法醫遺傳的運用論述范文
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作者：楊雅冉王鵬翔方向東嚴江偉單位：中國科學院北京基因組研究所內蒙古醫科大學基礎醫學院
基因組印記
基因組印記是一種不遵循傳統孟德爾遺傳規律的表觀遺傳現象。這是由于來源于某一親本的等位基因或其所在的染色體發生了表觀遺傳修飾，導致不同親本來源的兩個等位基因在子代細胞中表達不同。受印記機制調控而差異表達的基因稱之為印記基因（imprintedgene）。目前在植物、昆蟲和哺乳動物中均發現了基因組印記現象，而在鳥類、魚類、爬行類和兩棲類動物普遍認為不存在印記現象。1991年Bartolomei等采用基因敲除技術在小鼠中首次確認了類胰島素生長因子2型受體和非編碼RNAH19基因兩個母源印記基因及一個類胰島素生長因子2型父源印記基因。2007年，杜克大學的研究人員用機器學習的人工智能形式發現了156個新的印記基因，并以此為基礎創造了第一張人類基因組印記基因圖譜。
X染色體失活
X染色體失活是指雌性哺乳類細胞中兩條X染色體的其中之一失去活性的現象，X染色體會被包裝成異染色質，進而因功能受抑制而沉默化，這種現象也稱為X染色體的劑量補償（dosagecompensation）。X染色體失活的起始和選擇發生在胚胎發育的早期，這個過程被X染色體失活中心（X-inactivationcenter，XIC）所控制，是一種反義轉錄的調控模式。這個失活中心存在著X染色體失活的特異性轉錄基因，當失活命令下達時，這個基因產生1個17kb不翻譯的RNA與X染色體結合，介導DNA甲基化和組蛋白修飾，引發并維持X染色體的失活。X染色體失活中心還有“記數”功能，即保持每個二倍體中僅有1條X染色體有活性，其余全部失活。X染色體的失活狀態需要表觀遺傳修飾來維持，可以通過有絲或減數分裂遺傳給后代。
非編碼RNA
非編碼RNA是指不能翻譯為蛋白質的功能性RNA分子，其中包括rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA、microRNA等多種已知功能的RNA以及未知功能的RNA。按照它們的大小可分為長鏈非編碼RNA和短鏈非編碼RNA，前者在基因簇以至于整個染色體水平發揮順式調節作用，后者在基因組水平調控基因表達并介導mRNA的降解，誘導染色質結構改變，決定細胞的分化命運，還對外源的核酸序列有降解作用以保護本身的基因組。microRNA是一類內源產生的長度約為22個核苷酸的非編碼小RNA分子，廣泛存在于真核生物甚至病毒中，通過調節編碼蛋白的基因的表達或翻譯來發揮調控作用。microRNA的功能十分廣泛并且滲入到了生理病理學的各種調控途徑中，包括發育周期、細胞增殖和分化、細胞凋亡、新陳代謝、神經調控、腫瘤發生以及病毒和宿主的相互作用等。在法醫學應用中，由于降解后的片段長度過小，不能進行有效的PCR擴增，然而microRNA就能滿足降解檢材的PCR擴增，開始成為關注的熱點。
表觀遺傳學在法醫學中的應用
1表觀遺傳學與親權鑒定
自1985年英國遺傳學家AlecJeffreys教授首次報道DNA指紋圖技術應用于法醫DNA分析以來，DNA分析技術已經在多起重大的刑事犯罪偵破和民事訴訟中發揮重要的作用。目前主要是以熒光標記STR與SNP等傳統遺傳標記進行個體識別和親權鑒定。但在法醫學親子鑒定中，尤其是子代為雜合子或者父（母）和子代為相同的雜合子的單親鑒定中，親代的必需等位基因可能無法確定，使基因座的鑒別能力下降。但通過使用親緣特異性甲基化遺傳標記可以直接判定等位基因的親源，從而確定親代的必需等位基因。Zhao等應用甲基化特異性PCR對被甲基化標記的母系SNP位點rs220028進行檢測證明了這一觀點。另外，Poon等報道，采用DNA甲基化標記可有效識別孕婦外周血中的胎兒DNA，這也為產前的親權鑒定提供了一種非侵入性的檢測方法。
