表观遗传学、干细胞、细胞分化及相关遗传性神经疾病

拜拉维·斯里纳格什瓦尔(Bhairavi Srinageshwar)*，潘查南·梅蒂(Panchanan Maiti)*，**，加里·L·邓巴(Gary L. Dunbar)*，**，朱利安·罗西尼奥尔(Julien Rossignol)*

*美国密歇根州普莱森特山中央密歇根大学；

**美国密歇根州萨吉诺菲尔德神经科学研究所 大纲 表观遗传学简介 323 组蛋白及其结构 325 表观遗传学与人类大脑 324 表观遗传学与神经疾病 326 干细胞 324 结论 335 真核染色体组织 325 参考文献 336

表观遗传学简介

表观遗传学被定义为在DNA序列未发生改变的情况下，组蛋白和DNA发生的结构和功能变化，而这种变化反过来会对细胞中基因表达的改变方式产生重大影响[1]。“表观遗传学”这一术语是由著名发育生物学家康拉德·哈尔·沃丁顿(Cornard Hal Waddington)创造的，他将其定义为“研究基因与其产物之间因果相互作用，从而使表型得以形成的生物学分支”[2]。表观遗传学填补了环境与基因表达之间的空白，而这两者曾被认为是独立发挥作用的[3]。表观遗传变化可导致基因表达增加或减少，从而根据表观遗传控制的性质激活和/或失活基因。一些最重要的组蛋白修饰包括:(1)甲基化；(2)乙酰化；(3)磷酸化；(4)泛素化；以及(5)类泛素化和DNA修饰，包括DNA甲基化。这些变化在其他地方有详细讨论 ，但在本章后面会简要概述。

DNA甲基化。DNA甲基化和一些组蛋白修饰相互依赖，并且在发育过程中的基因激活和抑制中发挥重要作用[5]。DNA甲基化反应由一类称为DNA甲基转移酶(DNMTs)的酶催化，这些酶将甲基添加到DNA 5’端的胞嘧啶碱基上，形成5’-甲基胞嘧啶。这种反应可以激活或抑制基因表达，具体取决于甲基化的位点，并且它还可以决定参与基因转录的酶对缠绕在组蛋白上的DNA的可及性[6]。

组蛋白甲基化。组蛋白3第4位赖氨酸的三甲基化(H3K4me3)促进基因转录(即基因激活)，而组蛋白3第27位赖氨酸的三甲基化(H3K27me3)抑制基因转录(即基因沉默)。交替的基因激活和抑制促进基因表达的平衡剂量，这对于参与生物体整体发育和成熟的那些基因是必需的。这确保了在任何给定时间只有适当的基因被“开启”和“关闭”[7]。亨廷顿病(HD)、帕金森病(PD)和多发性硬化症(MS)是由异常DNA甲基化模式引起的一些疾病。本章后面的部分将更详细地讨论这些疾病。

组蛋白乙酰化。DNA乙酰化涉及赖氨酸残基的乙酰化，这由组蛋白乙酰转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)催化，这两种酶彼此具有相反的作用。HATs将乙酰基转移到赖氨酸上，而HDACs从赖氨酸上去除乙酰基。然而，赖氨酸残基上乙酰基的存在与否 会改变氨基酸的电荷，并可能减少组蛋白N端区域与带负电荷的DNA磷酸基团之间的相互作用。这些事件参与了将浓缩的染色质转变为更松弛的结构，从而可以诱导基因表达[8]。

组蛋白磷酸化。磷酸化是指将磷酸基团添加到苏氨酸、丝氨酸和酪氨酸残基上。组蛋白2(H2)第139位丝氨酸的磷酸化是细胞周期中对DNA损伤的一种响应。这会使染色质松弛；从而使负责修复DNA损伤区域的蛋白质或因子更容易接触到DNA，有助于修复DNA损伤。此外，组蛋白3(H3)上苏氨酸和丝氨酸残基的磷酸化有助于调节基因表达[9]。组氨酸磷酸化是原核细胞和低等真核生物中发生的一种表观遗传修饰，在细胞信号传导中起主要作用。组氨酸在咪唑环上发生磷酸化，但仅发生在未质子化的氮原子上[10]。

组蛋白泛素化和类泛素化。泛素化和类泛素化与调节基因转录和蛋白质翻译活动的翻译后修饰有关。众所周知，向蛋白质添加泛素分子有助于靶向蛋白质降解。除了泛素外，在细胞中还观察到各种小泛素样分子(SUMO)，称为小泛素相关修饰物。这些分子具有与泛素相似的活性，并且可以共价连接到那些参与改变染色质结构和基因表达的蛋白质上[3]。

表观遗传学与人类大脑

从祖细胞生成神经元和神经胶质细胞涉及在大脑整个发育阶段发生的表观遗传机制。胚胎的外层，称为外胚层，形成中枢神经系统，在发育过程中，DNA甲基化控制胚胎细胞的表观遗传机制。例如，为了防止非神经元细胞分化为成熟神经元，神经前体细胞基因以及与神经发生相关蛋白质的基因，如脑源性神经营养因子(BDNF)基因，在其启动子区域通过DNA甲基化而沉默。然而，DNA重新甲基化可以发生在神经元基因上，如Sox2[11]，这允许选择性地启动神经元发育。同样，在皮质的初始发育过程中，参与神经胶质细胞形成的基因被DNA甲基化抑制，促进神经元发育早期更多神经元的形成。最终，在皮质发育的后期，DNA甲基化被逆转，导致神经胶质细胞的生成 。一些参与出生后神经发生的基因是Sox2、Dlx2、Sp8和Neurog2，而参与神经胶质细胞形成的基因是Sparcl1和Nkx2 - 2。研究表明，在神经干细胞(NSCs)或祖细胞分化过程中，DNMT3a促进DNA甲基化，使Sparcl1和Nkx2 - 2基因沉默，导致神经胶质细胞形成受到抑制，并促进神经干细胞发育为成熟神经元[14]。人们还认为，人类的正常衰老过程与大脑中表观基因组的修饰有关，影响某些与神经发生相关的基因，特别是在皮质内[15]。这个过程会导致突触破坏、神经传递异常，并与年龄相关的疾病有关[16]。然而，对与衰老相关的表观遗传机制的全面描述超出了本章的范围。

干细胞

表观遗传机制失调会直接影响基因表达模式，导致基因功能异常，这构成了人类大多数遗传疾病(单基因或多基因疾病)的基础。环境压力也会改变表观遗传机制，这可能成为某些疾病(如自闭症、精神分裂症和先天性心脏病)易感性的原因[17]。本章重点探讨表观遗传学以及干细胞分化过程中发生的表观遗传变化的作用，这些变化可作为神经系统疾病的潜在治疗方法。干细胞具有独特的增殖、分化和自我更新特性。干细胞可塑性是一项重要特征，它基于多能性程度，即细胞分化为其他细胞谱系的能力。干细胞可分为:(1)全能干细胞，如桑椹胚的胚胎干细胞(ESCs)，可分化为任何细胞类型，包括胎盘细胞；(2)多能干细胞，如诱导多能干细胞(iPSCs)，可分化为除胎盘细胞外的任何细胞类型；(3)多能干细胞，如间充质干细胞(MSCs)和神经干细胞(NSCs)，可分化为多种但并非所有的细胞类型。

