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遺傳學與表觀遺傳學對於自體免疫疾病的探討


自體免疫疾病(autoimmune disease)是由免疫系統對身體正常組織產生攻擊反應而引起的疾病。這些疾病通常是由遺傳和環境因素相互作用引起的。自體免疫疾病的發病很大一部分涉及了基因遺傳。簡單的說1.先天基因變異。2.後天的基因的修飾。3.干預疾病基因的表達。4.疾病的出現。由此思路我們就能嘗試基因透過後天的修飾來干預基因的表達協助病情的控制。先來說明自體免疫疾病和遺傳學、表觀遺傳學方面的概念。


遺傳學


遺傳學是研究遺傳性疾病的分支學科,可以幫助解釋自體免疫疾病的遺傳基礎。自體免疫疾病的發病率有明顯的家族聚集現象,即同一家庭中有多人患病的情況。因此,自體免疫疾病可能涉及某些基因的變異。


科學已證實,遺傳因素對某些自體免疫疾病的發病有關聯性。例如,1型糖尿病、類風濕性關節炎和自體免疫甲狀腺疾病等疾病,已知存在相關的HLA(人類白細胞抗原)基因。HLA基因在調節免疫系統中起著重要作用,它們幫助身體識別自身細胞和非自身細胞。因此,HLA基因的變異可能會導致自體免疫疾病的發生。除了HLA基因之外,其他基因也可能與自體免疫疾病有關聯性。例如,多發性硬化症和類風濕性關節炎可能涉及IL2RA(白介素2受體α亞單位)和PTPN22(蛋白酪氨酸磷酸酶22)等基因。研究已經證明,這些基因變異可能對自體免疫疾病的發病風險產生影響。


備註:常見基因分析方法:單核苷酸多態性、分析聚合酶鏈反應、突變體、蛋白質結構。

表觀遺傳學


表觀遺傳學研究的是基因表達的調節機制,包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等方面。這些調節機制可以影響基因表達,進而對自體免疫疾病的發病產生影響。


DNA甲基化是一種表觀遺傳修飾方式,通常指DNA上的甲基化。DNA甲基化通常發生在CpG二聚體(CpG island)區域,這些區域通常位於啟動子區域和基因調控區域,可以影響基因的表達。已證實,自體免疫疾病的發生可能涉及DNA甲基化的異常。


例如,類風濕性關節炎和多發性硬化症等自體免疫疾病患者的DNA甲基化模式可能與正常人有所不同。此外,某些自體免疫疾病的遺傳基因在DNA甲基化方面也可能存在異常。例如,1型糖尿病的遺傳基因INS和CTLA4可能受到DNA甲基化的影響。


蛋白質體學中的組蛋白修飾也是一種常見的表觀遺傳修飾方式。組蛋白是染色體上的蛋白質,可以通過化學修飾(例如乙醯化、甲基化、泛素化等)進行調節,進而影響基因的表達。已知,某些自體免疫疾病(例如多發性硬化症)可能與組蛋白修飾異常有關。


備註:常見甲基化檢測:特異性限制酶消化法、對比基因組學、特異性PCR、微陣列分析。
備註:蛋白質體學是研究生物體中所有蛋白質的組成、結構、功能和相互作用的科學。它是基於基因體學和轉錄體學而發展起來的一門學科,研究的對象是生物體中所有蛋白質的總和,即蛋白質體。 蛋白質體學研究的內容包括: 組蛋白,是一種構成染色質核小體的主要蛋白質,也是染色質的主要結構蛋白質之一。組蛋白由一些小的核心結構蛋白質(核心組蛋白)和一些連接這些核心組蛋白的連接蛋白質(非核心組蛋白)組成。組蛋白通過包裹DNA來組織和調節染色質結構,並通過調節DNA的可及性和組裝形式來影響基因表達和DNA修復等過程。 體蛋白,是另一種和染色質密切相關的蛋白質,它是一種在染色質非核心區域中高度保守的小分子蛋白質。體蛋白通常與組蛋白一起作用來調節染色質的結構和功能。與組蛋白相比,體蛋白的作用較為多樣,它們能夠參與DNA複製、DNA修復、轉錄和基因調控等多個生物學過程。 透過蛋白質的定量和定性分析、蛋白質的結構和功能分析、蛋白質相互作用的分析、蛋白質的修飾和降解等。主要通過質譜分析技術實現,可以通過蛋白質結晶學、核磁共振等技術進行研究。蛋白質相互作用分析可以通過酵母雙雜交、蛋白質陣列等技術進行研究。蛋白質的修飾和降解研究則可以揭示蛋白質的功能和代謝途徑。

