王 波 羅海玲

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京100193)

DNA甲基化與去甲基化調(diào)控肌肉發(fā)育研究進展

王 波 羅海玲*

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京100193)

肌肉發(fā)育是一個復(fù)雜的生物學(xué)過程，其調(diào)控機制尚不完善。但近年來表觀遺傳修飾對肌肉發(fā)育的調(diào)控作用逐漸成為熱點領(lǐng)域，研究發(fā)現(xiàn)DNA甲基化與去甲基化修飾對肌肉發(fā)生與發(fā)育起到重要的調(diào)控作用。肌肉干細胞特異位點通過DNA甲基化修飾，影響肌肉發(fā)育過程關(guān)鍵基因的表達，進而調(diào)控早期發(fā)育的生肌過程。本文主要圍繞肌肉發(fā)育過程中DNA甲基化及去甲基化修飾的變化、重要的甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶以及營養(yǎng)物質(zhì)通過DNA甲基化修飾影響肌肉發(fā)生的作用進行論述。

DNA甲基化；去甲基化；肌肉發(fā)生；酶；營養(yǎng)物質(zhì)

隨著表觀遺傳學(xué)的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)對應(yīng)的表觀基因組。表觀基因組的遺傳修飾機制主要包括DNA甲基化[1]、組蛋白修飾[2-3]和非編碼RNA[4]三大部分。1975年發(fā)現(xiàn)的DNA甲基化作為一種表觀遺傳修飾方式[5-6]，是目前表觀遺傳修飾機制中研究最多且最深入的。DNA甲基化修飾即將甲基供體提供的甲基，通過共價鍵鏈接到胞嘧啶核苷酸的5號碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)，并且這種修飾在植物、動物及真菌模型上均能夠較穩(wěn)定的存在[7]。在動物模型中，這種修飾通常發(fā)生在DNA鏈的CpG豐富且對稱的區(qū)域，這個區(qū)域通常被稱為CpG島，CpG島大部分存在于管家基因和發(fā)育基因的啟動子區(qū)域[8]。而該區(qū)域的DNA甲基化則會通過甲基CpG結(jié)合區(qū)域蛋白阻礙轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶與模板鏈的結(jié)合，進而抑制轉(zhuǎn)錄過程[9]，影響相應(yīng)區(qū)域的基因表達水平，最終引起機體相應(yīng)生物學(xué)功能發(fā)生改變。

肌肉組織作為構(gòu)成機體的重要組成部分，其發(fā)育過程也受到DNA甲基化水平的調(diào)控。肌肉組織是由中胚層的祖細胞通過增殖、分化、融合以及成熟，最終形成骨骼肌纖維，這個過程也被稱為肌肉發(fā)生。Brunk等[10]研究證實，肌分化因子MyoD基因的表達活性依賴于DNA的去甲基化狀態(tài)，首次直接建立了DNA甲基化與肌肉細胞分化的聯(lián)系。隨后關(guān)于DNA甲基化在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控肌肉發(fā)生過程的研究也引起了眾多學(xué)者的興趣，使得肌肉發(fā)生過程中關(guān)鍵基因的修飾狀態(tài)、關(guān)鍵的調(diào)控酶逐漸清晰。而且隨著人們對營養(yǎng)學(xué)的重視，發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)也會通過影響DNA甲基化進而影響肌肉相關(guān)基因的表達，并有可能引起相應(yīng)的生理狀態(tài)發(fā)生變化。因而，通過探究DNA甲基化與肌肉發(fā)育的關(guān)系，有利于人們認識肌肉的發(fā)育過程及營養(yǎng)對肌肉發(fā)育的調(diào)控作用。