2表觀遺傳學與年齡推斷鑒定
個體年齡推斷一直是法醫學研究的重要內容。目前實際工作中，個體年齡推斷主要依據人類學方法，通過測量與年齡相關的骨骼、牙齒標志等，根據相關模型進行推算。近年來，許多研究者發現表觀遺傳學為個體年齡推斷的研究提供了一種新的思路。DNA甲基化隨年齡變化的特點為利用甲基化標記進行年齡推斷提供了可能。陳培利等利用人胚肺二倍體成纖維細胞（humanembryoniclungdiploidfibroblast，2BS）進行體外培養，發現其p16基因啟動子區及外顯子Ⅰ處的DNA甲基化水平隨個體細胞代齡的增加而降低。Tra等用限制性標記基因組掃描（restrictionlandmarkgenomescanning，RLGS）技術對T淋巴細胞2000個基因座的甲基化年齡變化情況進行了調查，發現29個基因座有變化，其中23個增加，6個降低。由于甲基化標記數目眾多，從中可以篩選出一組適合于法醫學應用的、年齡變化有規律的座位，應用于微量檢材的年齡推斷。尹慧等用高效液相色譜（HPLC）法對94個健康個體DNA甲基化水平的檢測發現，5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5mC）含量隨年齡增加而降低，50歲以上與50歲以下年齡組5mC含量差異具有統計學意義。2010年，Teschendorff等通過對261個絕經后婦女全血樣本約14000個基因啟動子區超過27000個CpG的甲基化狀態進行分析，證實干細胞多梳蛋白家族（polycombgroup，PcG）靶基因比非靶基因更容易隨年齡發生甲基化，并且變化不依賴于組織類型、疾病狀態和甲基化水平。
Bocklandt等通過分析唾液中的DNA甲基化標記，可以預測一個樣本組成員的年齡，結果與實際年齡相差大約在5歲范圍內。這項技術如果被確證，可能會成為法醫取證方面很有用的一種工具。同時，它還表明了一種可能性：DNA甲基化修飾或許可以提供一種比計算生日更具醫學相關性的年齡測定方法。
2010年，NorenHooten等在外周血單核細胞中的800個microRNA標記中篩選出9個與年齡相關的基因，但發現其中5個與疾病有關，該研究表明microRNA可以作為推斷年齡以及和年齡相關疾病的診斷指標。
2011年，國內Jin等首次報道了通過體細胞發揮功能的組蛋白修飾基因對衰老這一重要生物學過程的調控作用。這項研究通過生物化學、分子生物學、遺傳學和系統生物學相結合的方法，發現組蛋白H3K27me2/3去甲基酶UTX-1/UTX對衰老發揮了重要的調控作用。在秀麗線蟲中，該基因的雜合突變體及野生型的RNAi敲降后都能極大地延長線蟲壽命，使其抗逆性也大大加強。遺傳學分析發現其功能依賴于胰島素樣信號通路。這種通過重新建立組蛋白修飾模式的方式，揭示了細胞的重編程在抑制衰老過程中的重要作用，并提示其作用機制在哺乳動物細胞中同樣存在。
3表觀遺傳學與雙生子的鑒別
同卵雙生子（monozygotictwins，MZ）是由一個受精卵經過卵裂產生兩個單獨的細胞，并發育為完全獨立的個體，因此同卵雙生兩個個體的遺傳背景完全相同，享有共同的DNA序列。在法醫DNA分析領域，現有的DNA分析手段尚不能有效鑒別同卵雙生個體。