表21.1 与神经退行性疾病相关的各种表观遗传机制概述

HD，亨廷顿病(Huntington’s disease)；MS，多发性硬化症(multiple sclerosis)；PD，帕金森病(Parkinson’s disease)；RTT，雷特综合征(Rett syndrome)；SCA，脊髓小脑性共济失调(spinocerebellar ataxias)。

胚胎干细胞(ESCs)高度未分化，在适当的条件和环境下可以形成任何类型的特化细胞。胚胎干细胞能够自我分裂和更新，这使它们成为再生医学或细胞替代疗法的合适候选者[18]。此前，我们已经综述了表观遗传学在间充质干细胞(MSCs)、神经干细胞(NSCs)和诱导多能干细胞(iPSCs)中的作用，以及它们与神经退行性疾病的关联[19]。此外，本书的上一版对干细胞的基础知识以及与之相关的各种表观遗传机制进行了全面解释。因此，本章的目的是探讨干细胞表观遗传学在一部分神经系统疾病中可能发挥的作用。

一些由异常表观遗传机制导致的遗传性基因疾病包括:(1)亨廷顿病(HD)；(2)帕金森病(PD)；(3)雷特综合征(RTT)；(4)脊髓小脑性共济失调(SCA)；以及(5)多发性硬化症(MS)。目前，基于干细胞的疗法正在作为这些疾病的潜在治疗方法进行测试。本章概述了其中一些治疗策略，包括以下示例:(1)移植骨髓来源的间充质干细胞(BM - MSCs)治疗亨廷顿病；(2)移植神经干细胞(NSCs)治疗帕金森病；(3)移植诱导多能干细胞(iPSCs)治疗雷特综合征；(4)移植脐带来源的间充质干细胞(UC - MSCs)治疗脊髓小脑性共济失调；以及(5)移植造血干细胞(HSCs)治疗多发性硬化症。这些治疗策略以及与这些疾病相关的表观遗传机制总结在表21.1中。

为了更好地理解表观遗传学在神经系统疾病中的作用，需要对组蛋白、染色体以及染色体组织的一般层级有基本的了解，下一节将对此进行简要回顾。

真核生物染色体组织

DNA链约 宽，缠绕在四对组蛋白(H2A、H2B、H3和H4)的核心周围，形成核小体，这是染色体组织的第一级结构(图21.1)。这些核小体是染色质结构的基本组成单位，染色质直径约为 。染色质结构的形成涉及第五种组蛋白H1，它靠近相邻的核小体，从而使核小体或染色质压缩形成染色质螺旋，其直径约为 。这些纤维进一步浓缩形成直径为 的环状结构，进而形成完整的中期染色体，其宽度约为 [28]。

组蛋白及其结构

基因组由每种组蛋白(H2A、H2B、H3和H4)的两个分子组成，形成一个约由130个氨基酸组成的八聚体。如前所述，核小体由长度为146 - 147个核苷酸的DNA组成，围绕八聚体大约盘绕1.65圈。核心组蛋白在真核生物中高度保守，其N端有一个“尾巴”，表观遗传修饰(如甲基化、乙酰化和/或磷酸化)在此发生。这些修饰调节染色质结构，进而影响招募参与基因表达激活和抑制的各种蛋白质[28,29]。染色质组织缺陷和酶缺乏会导致多种人类疾病，如雷特综合征、鲁宾斯坦 - 泰比综合征和科芬 - 洛里综合征[30]。

图21.1 真核生物染色体组织。图中展示了染色体组织的步骤，包括一条2 nm宽的DNA缠绕在组蛋白分子周围形成核小体，核小体进而扭曲形成螺旋(30 nm)和环状结构(300 nm)，最终进一步浓缩成 宽的染色体[28]。

表观遗传学与神经系统疾病

亨廷顿病与间充质干细胞

亨廷顿病(OMIM #143100)是一种具有毁灭性的致命常染色体显性神经退行性疾病，对大脑的纹状体区域影响最为显著。该疾病的特征为认知、运动和精神障碍[31]。纹状体的尾状核和壳核区域的中等多棘γ-氨基丁酸能神经元发生萎缩和缺失，从而导致运动和认知障碍[32]。这种疾病是由于亨廷顿蛋白基因(HTT)中的CAG重复序列扩增所致，该扩增产生具有高毒性的突变亨廷顿蛋白(mHTT)，进而引发疾病的各种体征和症状[33]。

目前，我们实验室正在研究移植骨髓间充质干细胞(BM - MSCs)和脐带间充质干细胞(UC - MSCs)作为亨廷顿病潜在治疗方法的作用。我们已经证实，BM - MSCs能在纹状体中营造一个理想的微环境，通过恢复包括脑源性神经营养因子(BDNF，在亨廷顿病中表达下调)在内的多种神经营养因子，减缓神经元缺失和功能障碍的进展。在我们之前的研究中，我们将经过基因改造以过表达BDNF的BM - MSCs移植到YAC128小鼠(一种进展缓慢的转基因亨廷顿病小鼠模型，携带完整的人类 基因)和R6/2小鼠(进展迅速的转基因亨廷顿病小鼠模型，携带人类突变亨廷顿蛋白基因的外显子1)的纹状体中，并观察到了显著的神经保护作用，包括该疾病运动症状的明显减轻。这些观察结果表明，对BM - MSCs进行调控可能是缓解亨廷顿病病理的一种潜在治疗方法[34 - 36]。

亨廷顿蛋白基因。正常的HTT蛋白定位于细胞质中，而突变的HTT蛋白(mHTT)则存在于细胞核和细胞质中。尽管野生型HTT和mHTT都能相互作用并抑制乙酰转移酶的功能，但研究表明，mHTT在细胞核中的实际存在是干扰组蛋白乙酰化的具体原因[37]。亨廷顿病中观察到的认知症状与某些基因(如Sox2和Pax6)的高甲基化状态有关。由于这些基因在神经干细胞的增殖和维持中起着至关重要的作用，而神经干细胞最终会分化为神经元，因此它们的结构改变可能会导致后续的功能障碍，如海马神经发生受损[38]。同样，在亨廷顿病患者和动物模型中发现了某些基因(如BDNF基因)的低乙酰化现象。环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB结合蛋白，也称为CREBBP)是一种组蛋白乙酰转移酶和转录辅因子，可调节组蛋白乙酰化和基因激活。当mHTT与CREB结合蛋白相互作用时，CREB结合蛋白会失去其转录激活因子和组蛋白乙酰转移酶(HAT)的功能，从而导致组蛋白低乙酰化。这反过来又会导致亨廷顿病患者大脑神经元中某些基因的转录失调[39]。后来发现，除了DNA甲基化和乙酰化之外，其他缺陷也与亨廷顿病有关。Lee及其同事[40]研究了微小RNA分子(miRNA)的作用，发现在12个月大的YAC128小鼠和10周大的R6/2小鼠中，9种miRNA的水平较低。对亨廷顿病中缺陷的表观遗传机制的了解促使人们将组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂和miRNA作为该疾病的潜在治疗方法。