再探遺傳學與表觀遺傳學之間的關係


遺傳學和表觀遺傳學都是研究基因和基因表達的科學領域,遺傳學主要研究基因的傳遞和遺傳機制,例如基因的DNA序列和遺傳變異的類型和模式等。基因變異可以是點突變、插入、刪除、倒位等不同形式,這些變異可能會導致蛋白質結構或功能的改變,進而對健康產生影響。而表觀遺傳學則研究基因表達的調節機制,例如DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA等。這些調節機制可以影響基因表達,進而影響個體的生理和病理狀態。


遺傳學和表觀遺傳學之間也存在相互作用和調節關係。例如,某些基因變異可以影響DNA甲基化和組蛋白修飾等表觀遺傳機制的作用。反之,表觀遺傳機制的變化也可以導致基因表達的異常,進而對遺傳學產生影響,對於深入研究基因和生物過程的相互作用、疾病的發生和發展等方面都有重要的意義。

遺傳學

表觀遺傳學

定義

研究基因的傳遞和遺傳機制的科學領域

研究基因表達的調節機制的科學領域

研究對象

基因的DNA序列和遺傳變異的類型和模式

DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA等表觀遺傳機制

影響

影響蛋白質結構或功能的改變

影響基因表達,進而影響個體的生理和病理狀態

變異

點突變、插入、刪除、倒位等基因變異形式

DNA甲基化、組蛋白修飾等表觀遺傳機制的變化

研究方法

遺傳學技術進行研究。基因定位、基因表達分析、基因編輯、基因體學

表觀遺傳學技術進行研究。甲基化分析、組蛋白修飾分析、小RNA分析、神經元遺傳學

目的

揭示基因傳遞和遺傳疾病的發生機制

揭示基因表達的調節機制和表觀遺傳疾病的發生機制

自體免疫疾病在遺傳學及表觀遺傳學有何關係


在遺傳學方面,自體免疫疾病的發生與遺傳因素密切相關。許多自體免疫疾病具有家族聚集現象,且孿生研究表明,相對於非孿生兄弟姐妹,同卵孿生兄弟姐妹罹患自體免疫疾病的風險較高。研究人員開始關注自體免疫疾病與特定基因的關聯性。過去二十年來,基因組關聯研究已經識別出了許多自體免疫疾病的易感基因,例如類風濕關節炎、多發性硬化症等。某些HLA基因變異與多種自體免疫疾病的風險增加密切相關。遺傳因素的研究有助於深入瞭解自體免疫疾病的病因和疾病發生的機制。


在表觀遺傳學方面,自體免疫疾病的發生也與表觀遺傳學的變化密切相關。許多研究表明,DNA甲基化和組蛋白修飾等表觀遺傳機制的異常與自體免疫疾病的發生密切相關。例如,狼瘡SLE患者的DNA甲基化異常可以影響自體免疫反應的調節,導致自體免疫反應的過度啟動。另外,表觀遺傳機制還可以調節基因的表達模式,進而影響細胞和組織的功能,這也是自體免疫疾病的發生和發展中的重要機制。


遺傳學和表觀遺傳學對於深入瞭解自體免疫疾病的病因和發病機制都具有非常重要的作用。通過遺傳學的研究可以確定易感基因和HLA基因的變異與自體免疫疾病之間的關聯,進一步瞭解基因變異如何影響免疫系統的調節和自體免疫反應的發生。DNA甲基化和組蛋白修飾等表觀遺傳機制的異常與自體免疫疾病的發生密切相關。瞭解這些表觀遺傳機制的異常可以揭示自體免疫疾病的發病機制和分子病理學。可以為我們提供深入瞭解疾病的病因和發病機制的資訊,進而促進疾病的診斷和治療。