但是近年來，眾多研究都已證實，同卵雙生子的表觀遺傳學水平存在一定的差異。Fraga等對西班牙的40對同卵雙生子個體進行研究，發現他們在DNA甲基化、X染色體失活、組蛋白位點特異性乙酰化上存在差異，并且這種差異會隨年齡增長而增加。Kaminsky等對114對同卵雙生子個體的DNA甲基化的研究顯示，血白細胞、口腔黏膜上皮細胞和腸道組織中的甲基化狀態均存在差異。
此外，Ollikainen等對新生兒不同組織相關的4個差異甲基化區域的甲基化狀態進行了研究，發現甲基化水平存在顯著差異。從上述研究成果中可以看出，研究人員已經把目光投入到了法醫DNA分析的全新領域，尤其是DNA甲基化在同卵雙生子中的研究。這些都為采用DNA甲基化這一表觀遺傳學標記進行同卵雙生子個體甄別的可能性提供了強有力的理論支撐。
4表觀遺傳學與組織來源鑒定
在常見的法醫學案件中，有時需要對生物檢材的組織來源進行鑒定。傳統的形態和生化方法信息含量少，容易受各種條件的影響，因此常常受到限制。隨著分子生物技術的發展，以表觀遺傳學為基礎的組織鑒定方法存在明顯優勢，越來越為人們所關注。
例如，富含CpG的Alu重復序列，在體細胞中是甲基化的，在生殖細胞中卻是低甲基化的，有一個在進化上比較年輕的Alu亞族在精子中幾乎是完全沒有甲基化的。通過對這一Alu亞族甲基化的分析，就可以判斷檢材是否含有精子。范光耀應用聯合亞硫酸氫鹽的限制酶法，調查精液、常見體液、分泌液和組織的DEAD盒多肽4［DEAD（Asp-Glu-Ala-Asp）boxpolypeptide4，DDX4）］基因啟動子甲基化水平，發現精液中的甲基化水平顯著高于非精液組織。因此，選擇一個合適的界值，可以根據DDX4甲基化水平有效地鑒別精液（斑）的種屬來源。
Hanson等運用RT-PCR技術，根據microRNA的細胞組織特異性對血液、精液、唾液、陰道分泌液和經血進行來源鑒別，并通過與21種人體組織比對驗證了各種斑痕microRNA表達的特異性，用于檢測RNA的模板量最低可達50pg。Zubakov等運用微陣列和Taqman定量PCR技術確證了一些能運用于法醫學實踐識別血痕和精斑的穩定的microRNA標記。該項研究不僅將靈敏度提高到相當于單細胞水平的0.1pgRNA模板量，而且在新鮮與陳舊樣本的比對中發現其microRNA分子絕對含量未發生明顯變化。
5其他
近年來，隨著學者們對RNA在法庭科學領域的研究逐漸廣泛和深入，發現microRNA在法醫學領域的應用價值也日益重要。2007年王芬等發現有6個microRNA分子在H2O2誘導PC12細胞凋亡后表達顯著下調，這一結果為法醫病理學者研究腦缺血再灌注損傷中神經細胞凋亡的機制提供了理論依據。2010年李文燦等在研究大鼠心肌組織microRNA降解與死亡時間的相關性時發現，其含量在機體死后120h內保持相對穩定的水平，可作為內參指標反映其他生物指標的變化水平。
隨著分子生物學技術的飛速發展，法醫工作者又面臨一項新的挑戰，即如何在日常的親緣鑒定和個體識別工作中有效甄別偽造DNA。用于偽造DNA常使用PCR擴增的方法，因此使用親緣特異性甲基化遺傳標記，可以在進行親子鑒定和個體識別的同時，檢測樣本的甲基化狀態，從而鑒別樣本是否為人工偽造DNA。因此DNA甲基化遺傳標記在鑒定DNA是否人工偽造中發揮著重要的作用。
展望
作為一門新興學科，表觀遺傳學研究尚處于探索階段，很多概念尚存在爭議，研究技術也存在缺陷，只有通過國內外各個研究領域學者們的共同努力，才能使表觀遺傳學研究逐步趨于規范和完善，進而使表觀遺傳學真正成為一項對生命科學發展強有力的技術手段。總之，借助表觀遺傳學的巨大信息量，可能為解決在法醫學親子鑒定和個體識別等一系列的問題上提供一條新途徑。筆者相信，隨著表觀遺傳學技術的進步和研究的深入，必將為法醫學鑒定帶來一定的希望和突破。