和 。脑源性神经营养因子(BDNF)是一种重要的神经营养因子，在大脑的不同区域大量表达。组蛋白H3第4位赖氨酸三甲基化(H3K4me3)是一种参与BDNF基因转录的组蛋白，在亨廷顿病(HD)患者大脑皮层中显著减少。BDNF在投射到纹状体的皮质神经元中表达，并且已被证明对纹状体神经元的存活至关重要。如前所述，组蛋白甲基化会导致基因沉默，而组蛋白乙酰化会导致基因激活。然而，H3K4是个例外，因为这种组蛋白的甲基化或乙酰化都会导致基因激活。对 的修饰被广泛研究，并且引起了研究人员的兴趣，因为H3与活跃转录的基因(如BDNF)的启动子相关[41]。使用染色质免疫沉淀(ChIP)分析的研究揭示了HD中BDNF表达与H3K4me3水平之间的相关性[20]。在大脑中，阻遏元件-1沉默转录因子/神经元限制性沉默因子(REST/NRSF)是招募其他辅因子来调节神经元基因表达的主要因素。REST是一种转录抑制因子，在BDNF基因的调控中起主要作用。在正常情况下，REST在细胞质中与亨廷顿蛋白(HTT)结合，但在突变型亨廷顿蛋白(mHTT)的情况下，REST和HTT之间没有相互作用(图21.2)。这导致REST发生核转位，进而抑制BDNF表达，导致神经退行性变。REST不仅作用于BDNF基因，还会影响HD中其他下调的神经元基因[41]。

这些发现表明，挽救REST调控的基因可能对HD具有有前景的治疗效果。当比较8周龄和12周龄的R6/2小鼠时，在大脑皮层BDNF基因的REST区域，H3K4me3水平显著降低。H3K4me3不仅调节BDNF基因的表达，还会对其他基因产生影响，这一假设已通过转录组分析和全基因组分析得到证实，分析显示在12周龄的R6/2小鼠的大脑皮层和纹状体中，约有98个主要基因表现出差异表达。在大脑皮层中，差异表达的基因与神经传递(如Grla3、Grm4和Bagra5)、G蛋白信号传导(如Rgs9和Arpp21)、突触传递(如Snap25和Rph3a)、炎症(如C4a和Dusp6)和钙信号传导(如Scn4b、Hpca和Itpr1)有关。在纹状体中，差异表达的基因与神经传递(如Drd2、Grm3和Gabrd)、G蛋白信号传导(如Rgs9和Arpp21)、突触传递(如Snapr和Dlg4)和钙信号传导(如Scn4b、Hpca和Itpr1)有关[20]。

HD的干细胞疗法。间充质干细胞(MSCs)是成年干细胞，大量存在于骨髓(BM)中。MSCs也可以从脐带(UC)和脂肪组织(AT)中获取。与其他来源的MSCs相比，来自BM和AT的MSCs具有更高的存活率[43]。骨髓间充质干细胞(BM - MSCs)可以分化为成骨、成脂和成软骨谱系。然而，通过触发表观遗传机制，这些MSCs可以分化为神经元样谱系。这可以通过传代MSCs来实现，每次传代时，都会发生一系列甲基化和乙酰化反应[44]。

图21.2 REST在HD中下调BDNF的作用。(A)野生型HTT蛋白在细胞质中与REST蛋白结合，从而阻止REST分子与BDNF启动子结合。(B)mHTT无法与REST结合，导致REST与BDNF启动子结合并抑制营养因子转录，从而导致HD大脑中BDNF表达降低[42]。

最近，我们发现，与低传代的间充质干细胞(MSCs，移植前传代约3 - 8次)相比，高传代的MSCs(移植前传代约40 - 50次)在缓解R6/2小鼠的运动症状方面具有更好的治疗效果。这项研究表明，将细胞传代至40 - 50次会产生一个MSCs亚群，该亚群有潜力在纹状体的移植部位创造一个最佳环境，并产生脑源性神经营养因子(BDNF)，而亨廷顿病(HD)患者的大脑中通常缺乏这种因子[36]。随着细胞传代，与引导MSCs向成骨、成脂和成软骨谱系分化相关的基因，如骨桥蛋白(OPN)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ2(PPAR - γ2)和脂肪酸结合蛋白4(FABP4)，会发生甲基化和组蛋白乙酰化，从而减少向成骨、成脂或成软骨谱系的分化 。这些基因启动子区域的 乙酰化状态会发生变化，从而导致激活程度降低[46]。因此，当将高传代的MSCs移植到动物模型中时，移植部位的环境更有利于增加BDNF的表达，而BDNF是神经元存活和缓解HD症状所必需的[36]。

同样，在另一项研究中，我们对骨髓间充质干细胞(BM - MSCs)进行了基因改造，使其过度表达BDNF，然后将这些细胞移植到YAC128小鼠的纹状体中。与未接受过表达BDNF的BM - MSCs的YAC128小鼠相比，接受过表达BDNF的BM - MSCs的小鼠在运动协调性方面有所改善[34]。有趣的是，我们之前的一项研究涉及将脐带间充质干细胞(UC - MSCs)移植到R6/2小鼠的纹状体中，尽管这些小鼠在空间记忆和运动缺陷方面都有所改善，但使用BM - MSCs时行为改善的程度略高，这表明MSCs的来源可能会影响其移植后的疗效[35]。

亨廷顿病表观遗传学的结论。随着细胞传代，骨桥蛋白(OPN)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ2(PPAR - γ2)和脂肪酸结合蛋白4(FABP4)等基因的表观遗传改变会使MSCs偏离成骨、成脂和成软骨谱系，并可能在引导这些干细胞向神经元样谱系分化中发挥重要作用。上述研究表明，MSCs对HD具有治疗作用，并且使用高传代的MSCs进行移植似乎比使用低传代的MSCs更有效。然而，高传代的MSCs可能在临床上的实用性较低，因为它们更容易受到其他表观遗传效应的影响，并且移植后更容易形成肿瘤，因为已有研究表明它们携带可能对移植部位的存活和成功植入产生不利影响的染色体异常[47]。因此，尽管高传代的MSCs对HD可能具有更强的治疗效果，但研究不同传代MSCs的表观遗传机制，以选择能够发挥最大治疗效果且无不良反应的细胞亚群是很重要的。

如前所述，表观遗传机制在与神经营养因子(如BDNF)分泌相关的基因失调中起着重要作用。因此，靶向表观遗传标记并提高BDNF的表达可能有助于缓解HD的体征和症状[20]。

