章在發表過程中四處碰壁，投稿過程充滿艱辛。直到2015年4月，我們將研究結果投往RNA Biology雜誌，在審稿中，審稿人堅決不同意我們對這類miRNA激活現象重新命名為NamiRNA（Nuclear Activating miRNA）。後來鑒於這類miRNA的功能與增強子有關，我們改名為CemiRNA( Enhancer associated miRNA )，但是最後還是被審稿人否決。」

「沒有命名權，就不可能有話語權！折騰下來，我們補實驗投稿，再補實驗再投稿，文章增加到60多頁，圖表80多幅。前後經過三輪審稿，又補了許多實驗，才在2015年10月份被RNA biology雜誌接收發表。」

後來，2017年3月份，諾貝爾生理或醫學獎的麻省理工學院教授Phillip Sharp在Cell雜誌發文稱，通過生物信息學分析發現增強子與miRNA的表達密切相關。而超級增強子介導的miRNA表達與組織特異性的形成有關。「他們的結果和分析不僅驗證了我們的已發表的研究發現，並進一步支持我們提出的miRNA激活理論」。

「雖然我們的文章在低影響因子的雜誌發表，我不認為這有什麼，如果以雜誌的影響因子來判斷一項研究成果的價值，那我們的miRNA激活研究就失去了意義，更談不上什麼科研成果。我們也在不斷地將研究成果在許多國際和國內會議和研究機構去展示，也得到了許多正面的反饋。例如2016年冷泉港亞洲的RNA biology國際會議，2017年3月美國加州舉行的Gordon Research Conference（美國生命科學研究領域三大頂級國際會議之一）大會等。今年5月份，我們再次在美國紐約冷泉港的「Regulatory& Non Coding RNA」會議上報告我們的有關NamiRNA的最新研究結果，引起與會者極大興趣，我相信會有更多人投入到miRNA激活基因的研究領域，人們也必然會重新審視miRNA的新功能。」

科學研究中顛覆性發現從來都是充滿艱辛和曲折，只有通過質疑和爭論，科學才能進步！

編者語

科學是對未知的發現，是對事物從認識到實踐，不斷深入的過程，質疑是科學家應有的基本科研態度，質疑的目的是求真。我們相信，只要保持不卑不亢的科研態度，努力總會有收穫。

於文強教授

於文強教授

博士， 博士生導師 ，國家「973」項目首席科學家 ，復旦生物醫學研究院表觀遺傳學中心PI，長江學者特聘教授。復旦大學特聘研究員，國家 「973」計劃「染色質解碼的基礎及醫學應用基礎研究」項目首席科學家。1989年畢業於第四軍醫大學獲醫學學士學位，2001年在第四軍醫大學獲博士學位，2001-2007年在瑞典Uppsala 大學和美國Johns Hopkins大學博士後。2007年11月任美國哥倫比亞大學Faculty和 Associate Research Scientist。研究成果發表在Nature、Nature Genetics、 JAMA等雜誌。

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