第2章 国内外研究情况

表观遗传学的经典定义是“研究不依赖于DNA序列变化的可继承的性状变化的学科”。表观遗传现象最早于20世纪30年代在果蝇中被观察到。自20世纪70年代起，一系列表观遗传标记被相继发现。随后，大量的表观遗传调控因子得到鉴定，其生物学意义也逐渐明朗。随着多个经典表观遗传现象的生物学机制得到解析，表观遗传学研究的对象也逐渐演化聚焦为染色质结构对基因表达的调控作用。21世纪初，科学界认识到表观遗传调控机制是生命现象中的一种普遍存在的基因表达调控方式，是调控生长、发育、衰老与疾病发生的重要机制之一。表观遗传调控特别在干细胞维持和自我更新与分化、个体的衰老和发育异常，如肿瘤、糖尿病、精神疾病及神经系统疾病等复杂疾病的发生发展中，起着决定性的作用，而且生命个体对环境因素（包括营养、物理化学因素及心理因素等）发生的有序应答在很大程度上依赖于表观遗传调控网络的有效运行。越来越多的表观调控因子成为新的药物靶标，用于治疗癌症、神经退行性病变等重大疾病。表观遗传调控还在植物发育、植物抗性、植物杂种优势的形成等方面起着重要的作用。表观遗传调控机制主要包括DNA甲基化修饰、组蛋白修饰、组蛋白变体、非编码RNA、核小体定位和染色质高级结构等。

细胞编程与重编程研究囊括了表观遗传学的基本科学问题，是典型的不依赖DNA序列变化的可继承的细胞性状变化。2006年，日本科学家山中伸弥首先报道了利用转录因子实现了体细胞重编程。这一发现使得体细胞重编程的研究进入一个新的发展阶段，集中在三个主要方向：①发现新的因子和技术提高重编程效率和生物安全性；②探索编程与重编程的调控机制；③利用细胞编程与重编程技术，发展针对特定疾病的新型治疗手段。要研究编程与重编程的机理，并向临床和再生医学转化，产生经济效益和社会效益，就需要对表观遗传调控的机制进行深入研究。本重大研究计划启动前，国际范围的表观遗传研究已取得重大进展，但科学家对表观遗传机制的了解依然是冰山一角，许多关键问题仍然没有得到解决。这些问题包括DNA甲基转移酶作用于靶基因的选择性，DNA去甲基化酶的克隆和鉴定，众多组蛋白修饰的组成与识别机制，染色质高级结构如何与表观遗传信息互作，非编码RNA如何参与表观遗传调控，表观遗传信息可塑性及细胞重编程的分子机制，环境、疾病、衰老等与表观遗传调控的关系，表观遗传调控网络的组成、起源与进化的特点等。

自20世纪初发现表观遗传现象以来，以表观遗传为主题的研究几乎涉及生物体生长发育、个体健康和与环境应答的各个方面。随着时代的变迁，人们的研究手段和认识水平不断进步和发展，表观遗传学的研究侧重点也在逐渐变化。从发现经典的表观遗传现象，到鉴定众多的表观遗传修饰和调控因子，再到综合性表观遗传组学，围绕表观遗传调控机制的研究一直是生命科学的热点领域，同时也是最活跃和最具突破性的热点领域之一。