尽管各种研究已经描述了与HD相关的组蛋白修饰和组蛋白变体，包括在HD细胞系和R6/2小鼠模型中观察到的组蛋白2变体的磷酸化[48]，但对这一现象和许多其他组蛋白变异的详细描述超出了本章的范围。

帕金森病与神经干细胞

帕金森病(在线人类孟德尔遗传数据库编号#168600)是一种迟发性神经退行性疾病，主要影响约65 - 85岁的人群。该疾病的特征是运动和非运动症状均受损，包括僵硬、运动迟缓、震颤、姿势不稳、抑郁、睡眠模式异常、认知功能障碍和自主神经功能不全[21,49]。帕金森病是由于黑质致密部(SNpc)的多巴胺能神经元退化所致。遗传因素(如PARK基因的突变)和环境因素(如衰老和接触神经毒素)都会导致该疾病[50,51]。因此，帕金森病既可能由散发性突变引起，也可能是遗传性的。与帕金森病相关的主要候选基因包括PARK基因、富含亮氨酸重复序列激酶2基因(LRRK2)和 -突触核蛋白基因(SNCA)。PARK基因家族(PARK 1 - 15)和SNCA的突变呈现孟德尔遗传模式，提示为家族性帕金森病。散发性帕金森病由 和LRRK 2基因中的变异引起。帕金森病还呈现多基因和复杂的遗传模式，并与环境因素有关[21]。

帕金森病中一碳代谢的受损。由各种酶和辅酶组成的一组代谢反应参与了包括脂质代谢、氧化还原反应和甲基化反应等多种生物功能，这被称为一碳代谢。这些代谢活动通过利用葡萄糖、氨基酸(如丝氨酸和甘氨酸)以及维生素(如B12和B6)来进行[52]。因此，DNA甲基化受损是在帕金森病中发现的一碳代谢的一部分。

如前所述，DNA甲基化是主要的表观遗传修饰之一，它根据缠绕在组蛋白上的DNA的甲基化状态来确保染色质结构的凝聚或松弛。该化学反应由DNMT1催化，其中胞嘧啶被甲基化形成 甲基 - 胞嘧啶，这一反应涉及两个主要分子，即S - 腺苷甲硫氨酸(SAM)和S - 腺苷同型半胱氨酸(SAH)。SAM是一种由叶酸和同型半胱氨酸(HCY)产生的通用甲基化剂，它可以使组蛋白和DNA甲基化[21]。SAM、SAH和 是与一碳代谢相关的代谢途径的一些生物标志物[53]。因此，DNA甲基化能力取决于SAM的水平以及DNMT1催化反应并将甲基转移到胞嘧啶的能力。在许多神经退行性疾病中发现这一反应受损，尤其是在与阿尔茨海默病(AD)和帕金森病相关的基因中。由于一碳代谢缺陷，甲基化速率降低，导致基因表达增加。在分析帕金森病患者的 基因的甲基化状态时发现了这种代谢缺陷的一个例子[21]。

SNCA基因。 -突触核蛋白在胚胎早期发育过程中对多巴胺能神经发生很重要。在帕金森病中发现的路易小体由SNCA和蛋白质包涵体组成，这会导致疾病的发病机制。SNCA水平较低与胚胎期多巴胺能神经元的丢失有关，而SNCA表达增加可能是后期的一个风险因素或威胁[54]。与SNCA相关的导致帕金森病的遗传异常是点突变和拷贝数变异。先前的研究报道，在多巴胺能神经元中发现的SNCA基因的突变会导致甲基化降低，从而导致该基因的单等位基因表达。然而，来自这个单等位基因的mRNA水平超过了具有正常双等位基因表达的对照受试者。SNCA基因内含子区域(人类内含子1具有 位点)的甲基化状态与先前研究中报道的相似，特别是在大脑的皮质和黑质区域[55,56]。微小RNA(miRNA)在调节SNCA的基因表达中也发挥作用。多克萨基斯[57]分析了大脑中的两种主要miRNA，即mi - RNA7和mi - RNA153，发现这些miRNA在神经元培养物中的过表达会降低SNCA水平。

PARK基因。大多数PARK基因突变也与青少年型帕金森病(PD)相关。蔡及其同事[58]对三组个体的PARK基因启动子上约 个区域进行了研究，这三组个体包括携带 基因突变的PD患者、无PARK基因突变的PD患者以及年龄匹配的对照组。DNA甲基化分析显示，三组之间的甲基化状态没有显著差异，这表明PARK基因甲基化与PD的发病机制无关。

帕金森病的干细胞疗法。在PD实际发病之前，黑质致密部(SNpc)中超过一半的多巴胺能神经元已经丢失[59]。有多项研究和文献综述探讨了神经干细胞(NSCs)在PD 中的作用以及神经营养因子的重要性，尤其是胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)。NSCs是多能干细胞，主要存在于脑室下区(SVZ)、颗粒下区(SGZ)和海马齿状回(DG)。这些区域的环境最有利于NSCs分化为神经元[61]。桑伯格[60]讨论了将未分化的NSCs移植到PD灵长类动物模型纹状体中的作用，并指出NSCs能够存活并迁移到神经变性部位，替代丢失的神经元。动物的行为缺陷得到了改善。雷德蒙德及其同事[62]也将未分化的NSCs移植到PD灵长类动物模型中，发现尽管这些未分化的NSCs具有治疗效果，但由于移植部位的微环境不理想，只有一小部分NSCs部分分化为多巴胺能神经元。这些研究表明，部分分化的NSCs在单侧移植到纹状体后，会通过黑质纹状体通路迁移到黑质。然而，这些发现表明细胞替代疗法仅能提供极小的神经保护作用。

其他方法，如多巴胺替代疗法和脑深部电刺激(可减轻震颤和僵直)，也未能显示出神经保护作用。众所周知，GDNF可提高多巴胺能神经元的存活率，将GDNF输送到PD动物模型(如用MPTP(1 - 甲基 - 4 - 苯基 - 1,2,3,6 - 四氢吡啶)处理的恒河猴[63]和注射6 - OHDA(6 - 羟基多巴胺)的大鼠 )的大脑中，显示出神经保护作用。总体而言，GDNF在发育过程中对于建立黑质纹状体多巴胺系统至关重要，并且通过维持多巴胺能神经元的形态、神经化学和生化反应，以及确保神经元的正常分化和长期存活，在保护多巴胺能神经元免受变性方面发挥着重要作用[66]。