1 DNA甲基化和去甲基化機制

1.1 DNA甲基化作用機制

多項研究證實，DNA甲基化對哺乳動物是一種非常重要的表觀修飾：如X染色體的失活[11]、基因印記[12]、沉默轉(zhuǎn)座子等基因組原件從而保證基因組的穩(wěn)定性[13]，改變機體眾多基因的轉(zhuǎn)錄水平等過程均有DNA甲基化參與調(diào)控[14-15]。其中對DNA甲基化調(diào)控基因表達水平的機制是關(guān)注最多的。早期研究表明，通過DNA甲基化抑制轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄起始位點的結(jié)合，進而抑制相應(yīng)基因的表達，這也得到了眾多學(xué)者的認同。近年來，Schüebeler[16]又提出了DNA甲基化潛在的5種可能調(diào)控基因表達機制(圖1)：a)甲基不敏感轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄起始位點結(jié)合后可以抑制該區(qū)域的DNA甲基化；b)轉(zhuǎn)錄因子通過一種特異的結(jié)合方式與甲基化的起始位點進行結(jié)合從而進行轉(zhuǎn)錄；c)甲基敏感轉(zhuǎn)錄因子由于起始區(qū)域的胞嘧啶發(fā)生甲基化而無法與該區(qū)域結(jié)合進而抑制轉(zhuǎn)錄；d)在胞嘧啶和鳥嘌呤含量高的起始位點區(qū)域(圖中陰影表示)，發(fā)生甲基化后易于與甲基化CpG結(jié)合結(jié)構(gòu)域蛋白(methyl-CpG-binding domain protein，MBD)結(jié)合，從而間接的抑制轉(zhuǎn)錄因子與該位點的結(jié)合；e)甲基不敏感轉(zhuǎn)錄因子首先與起始位點結(jié)合，形成一個低甲基化的結(jié)合位點，之后甲基敏感轉(zhuǎn)錄因子再與該位點結(jié)合，從而保證正常的其實轉(zhuǎn)錄。在這5種模型中，c和d 2種模型相對較成熟，而其余3種仍有待進一步進行驗證。

DNA甲基化可以發(fā)生在DNA鏈上多個區(qū)域，如在基因內(nèi)和基因間均存在DNA甲基化現(xiàn)象，而不同的區(qū)域甲基化造成的影響也有所不同。研究表明，基因內(nèi)的甲基化對轉(zhuǎn)錄的影響存在多樣化特征，同時還可以調(diào)控可變剪切過程[17-18]；而基因間的DNA甲基化則會通過抑制增強子的方式從而抑制基因活性[19]。但非CpG位點的甲基化的功能目前尚不明確。因而，DNA甲基化修飾對調(diào)控機體基因表達具有重要的作用，進而對機體的組織發(fā)育過程產(chǎn)生影響。

5mC：5-甲基胞嘧啶 5-methylcytosine；MDB：甲基化CpG結(jié)合結(jié)構(gòu)域蛋白 methyl-CpG-binding domain protein。

圖1 DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄因子之間的相互作用關(guān)系

Fig.1 Interplay functions between DNA methylation and transcription-factors[16]

1.2 甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶

DNA甲基化與去甲基化在機體發(fā)育中是一個動態(tài)變化過程，具有一定的可塑性。在這個過程中，甲基化的形成、維持及甲基的移除，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferases,DNMT)和去甲基化酶——10-11易位酶(ten-eleven translocation enzymes,TET)家族發(fā)揮著重要的作用。

1.2.1 甲基轉(zhuǎn)移酶家族

DNMT的主要作用在于，通過催化反應(yīng)將S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)的甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶的5號碳原子上，從而形成5mC[20]。DNMT家族主要有DNMT1、DNMT3a、DNMT3b及DNMT3L。其中DNMT1主要在有絲分裂過程中發(fā)揮作用，也即維持復(fù)制過程中新合成鏈的DNA甲基化模式與模板鏈相同。DNMT3a和DNMT3b具有高度的同源性，主要功能為形成新的DNA甲基化，但其作用的發(fā)育階段又有其特異性。DNMT3b主要是胚胎早期發(fā)育形成新的DNA甲基化過程中發(fā)揮作用的酶，尤其是在著床過程中；DNMT3a主要在胚胎發(fā)育的后期及細胞分化過程中發(fā)揮作用[21]。另外，也有研究認為，DNMT3a和DNMT3b還承擔(dān)著在維持子代全基因組甲基化模式過程中阻礙DNMT1發(fā)揮作用的功能[22]。DNMT3L功能為輔助DNMT3a和DNMT3b形成新的甲基化，并促進其作用到核染色質(zhì)上[23]。由此可見，DNMT家族在形成DNA甲基化及維持甲基化狀態(tài)的過程中起著重要的調(diào)控作用。

