表觀遺傳學的分類

表觀遺傳學（Epigenetics）是研究在不改變DNA序列的前提下，通過可遺傳的生化修飾來調控基因表達的一門學科。它構成了連接基因型與表現型的關鍵橋梁，解釋了為何擁有相同基因組的細胞（如心肌細胞與神經元）會表現出截然不同的形態與功能。對表觀遺傳現象進行分類，有助于我們系統性地理解其復雜的調控網絡。為之前無法解釋的的正確研究成果（如小麥春化）提供更現代化的科學解釋。

一、 按核心生化機制分類（經典和基礎的分類）

這是主流和基礎的分類方式，主要基于四種核心的分子機制：

1. DNA甲基化 (DNA Methylation)

機制：在DNA甲基轉移酶（DNMTs）的催化下，將S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供的甲基基團共價添加到胞嘧啶（C）的第5位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。這通常發生在CpG二核苷酸（胞嘧啶后接鳥嘌呤）密集的區域，即“CpG島"。

效應：一般而言，基因啟動子區域的CpG島發生高甲基化會吸引抑制性蛋白（如甲基-CpG結合域蛋白MBDs），導致染色質凝集，抑制基因轉錄。相反，低甲基化通常與基因激活相關。DNA甲基化是基因印記、X染色體失能和細胞命運決定的關鍵機制。

2. 組蛋白修飾 (Histone Modification)

機制：組蛋白是染色質的基本結構單位，其N端尾部可發生多種共價化學修飾，包括：

甲基化（Methylation）：發生在賴氨酸（K）和精氨酸（R）上。效應復雜，取決于修飾的位點和程度（單、雙、三甲基化）。例如，H3K4me3（組蛋白H3第4位賴氨酸三甲基化）是基因激活的標志。

乙?；?/span>Acetylation）：發生在賴氨酸（K）上，由組蛋白乙酰轉移酶（HATs）催化。它能中和組蛋白的正電荷，降低其與帶負電的DNA的親和力，使染色質結構變得松散，顯著促進基因轉錄。而去乙酰化酶（HDACs）則移除此修飾，導致基因沉默。

其他修飾：還包括磷酸化、泛素化、SUMO化等，它們共同構成了復雜的“組蛋白密碼"，被特定蛋白識別從而調控下游事件。

效應：組蛋白修飾通過改變染色質的高級結構來調控基因表達。開放的、轉錄活躍的染色質區域稱為常染色質（Euchromatin），而凝集的、轉錄沉默的區域稱為異染色質（Heterochromatin）。

3. RNA修飾 (Chromatin Remodeling)

機制：m6A是真核生物mRNA中常見、豐富的內部化學修飾。即在腺嘌呤（A）的第6位氮原子上添加一個甲基基團。該過程由甲基轉移酶復合物催化；可以被如FTO、ALKBH5去除；其功能由相關功能蛋白特異性識別并執行。

效應：m6A修飾的功能極為多樣，幾乎參與了mRNA生命周期的每一個環節包括：調控翻譯效率、影響mRNA穩定性、調控pre-mRNA剪接、控制細胞核質轉運等。

其他還有m5C（5-甲基胞嘧啶）、A-to-I編輯（腺苷-to-次黃苷編輯）、假尿苷等重要修飾方式。

4. 非編碼RNA調控 (Regulation by Non-coding RNAs)

機制：不編碼蛋白質的RNA分子通過堿基互補配對的方式參與基因表達的調控。主要包括：

微小RNA（miRNA）：與靶mRNA的3‘非翻譯區（3’UTR）結合，導致mRNA降解或翻譯抑制。

長鏈非編碼RNA（lncRNA）：作用機制極其多樣，可作為腳手架引導染色質修飾復合物到特定基因組位點（如Xist RNA導致X染色體失活），或作為競爭性內源RNA“海綿"吸附miRNA。

小干擾RNA（siRNA）：與靶mRNA互補，直接導致其降解，是RNA干擾（RNAi）的核心。

效應：在轉錄后水平（如miRNA、siRNA）和轉錄水平（如lncRNA）實現對基因表達的精細和網絡化調控。

二、 按功能與可遺傳性分類

1. 細胞記憶型（體細胞遺傳）

描述：這類表觀遺傳信息在細胞分裂過程中被忠實地傳遞給子代細胞，從而維持細胞的身份和功能穩定性。

例子：一個肝細胞分裂后，產生的兩個子代細胞仍然是肝細胞，這是因為維持“肝細胞身份"的基因表達模式（即特定的DNA甲基化和組蛋白修飾譜）被復制和遺傳了。這解釋了細胞分化的穩定性。

2. 代間遺傳 (Transgenerational Inheritance)

描述：指親代（尤其是孕期的雌性個體）所經歷的環境因素（如營養、壓力、毒素暴露）誘導產生的表觀遺傳改變，能夠繞過配形成過程中的表觀遺傳重編程，傳遞到F2（孫代）甚至更遠的后代。

例子：著名的“荷蘭饑餓冬天"研究顯示，孕期經歷饑荒的女性，其子女和孫代患代謝性疾病的風險更高，這被認為與精子中保留的特定DNA甲基化模式有關。

3. 環境響應型

描述：表觀基因組并非靜態，而是動態響應外界環境信號（如飲食、運動、壓力、毒素、藥物等）。

例子：高脂飲食可以改變肝臟代謝相關基因的甲基化狀態；體育鍛煉可以誘導肌肉細胞中促進能量代謝基因的組蛋白乙?；＿@類改變通常是可逆的，為通過生活方式干預健康提供了理論基礎。

三、 按對基因表達的調控方向分類

激活型表觀遺傳標記：如H3K4me3, H3K9ac, H3K27ac, DNA低甲基化等。

抑制型表觀遺傳標記：如H3K9me3, H3K27me3, DNA高甲基化等。

總結與意義

表觀遺傳學的分類體系揭示了生命調控的層次性和復雜性。這些機制并非孤立工作，而是構成了一個高度互聯、相互協同又相互制衡的網絡。

表觀遺傳學的分類是我們解開基因表達時空特異性調控之謎的鑰匙，正指點著我們進入一個對生命現象理解更為深刻的新時代。