使用胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)的开放标签临床试验显示，患者在治疗3个月内可耐受且有临床获益，但随机临床试验未能显示出显著益处[67]。邓等人[68]表明，在帕金森病(PD)啮齿动物模型中，多巴胺能神经元与神经干细胞(NSCs)共移植可减轻运动症状。然而，为增加分化为多巴胺能神经元的神经干细胞数量，有必要使核受体(Nurr1)过表达，并提供源自局部1型星形胶质细胞的因子。瓦格纳等人[69]发现，与未表达这些因子的神经干细胞相比，具有这些因子的神经干细胞能够分化为多巴胺能神经元。同样，从胚胎干细胞产生多巴胺能神经元需要Nurr1和Pitx3。Nurr1是一种参与多巴胺能神经发生的核激素受体，而Pitx3是一种对中脑多巴胺能神经元的分化和维持很重要的转录因子。Nurr1与Pitx3一起影响一些参与多巴胺生成的基因的表达，如酪氨酸羟化酶(TH)和多巴胺转运体(DAT)，它们与多巴胺信号传导有关[70]。当Nurr1不与Pitx3结合时，通常处于沉默状态。这是由于维甲酸和甲状腺激素受体沉默介质(SMRT)的结合导致组蛋白去乙酰化酶(HDAC)介导的Nurr1沉默。然而，在Pitx3存在的情况下，SMRT的结合减少，Nurr1被激活，因此Nurr1 - Pitx3复合物可以结合到TH和DAT基因的启动子上并激活它们。因此，Nurr1本身不能激活与多巴胺生成相关的靶基因[71]。

帕金森病表观遗传学的结论。家族性帕金森病涉及表观遗传机制缺陷，如单碳代谢反应，这与导致帕金森病的DNA甲基化速率缺陷有关。通过测量与DNA甲基化相关的单碳代谢生物标志物S - 腺苷甲硫氨酸(SAM)和S - 腺苷高半胱氨酸(SAH)，证实了DNA甲基转移酶1(DNMT1)将甲基转移到胞嘧啶的速率大幅降低，从而干扰了单碳代谢。同样，某些微小RNA(miRNAs)表达的异常增加导致突触核蛋白α(SNCA)基因表达降低，这也与该疾病有关。到目前为止，通过移植部分分化的神经干细胞来增加胶质细胞源性神经营养因子生成的细胞替代疗法已被证明疗效有限。要实现神经干细胞向多巴胺能神经元的转化，需要Nurr1和Pitx3的表达。Nurr1和Pitx3形成的复合物与TH和DAT基因表达增加有关，进而增加多巴胺的生成。因此，Nurr1和Pitx3形成复合物是必要的，因为Nurr1本身被认为处于沉默状态，与Pitx3结合会导致复合物激活。

雷特综合征与诱导多能干细胞

雷特综合征(在线人类孟德尔遗传数据库编号#312750)是一种X连锁常染色体显性进行性神经发育障碍，主要影响女性群体，被归类为自闭症谱系障碍(ASDs)之一。该疾病的典型症状包括言语障碍、刻板手部动作、自闭症特征以及18个月大后逐渐出现的癫痫发作[22]。该疾病的病因与甲基 - CpG结合蛋白2基因(MeCP2)的点突变有关，尽管还有其他一组基因和环境因素也会导致该疾病的发生。在MeCP2基因中观察到的大多数突变是点突变(错义或无义)。一些热点突变包括:(1)位于甲基结合域(MBD)的p. R133C和p. T158M；(2)位于转录抑制域(TRD)的p. R306C、p. 、p. R294 和p. R255X [72 - 75]。MeCP2基因在与自闭症谱系障碍相关的各种基因表达的表观遗传调控中起着重要作用[72]。MeCP2基因的结构域，如MBD和TRD，分别参与染色质重塑和蛋白质相互作用[76]。

MeCP2基因及其功能。MeCP2基因参与编码一种表观遗传调控分子，MeCP2的突变、大规模缺失、重复和插入会导致RTT综合征。RTT可分为两类，即非典型RTT和典型RTT。超过95%的MeCP2基因突变患者被认为患有典型RTT。一般来说， 通过甲基化CpG结合域(MBD)与DNA结合并使基因沉默。同样，MeCP2蛋白通过其转录抑制域(TRD)与DNA结合，有助于染色质重塑。MeCP2可使组蛋白3第9位赖氨酸(H3K9me)发生甲基化，从而使与之结合的基因沉默[22]。然而，Yasui及其同事[77]对基因上的MeCP2结合位点进行了广泛研究，发现只有约 的CpG岛被MeCP2结合。他们的研究表明:(1)MeCP2的主要功能与沉默基因的甲基化区域无关；(2)甲基化程度最高的基因不被MeCP2结合。先前的研究表明，人类基因组中的甲基化胞嘧啶包括5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)和5-甲基胞嘧啶(5mC)。研究显示， 在活跃的神经元基因中大量存在，并且与 相比，MeCP2对 具有极高的亲和力，这在神经元基因表达的调控中起着重要作用(图21.3)。

一个有趣的发现是，MeCP2与组蛋白H1竞争结合核小体，这表明 和 的水平并不总是相互关联的，尤其是在神经元中。MeCP2基因与 结合时可激活基因，与H3K9结合时可使基因沉默，这一发现揭示了该蛋白的双重性质。因此，当 缺失时，一些基因的表达会下调，而随着MeCP2基因表达的增加，这些基因的表达会上调[78]。

图21.3 MeCP2基因的功能。MeCP2通过与5-甲基胞嘧啶(5mC)结合来调节大脑中某些基因的转录。MeCP2基因的主要功能不仅是使与之结合的基因沉默，还具有增强基因转录的能力，如脑源性神经营养因子(BDNF)、阿片样物质μ1受体(ORPM1)和环磷腺苷效应元件结合蛋白1(CREB 1)[15]。

RTT的诱导多能干细胞(iPSC)模型。诱导多能干细胞已被用作RTT的细胞模型[79]。Takahashi和Yamanaka[80]首次通过过表达四个主要基因(如八聚体结合转录因子3/4(Oct3/4)、性别决定区Y框蛋白2(Sox2)、 Kruppel样因子4(Klf4)和原癌基因c-Myc)将体细胞重编程为iPSC，这些基因现在统称为山中因子。如我们之前的工作中详细讨论的那样，iPSC的重编程涉及组蛋白H3第27位赖氨酸(H3K27me3)和第4位赖氨酸(H3K4me3)的DNA甲基化的丢失和获得，因为细胞从体细胞阶段转变为多能阶段[19]。

从RTT患者身上获取的iPSC已被重编程为神经元，这些神经元表现出显著的病理变化，如核尺寸减小、神经元标志物表达降低、树突棘密度降低、突触丢失和细胞内钙水平降低。对从RTT来源的iPSC获得的神经元进行电生理分析，结果显示兴奋性和抑制性突触后电位(EPSP和IPSP)降低。尽管使用iPSC移植进行RTT的细胞替代研究尚未应用于临床，但Marchetto及其同事[81]已成功实现了将RTT患者的成纤维细胞在体外重编程为iPSC。这些发现为更好地理解该疾病的病理生理学以及确定针对患者或突变的药物或治疗方法铺平了道路[81,82]。

