论文标题：Epigenetics and environmental health

期刊：Frontiers of Medicine

作者：Min Zhang, Ting Hu, Tianyu Ma, Wei Huang, Yan Wang

发表时间：7 Feb 2024

DOI：10.1007/s11684-023-1038-2

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导 读

首都医科大学基础医学院黄蔚、中国医学科学院肿瘤医院王艳等在Frontiers of Medicine发表综述《表观遗传学与环境健康》（Epigenetics and environmental health）。本文系统阐述了环境暴露如何通过调控DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传机制影响基因表达，进而参与多种疾病的发生发展。同时指出，基于表观遗传修饰的可逆性，通过药物或饮食干预对其进行调控，为疾病防治提供了新的方向。

表观遗传学是研究在不改变DNA序列的情况下，基因功能发生可遗传变化的学科。自1942年Waddington提出“表观遗传型”概念以来，该领域逐渐发展成为连接基因型与表型的重要桥梁。表观遗传修饰主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和RNA修饰等多种形式（图1），它们共同参与基因表达的精细调控，影响细胞分化、个体发育及疾病发生。近年来，越来越多的证据表明，表观遗传修饰对环境因素非常敏感，外界暴露如空气污染、化学物质、饮食和生活方式等，均可通过改变表观遗传状态进而影响人体健康。环境因素与表观遗传之间的交互作用，已成为解释许多复杂疾病发生机制的关键。然而，目前对于多因素共同作用下的表观遗传调控网络仍认识有限，亟需系统梳理其在疾病预防与治疗中的潜在价值。

图1 表观遗传修饰

首都医科大学基础医学院黄蔚、中国医学科学院肿瘤医院王艳等系统回顾了表观遗传修饰在多种疾病中的作用，重点探讨了环境暴露如何通过影响表观遗传机制进而调控基因表达与机体健康，并总结了针对表观遗传变化的干预策略，包括药物与饮食调控等方面的最新进展。

表观遗传修饰在癌症发生发展中发挥核心作用。例如，DNA甲基化异常，特别是CpG岛的高甲基化，常见于多种肿瘤抑制基因，如Beckwith–Wiedemann综合征中胰岛素样生长因子2的表达异常。组蛋白修饰酶如EZH2和LSD1的突变或表达失调，也与多种癌症密切相关，而针对这些表观遗传调控因子的小分子抑制剂已在临床前或临床试验中显示出潜力。此外，RNA修饰，尤其是m⁶A修饰，在肿瘤增殖、侵袭和转移中具有双重调控作用，METTL3和METTL14等甲基转移酶在不同癌症中扮演着癌基因或抑癌基因的角色（图2）。

图2 表观遗传修饰通过调控基因表达影响健康

除癌症外，表观遗传机制也广泛参与心血管疾病、神经退行性疾病和衰老过程。例如，在动脉粥样硬化中，组蛋白乙酰化水平的变化影响炎症相关基因的表达；阿尔茨海默病患者脑中H3K27ac和H3K9ac的异常富集与疾病进展相关；而DNA甲基化水平的变化甚至被用作“表观遗传时钟”来预测生物学年龄。

环境暴露是表观遗传改变的重要诱因。空气污染物如PM_2.5可导致线粒体DNA和炎症相关基因的低甲基化；重金属如镉、镍和砷通过抑制DNA甲基转移酶或干扰TET蛋白功能，影响全局甲基化状态；饮食成分如高脂饮食可改变组蛋白修饰模式，进而影响代谢相关基因的表达（图3、图4）。此外，吸烟、酒精、人工光源和噪声等物理与化学因素也都能通过表观遗传途径对健康产生深远影响。

图3 环境暴露通过表观遗传调控基因表达影响健康

图4 环境暴露诱导的DNA甲基化

值得关注的是，表观遗传修饰具有可逆性，这为疾病治疗提供了新方向。目前已有多种表观遗传药物获美国FDA批准用于临床，如DNA去甲基化药物地西他滨和阿扎胞苷，以及组蛋白去乙酰化酶抑制剂等。此外，饮食干预也被证明能调节表观遗传状态，例如，叶酸、维生素B族和短链脂肪酸等营养素可作为甲基或乙酰基供体，影响DNA和组蛋白的修饰水平，进而发挥疾病预防作用。

表观遗传修饰作为基因与环境之间的关键界面，在多种疾病的发生与发展中扮演核心角色。环境暴露通过改变表观遗传状态调控基因表达，进而影响机体健康，这一机制为理解复杂疾病提供了新视角。尽管目前已有部分表观遗传药物和营养干预策略在临床中显示出潜力，但多因素交互作用下的表观遗传调控网络仍十分复杂，其在疾病早期诊断、预防与治疗中的全面应用尚待深入探索。未来的研究应更加注重多环境暴露、基因与表观遗传三者之间的动态关系，推动个体化表观遗传干预策略的发展，为人类健康管理开辟新的路径。

原文信息

标题

Epigenetics and environmental health

作者

Min Zhang¹, Ting Hu¹, Tianyu Ma^1,2, Wei Huang², Yan Wang^1,2

机构

1. Key Laboratory of Cancer and Microbiome, State Key Laboratory of Molecular Oncology, National Cancer Center/National Clinical Research Center for Cancer/Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100021, China

2. Beijing Key Laboratory of Cancer Invasion and Metastasis Research, Department of Biochemistry and Molecular Biology, School of Basic Medical Sciences, Capital Medical University, Beijing 100069, China

通讯作者

Wei Huang, Yan Wang

引用这篇文章

Min Zhang, Ting Hu, Tianyu Ma, Wei Huang, Yan Wang. Epigenetics and environmental health. Front. Med., 2024, 18(4): 571-596

https://doi.org/10.1007/s11684-023-1038-2

https://journal.hep.com.cn/fmd/EN/10.1007/s11684-023-1038-2

https://link.springer.com/article/10.1007/s11684-023-1038-2

感谢作者对Frontiers of Medicine的信任和支持。

期刊简介

Frontiers of Medicine是中国工程院院刊，由教育部主管，高等教育出版社、中国工程院与上海交通大学医学院附属瑞金医院共同主办。期刊聚焦医学前沿领域的学术进展，关注国际研究热点与中国优秀研究成果，主编为陈赛娟院士、张伯礼院士和王小凡院士。主要报道领域涵盖临床医学、基础医学、转化医学、流行病学、公共卫生、中医药学和人工智能医学等，刊载文章类型包括Research Article、Review、Perspective、Editorial、Case Report、Comment、Letter等。

期刊已被SCI、PubMed、Scopus、中国科技核心期刊、中国科学引文数据库（CSCD）核心库、第三批临床医学领域高质量科技期刊分级目录T1级、化学文摘数据库（CAS）等权威数据库收录，在2025中国科学院文献情报中心期刊分区表医学大类中位列二区。

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