通過基因傳遞後基因表達修飾的自體免疫的應用


甲基化和組蛋白修飾可以調節自體免疫疾病的發生。在自體免疫疾病患者中,DNA甲基化和組蛋白修飾異常的情況普遍存在,這些異常可以影響基因的表達,進而影響免疫細胞的調節和自體免疫反應的發生。通過研究甲基化和組蛋白修飾等表觀遺傳機制在自體免疫疾病中的調節作用,揭示了疾病的發病機制和分子病理學,促進疾病的診斷和治療,我們就可以透過調控甲基化和組蛋白修飾來實踐其應用。


以下是一些干預甲基化的自體免疫疾病藥物應用:

  • DNA甲基轉移酶抑制劑:DNA甲基轉移酶抑制劑可以通過抑制DNA甲基轉移酶的活性來減少DNA甲基化。其中,5-氮杂胞嘧啶(5-AZA)和5-氮杂维嘧啶(5-AZA-CR)是目前較常用的DNA甲基轉移酶抑制劑。然而,這些藥物也有一些副作用,如影響正常細胞增殖、引起骨髓抑制等。

  • HDAC抑制劑:組蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制劑可以通過抑制HDAC酶的活性來減少組蛋白修飾。一些HDAC抑制劑已經被開發成為藥物,用於治療某些類型的癌症和其他疾病,例如維度非(vorinostat)和帕克西酮(panobinostat)。然而,HDAC抑制劑也有一些副作用,如引起癲癇發作、引起心臟問題等。

功能醫學調控甲基化和組蛋白的方法:

  • 維生素:一些研究表明,維生素和微量元素可能對調控甲基化和組蛋白修飾有益。例如,維生素D可能通過調節DNA甲基轉移酶和HDAC酶的表達來調節基因甲基化。甲基供體S-腺苷甲硫氨酸(SAM)可以增加DNA甲基化,而葉酸、維生素B12和葉黃素等則能夠影響DNA甲基化和組蛋白修飾。

  • 微量元素:一些研究表明,硒、鋅等微量元素也可能通過調節DNA甲基轉移酶和HDAC酶的活性來調節基因甲基化和組蛋白修飾。

  • 植物化學物質:一些植物化學物質,如多酚類化合物和類黃酮,已經被證明具有抗氧化和抗炎作用,對於調節甲基化和組蛋白修飾也可能具有一定作用。

  • 運動調節:研究表明,適量的運動可以調節DNA甲基化和組蛋白修飾。運動可以影響DNA甲基轉移酶和DNA去甲基化酶的表達,進而影響DNA甲基化和組蛋白修飾的水準。

  • 心理調節:心理壓力和情緒狀態可以影響DNA甲基化和組蛋白修飾的水準。一些研究顯示,壓力和負面情緒可以引起DNA甲基化和組蛋白修飾的異常。因此,通過心理調節可以調節甲基化和修飾水準,有助於保持身心健康

調節甲基化和組蛋白修飾可以通過營養、藥物、運動和心理調節等方法實現,有助於維持身體健康和預防疾病。但在實際應用中需要根據具體情況選擇合適的方法,並且需要在醫學專業人員指導下進行。


參考文獻:
Nutrition and epigenetics: an interplay of dietary methyl donors, one-carbon metabolism and DNA methylation營養與表觀遺傳學:膳食甲基供體、一碳代謝和DNA甲基化之間的相互作用,該文獻說明瞭膳食營養素和甲基供體如何影響DNA甲基化的過程。
The role of epigenetics in personalized medicine: challenges and opportunities表觀遺傳學在個人化醫學中的作用:挑戰和機遇,該文獻討論了表觀遺傳學在個人化醫學中的應用,以及相關的挑戰和機遇。
Sun Q, et al. Hydrogen-rich saline reduces oxidative stress and inflammation by inhibit of JNK and NF-κB activation in a rat model of amyloid-beta-induced Alzheimer's disease. Neurosci Lett. 2010; 468(3): 323-327. doi: 10.1016/j.neulet.2009.10.030.研究表明,在β-澱粉樣蛋白誘導的大鼠阿爾茨海默病模型中,氫水可以通過抑制JNK和NF-κB的活化來減少氧化壓力和炎症反應,從而改善認知功能。


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