雷特综合征(RTT)表观遗传学研究结论。一般认为，甲基CpG结合蛋白2(MeCP2)通常会使与其相关的基因沉默，但后续研究表明情况可能并非总是如此。MeCP2基因可根据甲基化状态增加或降低基因表达，从而凸显了该基因的双重作用。尽管雷特综合征和诱导多能干细胞(iPSCs)都有众所周知且显著的表观遗传学特征，但利用iPSCs治疗雷特综合征尚未得到研究。基于干细胞的雷特综合征模型对于研究导致表型 - 基因型相关性的特定突变非常有用，在体外纠正突变的雷特综合征诱导多能干细胞(RTT - iPSCs)，然后进行移植，可能会成为未来治疗雷特综合征的方法。鉴于使用纠正后的iPSCs可以实现高度特异性和靶向性的细胞替代疗法，利用表观遗传学纠正的iPSCs治疗雷特综合征值得进一步研究，因为这种方法前景广阔。

脊髓小脑性共济失调与间充质干细胞

脊髓小脑性共济失调(SCAs)是一组由三核苷酸重复序列扩增(主要是导致多聚谷氨酰胺链延长的CAG扩增)引起的神经退行性疾病。约有30种不同的基因与该病相关，该病以常染色体显性模式遗传。脊髓小脑性共济失调患者的小脑、脑干和脊髓会发生神经元变性。这种疾病的主要特征与视网膜病变、神经病变、认知功能障碍和痴呆有关[83]。遗憾的是，目前尚无治愈脊髓小脑性共济失调的方法。到目前为止，大约已发现28种不同类型的脊髓小脑性共济失调，最常见的类型有脊髓小脑性共济失调1型(SCA1)、脊髓小脑性共济失调2型(SCA2)、脊髓小脑性共济失调3型(SCA3)和脊髓小脑性共济失调7型(SCA7)。保尔森[84]详细描述了不同类型的脊髓小脑性共济失调。有趣的是，SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA7和SCA17是由于基因编码区的重复序列扩增所致，而SCA8、SCA10、SCA12和SCA31则是由于基因非编码区的重复序列扩增所致[84]。

脊髓小脑性共济失调1型(OMIM #164400)；

脊髓小脑性共济失调1型主要影响脑干和小脑的浦肯野细胞，其特征是肢体共济失调和步态异常，进而导致舞蹈病。对脊髓小脑性共济失调1型动物模型中小脑浦肯野细胞中含有82个CAG重复序列的共济失调蛋白1(Ataxin1)基因扩增的评估显示，该基因表达降低，该基因参与信号转导和钙稳态调节[85]。Ataxin 1与两种主要蛋白质相互作用，即维甲酸受体相关孤儿受体 (RORA，一种组蛋白乙酰转移酶)和乙酰转移酶Tat相互作用蛋白60(Tip )，后者是一种核受体共激活因子，有助于RORA的相互作用[通过Ataxin 1的HMG盒蛋白1(AXH)结构域]。然而，在存在突变的Ataxin 1基因或蛋白时，与Tip60和RORA 的相互作用会被破坏，从而导致疾病的发生[86]。

脊髓小脑性共济失调7型(OMIM # 164500)；

与脊髓小脑性共济失调7型相关的症状包括小脑神经退行性病变和视网膜退行性病变。与脊髓小脑性共济失调1型类似，脊髓小脑性共济失调7型也与转录因子视锥 - 视杆同源盒蛋白(CRX)相互作用。CRX是参与眼睛光感受器形成的基因的转录激活因子。突变的脊髓小脑性共济失调7型与CRX的相互作用会导致光感受器异常形成，进而导致视网膜退行性病变。尽管Ataxin 7基因的实际功能尚不清楚，但最近的研究表明，Ataxin 7是组蛋白乙酰转移酶(HATs)的一个亚基[23]。因此，该蛋白的突变形式参与了HATs的改变，最终导致组蛋白乙酰化的破坏。

脊髓小脑性共济失调8型(OMIM # 608768)；

脊髓小脑性共济失调8型(SCA 8)是由于Ataxin 8基因中CTG和CAG重复序列联合扩增所致。Chen及其同事[24]对SCA 8细胞系或名为ATXN8OS的转录本进行了研究。对该转录本的表观遗传学分析显示，在具有157个重复序列的细胞系中， 水平升高，H3K14低乙酰化，导致ATXN8OS RNA表达受到抑制。同样，在约有88个重复序列的细胞系中发现了精氨酸残基甲基化以及丝氨酸或苏氨酸磷酸化，最终导致RNA表达降低。

脊髓小脑性共济失调的干细胞疗法。尽管已经使用药物、抗氧化剂和神经营养因子进行了临床前和临床试验，但这些试验均未能成功缓解脊髓小脑性共济失调(SCA)患者的症状[87]。然而，在SCA小鼠模型中进行的脐带间充质干细胞(UC - MSCs)移植产生了有前景的效果。使用UC - MSCs的主要优势在于:(1)使用它们不会引发伦理问题；(2)它们是高度多能的干细胞；(3)它们具有免疫抑制特性，从而降低了移植后肿瘤形成的风险。Zhang及其同事[88]利用SCA小鼠进行研究，结果表明UC - MSCs对这些动物具有治疗作用，包括在移植后8周恢复运动功能。该研究结果还显示，小脑萎缩情况和凋亡细胞数量均有所减少。同时，胰岛素样生长因子 - 1(IGF - 1)和血管内皮生长因子(VEGF)等生长因子的产生也有所增加。Jin及其同事[89]对SCA患者进行了UC - MSCs的静脉和鞘内移植，发现UC - MSCs是安全的，并且能够缓解SCA患者的症状。

董梅及其同事[90]进行的另一项临床研究表明，使用国际合作共济失调评定量表(ICARS)和日常生活活动能力量表(ADL)进行评估时，UC - MSCs移植可以缓解SCA症状，且无任何副作用。最重要的是，这些临床发现与临床前实验结果一致，表明UC - MSCs是安全的，并且能够缓解SCA症状，这预示着其可能成为一种安全有效的SCA治疗方法。

脊髓小脑性共济失调表观遗传学研究结论。Ataxin 1、Ataxin 7和Ataxin 8基因的表观遗传缺陷与SCA患者的神经病理表型之间存在密切关联。每种Ataxin类型都有其相关的表观遗传机制。例如，Ataxin 1是一种与RORA和Tip60相关的复合物，RORA和Tip60是乙酰转移酶，在突变型Ataxin 1存在的情况下，与它们的相互作用会被破坏。同样，Ataxin 7是组蛋白乙酰转移酶(HAT)的一部分，突变型Ataxin 7的存在会导致组蛋白乙酰化异常。对SCA 8细胞系的详细分析分别揭示了H3K9的高甲基化和H3K14的低甲基化[24]。

据我们所知，目前尚无与UC - MSCs相关的表观遗传机制能够促使细胞呈现出特定的神经元表型，从而产生显著的治疗效果。然而，先前的研究表明，UC - MSCs对SCA具有良好的安全性和有益的治疗效果。

