表观遗传测序：核心检测项目与技术进展
表观遗传学（Epigenetics）研究在不改变DNA序列的前提下，调控基因表达的化学修饰机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质结构重塑和非编码RNA调控等。这些修饰通过影响基因的“开关状态”，在发育、疾病（如癌症、神经退行性疾病）和环境适应中发挥关键作用。表观遗传测序技术通过高通量手段精准解析这些分子标记，为疾病机制研究、精准医学和药物开发提供核心数据支撑。以下是当前表观遗传测序的主要检测项目及其应用进展：
1. DNA甲基化检测
DNA甲基化是最经典的表观遗传标记，指在DNA分子中胞嘧啶（CpG位点）的5号碳位添加甲基基团（5-mC），通常抑制基因表达。
核心技术：
- 全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）：通过亚硫酸氢盐处理将未甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，结合高通量测序（如Illumina NovaSeq）实现单碱基分辨率的甲基化图谱构建。适用于发现新的甲基化靶点。
- 甲基化DNA免疫沉淀测序（MeDIP-seq）：利用抗5-mC抗体富集高甲基化区域，成本低于WGBS，但分辨率较低，适合大样本队列研究（如肿瘤甲基化分型）。
- 靶向甲基化测序（如靶向panel或扩增子测序）：针对特定基因（如抑癌基因CDKN2A、修复基因MLH1）或区域（如CpG岛）设计探针，用于临床诊断（如结直肠癌液体活检检测SEPT9甲基化）。
应用场景：
- 癌症早筛：通过血液中循环肿瘤DNA（ctDNA）的异常甲基化标志物（如肺癌中的SHOX2、乳腺癌中的RASSF1A）实现早期诊断。
- 衰老研究：甲基化“衰老时钟”（如Horvath时钟）通过数百个CpG位点评估生物年龄。
- 印记基因疾病：Prader-Willi综合征等疾病与特定甲基化模式异常相关。
2. 组蛋白修饰检测
组蛋白修饰（如H3K4me3激活转录，H3K27me3抑制转录）通过改变染色质结构调控基因表达。
核心技术：
- 染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）：使用特异性抗体富集特定组蛋白修饰的DNA片段，结合测序定位修饰位点。改进技术CUT&Tag可实现单细胞水平的高信噪比检测。
- 质谱联用分析（LC-MS/MS）：定量检测组蛋白全局修饰水平（如乙酰化/甲基化比例），辅助ChIP-seq结果验证。
应用场景：
- 肿瘤异质性研究：组蛋白修饰异常（如H3K27me3缺失）与胶质母细胞瘤、前列腺癌转移相关。
- 表观药物疗效评估：HDAC抑制剂（如Vorinostat）通过增强组蛋白乙酰化激活抑癌基因。
3. 染色质可及性与构象分析
染色质开放区域暴露于转录因子结合位点，其动态变化反映细胞状态。
核心技术：
- ATAC-seq（Assay for Transpose Accessible Chromatin）：利用Tn5转座酶切割开放染色质区域，快速绘制全基因组可及性图谱，单细胞ATAC（scATAC-seq）可解析细胞异质性。
- Hi-C与ChIA-PET：Hi-C通过交联-酶切-连接技术捕获染色质三维空间互作；ChIA-PET结合ChIP-seq与Hi-C，解析特定蛋白介导的染色质折叠（如CTCF介导的拓扑相关结构域）。
应用场景：
- 细胞分化轨迹：造血干细胞分化中染色质开放区域动态变化揭示关键转录因子激活。
- 疾病相关结构变异：亨廷顿舞蹈症中异常染色质环导致HTT基因表达失调。
4. 非编码RNA调控机制
长链非编码RNA（lncRNA）、miRNA等通过表观复合物招募（如Xist介导X染色体沉默）调控基因表达。
核心技术：
- RNA-seq与ChIRP-seq：RNA-seq定量lncRNA表达水平；ChIRP-seq（Chromatin Isolation by RNA Purification）通过探针捕获RNA结合的DNA区域，定位其靶基因。
- CLIP-seq（如HITS-CLIP）：鉴定RNA结合蛋白（如Ago2）与miRNA的相互作用位点。
应用场景：
- 癌症耐药性：肺癌中lncRNA MALAT1通过结合EZH2（PRC2复合物）沉默抑癌基因。
- 神经发育疾病：miR-137异常表达与精神分裂症相关。
5. 单细胞与空间表观组学（前沿技术）
单细胞多组学测序：如scCOOL-seq同步检测单细胞的DNA甲基化、染色质可及性和拷贝数变异，揭示细胞亚群表观异质性。 空间表观转录组：DBiT-seq结合微流控芯片与ATAC/RNA共测序，在组织切片中定位表观特征与基因表达的时空关系。
技术挑战与未来方向
- 数据分析复杂性：需开发整合多组学数据的算法（如AI驱动的表观模块识别工具）。
- 临床转化瓶颈：建立标准化的表观标志物检测流程（如FDA批准的甲基化试剂盒Epi proColon®）。
- 动态监测技术：开发时间分辨率的活细胞表观标记成像技术，实时追踪修饰动态。
结语 表观遗传测序技术正从基础研究走向临床诊断与治疗，通过解析DNA甲基化、组蛋白修饰等核心检测项目，为疾病分型、预后评估和个性化治疗（如去甲基化药物Azacitidine的应用）提供关键依据。未来，单细胞与空间多组学技术的融合将进一步推动精准医学的革新。