多发性硬化症与造血干细胞

多发性硬化症(在线人类孟德尔遗传数据库编号:126200)是一种自身免疫性神经系统疾病，其特征是髓鞘丢失，导致大脑和脊髓脱髓鞘和神经退行性病变。大多数受影响的个体是20至40岁的女性。在多发性硬化症中，T淋巴细胞受到各种因素的刺激，进而激活炎症通路，导致疾病症状的出现[91]。多发性硬化症涉及遗传、表观遗传和环境因素(营养状况)。表观遗传原因包括:(1)DNA甲基化；(2)微小RNA(miRNA)的转录后修饰；(3)组蛋白乙酰化，例如6号染色体上的HLA - DRB 1(具有β链的人类白细胞抗原)基因发生的情况，该基因负责产生主要组织相容性复合体II类(MHC II类)抗原，并且在免疫反应机制中起着重要作用 。环境因素包括维生素D缺乏和频繁吸烟，这反过来又会导致在多发性硬化症中观察到的表观遗传变化。

多发性硬化症中的DNA甲基化。巴兰齐尼及其同事[93]首次研究了三组多发性硬化症不一致的同卵双胞胎的CD4 + T淋巴细胞的RNA转录组序列和表观基因组序列，发现DNA甲基化模式没有显著差异。然而，基于这项研究，不能排除DNA甲基化模式改变是该疾病的病因，因为样本量太小，无法得出明确的结论。其他研究表明，DNA甲基化可能是多发性硬化症的病因[94]。

某些基因中 岛的甲基化可能是该疾病的原因，因为甲基化模式决定了两种不同类型的辅助性T细胞(Th1和Th2)的形成方式，进而产生细胞因子，如干扰素 - γ(IFN - )、白细胞介素 - 2(IL - 2)、白细胞介素 - 4(IL - 4)和肿瘤坏死因子 (TNF - )。在多发性硬化症中，与Th2相关的IL - 4分子相比，与Th1相关的IFN - 表达占主导地位。因此，在IFN - 启动子区域发现的异常DNA甲基化模式可能解释了为什么Th1的免疫反应比Th2更强，从而导致了该疾病的病理生理学特征(图21.4)。同样，DNA甲基化或组蛋白去乙酰化与IL - 4基因相关，导致基因沉默。组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂被作为多发性硬化症的一种潜在治疗方法，因为它们可以减少炎症、脱髓鞘和神经元变性[95]。

表观遗传学不仅控制多发性硬化症中细胞因子基因的激活，还通过调节髓鞘碱性蛋白(MBP)影响髓鞘结构。例如，在多发性硬化症中观察到一种名为肽基精氨酸脱亚氨酶2(PAD 2)的酶发生低甲基化[96]。这种酶负责将精氨酸转化为瓜氨酸，并且在多发性硬化症中其水平升高。由于PAD 2的过度激活，MBP发生瓜氨酸化，变得容易被髓鞘相关蛋白酶(如组织蛋白酶D)降解。这进一步导致MBP的结合能力降低，引起脂质囊泡破碎，进而导致在多发性硬化症中观察到的髓鞘分解[96](图21.5)。

微小RNA。对多发性硬化症诱导病变和混合细胞的体外分析表明，约有十种微小RNA(miRNA)表达上调，尤其是mi - RNA155和mi - RNA326。然而，mi - RNA326更常与疾病复发相关，而不是直接与疾病的起始相关。研究发现，患者在复发后病情更严重，并且mi - RNA326表达较高(表21.2)。这反过来又导致T细胞的更高激活和炎症细胞因子的表达增加，进而导致异常免疫反应，引发多发性硬化症[26]。

图21.4 DNA甲基化对T细胞的影响。Th1和Th2细胞产生的受损免疫反应(IFN - γ相对于IL - 4占主导)是由导致多发性硬化症的DNA甲基化引起的。

组蛋白乙酰化。2007年，国际多发性硬化症遗传学联盟(IMSGC)开展了一项全基因组关联研究(GWAS)，该研究纳入了约12000名受试者。研究发现，除了HLA - DRB 1基因外，还有两个基因与多发性硬化症(MS)相关。白细胞介素 - 2受体 基因(IL2RA)和白细胞介素 - 7受体 基因(IL7RA)中的单核苷酸多态性(SNPs)被发现是多发性硬化症的危险因素。同样，在2011年，国际多发性硬化症遗传学联盟又进行了另一项全基因组关联研究，发现一些参与细胞因子和信号转导通路的基因异常会导致多发性硬化症，这进一步证实了组蛋白乙酰化最常影响的基因是HLA - DRB 1基因[25]。

多发性硬化症的干细胞疗法。在不同的干细胞群体中，造血干细胞(HSCs)因其多能性而特别受关注，有望成为多发性硬化症的一种治疗方法。这些干细胞可分化为大量的细胞，包括所有功能类型的血细胞、B细胞、T细胞和许多其他细胞类型，这使它们成为许多疾病治疗的有希望的候选者[97]。1995年开始了首次使用造血干细胞的治疗试验，1998年又在人体上进行了第二次成功的治疗试验。这些研究表明，接受造血干细胞治疗的患者在扩展残疾状态量表(EDSS)上的评分有所改善，证实了它们作为这种疾病潜在治疗方法的可行性[98,99]。然而，随后的临床试验[100]显示，患有严重形式的这种疾病(根据他们的扩展残疾状态量表评分)且接受了移植的患者，在细胞治疗中并未显示出显著益处。有可能这些干细胞仅在疾病早期发挥有益作用，而在疾病发展到严重阶段后则无效[100]。大多数与造血干细胞相关的移植本质上是自体移植，因为同种异体或HLA匹配的移植会增加死亡率[91]。

图21.5 正常人和多发性硬化症患者中瓜氨酸化髓鞘的比较。低甲基化导致肽基精氨酸脱亚氨酶2(PAD 2)的产生增加，从而导致瓜氨酸化髓鞘碱性蛋白增加，因此在多发性硬化症患者中会出现异常结构，进而导致髓鞘分解[92]。

表21.2 不同类型的微小RNA(miRNA)在多发性硬化症中的作用

阿特金斯(Atkins)和弗里德曼(Freedman)[101]回顾了使用造血干细胞(HSCs)作为多发性硬化症(MS)潜在治疗方法的利弊。使用造血干细胞的主要优势之一是，一旦从骨髓中提取并移植到多发性硬化症患者体内，B细胞，尤其是T细胞会成熟并被激活，这对提高免疫水平起着重要作用。然而，由于确保其他免疫细胞(如巨噬细胞)不会在移植物附近区域聚集很重要，因此建议使用免疫清除预处理方案，以从T细胞中获得最大益处。

曼卡尔迪(Mancardi)及其同事[102]进行的一项II期临床试验于2015年近期有报道，该试验表明自体造血干细胞移植可抑制病变引起的炎症。这些结果基于对患有进行性或复发型疾病患者为期4年的随访。

总体而言，这些研究表明，造血干细胞由于其多能性和免疫调节特性，在为多发性硬化症开发有效疗法方面具有显著前景。

多发性硬化症表观遗传学的结论。多发性硬化症中出现的免疫反应受损是由于影响T细胞和细胞因子的表观遗传机制所致，T细胞和细胞因子构成了免疫系统的主要分子或蛋白质。在多发性硬化症患者中观察到瓜氨酸化肽脱亚胺酶2(PAD 2)酶低甲基化，这会导致髓鞘碱性蛋白(MBP)分解。进一步分析表明，微小RNA(miRNA)，如mi - RNA155、mi - RNA326、miRNA18b、mi - RNA493和mi - RNA599与多发性硬化症相关。全基因组关联研究(GWAS)和其他研究表明，人类白细胞抗原 - DRB1(HLA - DRB 1)是多发性硬化症的主要候选基因。然而，一些与其他基因(如白细胞介素2受体α链(IL2RA)和白细胞介素7受体α链(IL7RA))相关的单核苷酸多态性(SNPs)是该疾病的危险因素。造血干细胞已被用作基于干细胞的多发性硬化症治疗方法，通过激活T细胞改善免疫反应，产生良好的治疗效果。

结论

如本章所述，表观遗传学不仅在决定干细胞命运方面发挥作用，也是神经退行性疾病(如亨廷顿病(HD)、帕金森病(PD)、雷特综合征(RTT)、脊髓小脑性共济失调(SCA)和多发性硬化症(MS))的潜在基础。尽管这些疾病的遗传基础各不相同，但表观遗传原因相似。例如，DNA甲基化和组蛋白乙酰化水平的改变会导致脊髓小脑性共济失调和多发性硬化症。在考虑为神经退行性疾病进行细胞替代疗法以设计实现最佳疗效和效率的策略时，了解干细胞的表观遗传机制是一个需要仔细考虑的重要方面。

为了转化和改善临床试验结果，有必要进一步研究表观遗传学如何驱动干细胞命运。例如，由于间充质干细胞(MSCs)治疗亨廷顿病主要用于临床前试验，研究人员应认识到所使用的细胞亚群直接取决于这些细胞的传代次数。尽管高传代的间充质干细胞在恢复与亨廷顿病相关的运动症状方面已被证明非常有益，但也存在染色体异常的风险，这可能导致肿瘤形成或其他不良反应。因此，研究间充质干细胞的表观遗传机制以提供有效的细胞替代疗法是必要的。一些疾病，如雷特综合征具有表观遗传基础，这使它们成为有待开发的表观遗传驱动的干细胞替代疗法的理想候选对象。因此，用于移植的经过突变校正的雷特综合征诱导多能干细胞(RTT - iPSC)细胞系可能是一种有前景的治疗方法。同样，识别每种疾病中失调的表观遗传标记(如亨廷顿病中的组蛋白H3第4位赖氨酸三甲基化(H3K4me3)和脊髓小脑性共济失调8型(SCA8)中的组蛋白H3第9位赖氨酸(H3K9)和第14位赖氨酸(H3K14))可能有助于为这些神经系统疾病设计更有针对性的疗法。解决这些问题并进一步了解干细胞的表观遗传机制以及与表观遗传改变相关的疾病，可为开发更有效、更持久的治疗方法铺平道路。

缩写

ADL 日常生活活动能力量表

自闭症谱系障碍

脂肪组织

BDNF 脑源性神经营养因子

BM 骨髓

BM - MSCs 骨髓来源的间充质干细胞

cAMP 环磷酸腺苷

CBP cAMP反应元件结合蛋白结合蛋白

染色质免疫沉淀(ChIP，Chromatin immunoprecipitation)

环磷酸腺苷反应元件(CRE，cAMP response element)

CRE结合蛋白(CREB，CRE-binding protein)

视锥 - 视杆同源框蛋白(CRX，Cone-rod homeobox protein)

多巴胺转运体(DAT，Dopamine transporter)

DNA甲基转移酶(DNMTs，DNA methyl transferases)

扩展残疾状态量表(EDSS，Expanded Disability Status Scale)

兴奋性突触后电位(EPSP，Excitatory post-synaptic potential)

胚胎干细胞(ESCS，Embryonic stem cells)

胶质细胞源性神经营养因子(GDNF，Glial derived neurotrophic factor)

全基因组关联研究(GWAS，Genome-wide association study)

组蛋白乙酰转移酶(HATs，Histone acetyltransferases)

亨廷顿病(HD，Huntington’s disease)

组蛋白去乙酰化酶(HDACs，Histone deacetylases)

含β链的人类白细胞抗原(HLA - DRB，Human leukocyte antigen having beta chain)

造血干细胞(HSCs，Hematopoietic stem cells HSCs)

6-羟基多巴胺(6-Hydroxydopamine)

5-羟甲基胞嘧啶(5-Hydroxymethylcytosine)

国际共济失调合作评定量表(International Cooperative Ataxia Rating Scale)

干扰素 (Interferon )

胰岛素样生长因子-1(Insulin-like growth factor-1)

白细胞介素-2(Interleukin-2)

白细胞介素-4(Interleukine-4)

诱导性多能干细胞(Induced pluripotent stem cells)

富含亮氨酸重复序列激酶2基因(Leucine-rich repeat kinase 2 gene)

甲基结合域(Methyl binding domain)

髓鞘碱性蛋白(Myelin basic protein)

甲基-CpG结合蛋白2基因(Methyl-CpG binding protein 2 gene)

组织相容性复合体II类(Histocompatibility complex class II)

5-甲基胞嘧啶(5-Methylcytosine)

突变型亨廷顿蛋白(Mutant huntingtin protein)

微小RNA(MicroRNA)

1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶

MS 多发性硬化症(Multiple sclerosis)

间充质干细胞(Mesenchymal stem cells)

NRSF 神经元限制性沉默因子(Neuron-restrictive silencer factor)

NSCs 神经干细胞(Neural stem cells)

PAD 2 肽基精氨酸脱亚氨酶2(Peptidyl-arginine deiminase 2)

PD 帕金森病(Parkinson’s disease)

PSP 抑制性突触后电位(Inhibitory post-synaptic potential) REST 抑制元件-1沉默转录因子(Repressor element-1 silencing transcription factor) RTT 雷特综合征(Rett syndrome)

336

SAH -腺苷同型半胱氨酸

SAM -腺苷甲硫氨酸

SCA 脊髓小脑性共济失调(Spinocerebellar ataxia)

SGZ 颗粒下区(Subgranular zone)

SMRT 维甲酸和甲状腺激素受体沉默介质(Silencing mediator of retinoic acid and thyroid hormone receptor)

SNCA -突触核蛋白

SNpc 黑质致密部(Substantia nigra, pars compacta)

SUMO 类泛素小分子(Small ubiquitin-like molecules)

脑室下区(SVZ，Subventricular zone)

T辅助细胞(Th，T-helper-cells)

酪氨酸羟化酶(TH，Tyrosine hydroxylase)

肿瘤坏死因子 - (TNF- ，Tumor necrosis factor- )

转录抑制域(TRD，Transcriptional repression domain)

脐带

脐带来源的间充质干细胞(UC-MSCs，Umbilical cord derived MSCs)

血管内皮生长因子(VEGF，Vascular endothelial growth factor)

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延伸阅读

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