1.2.2 去甲基化調(diào)控通路

DNA甲基化修飾在機體中可以通過去甲基化途徑進行消除。去甲基化過程中，TET家族(包括TET1、TET2和TET3 3種同型酶)具有重要的調(diào)控作用。在TET酶的作用下，首先將5mC羥化成5-羥甲基胞嘧啶(5-hydroxymethyl cytosine,5hmC)，進一步將5hmC氧化成5-甲酰胞嘧啶(5-formylcytosine,5fC)和5-羧基胞嘧啶(5-carboxylcytosine,5caC)[24-25]，進而消除5mC，但形成的5caC能否通過去羧基反應(yīng)生成胞嘧啶尚不明確。另外，TET催化反應(yīng)的中間產(chǎn)物5fC和5caC還可以在胸腺嘧啶DNA糖苷酶(thymine DNA glycosylase,TDG)的作用下，依據(jù)堿基切除修復(fù)機制清除[26]。Seisenberger等[27]進一步提出了機體甲基清除路徑的可能機制(圖2)，主要包括被動去甲基和主動去甲基2種方式，該路徑中尚有部分過程需要進一步的驗證，從而完善去甲基化通路。在機體中，DNA甲基化和去甲基化過程均有關(guān)鍵酶的參與進行調(diào)控，而其具體調(diào)控過程可能因發(fā)育的不同階段而產(chǎn)生差異，從而進行精準(zhǔn)地表觀遺傳修飾，維持機體的正常發(fā)育過程。而肌肉發(fā)生過程中，也存在著DNA甲基化和去甲基化的調(diào)控，肌肉發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)控基因也受到表觀修飾的影響。

C：胞嘧啶 cytosine；5mC：5-甲基胞嘧啶 5-methylcytosine；5hmC：5-羥甲基胞嘧啶 5-hydroxymethyl cytosine；5fC：5-甲酰胞嘧啶 5-formylcytosine；5caC：5-羧基胞嘧啶 5-carboxylcytosine；T：胸腺嘧啶 thymine；5hmU：5-羥甲基尿嘧啶 5-hydroxymethyluracil；TET：10-11易位酶 ten-eleven translocation enzymes；TDG：胸腺嘧啶DNA糖苷酶 thymine DNA glycosylase；MBD4：甲基化CpG結(jié)合結(jié)構(gòu)域蛋白4 methyl-CpG-binding domain protein 4；SMUG：單鏈選擇性單功能尿嘧啶DNA糖基化酶 single-strand-selective monofunctional uracil-DNA glycosylase; AID/APOBEC：活化誘導(dǎo)的胞苷脫氨酶/載脂蛋白B mRNA編輯酶 activation-induced cytidine deaminase/apolipoprotein B mRNA-editing enzyme；DNMT：DNA甲基轉(zhuǎn)移酶 DNA methyltransferases；BER：堿基切除修復(fù) base excision repair。

實線為通過酶活性主動去甲基路徑，虛線為DNA復(fù)制過程中缺乏甲基化狀態(tài)的維持形成的被動去甲基路徑。藍色路徑為去氨基作用，棕色為TET酶作用途徑。Full line mean actively processed by enzymatic activity, and dashed line mean DNA methylation can be lost passively owing to a lack of maintenance at DNA replication. Deamination pathways were shown by blue lines, and function of TET enzyme family were shown by brown lines.

圖2 DNA去甲基化路徑

Fig.2 DNA demethylation pathways[27]

2 肌肉發(fā)生過程及DNA甲基化調(diào)控

2.1 調(diào)控肌肉發(fā)育的基因網(wǎng)絡(luò)

骨骼肌起源于胚胎發(fā)育中胚層的祖細胞，該細胞群經(jīng)過增殖、分化、融合及成熟后形成骨骼肌纖維。在肌肉形成過程中細胞經(jīng)過胚胎祖細胞、衛(wèi)星干細胞、定向衛(wèi)星細胞、成肌細胞、肌細胞、肌小管/肌纖維階段。伴隨肌肉的形成，主要有2類調(diào)控因子參與：生肌調(diào)控因子(主要包括Myf5、MyoD、Myf6及MyoG)和存在于生肌調(diào)控因子上游的Pax3和Pax7。

Pax3和Pax7屬于保守序列的Pax家族，在調(diào)控組織分化和器官發(fā)育方面起著關(guān)鍵作用，且其表達不具有組織特異性。胚胎發(fā)育階段，Pax3參與胚胎期軸下軀干肌的形成及層離過程，同時成肌祖細胞遷移到其他生肌部分(如四肢)也需要Pax3參與[28]。而表達Pax3的遷移細胞會形成表達Myf5和MyoD的細胞，進一步促進肌肉的生成，并形成衛(wèi)星細胞池。形成胎肌時，Pax3表達量下調(diào)，Pax7成為調(diào)控所有成肌干細胞的主要因子。而在四肢中，起始時Pax7與Pax3均表達，通過基因追蹤試驗表明所有后期表達Pax7的細胞均起源于曾表達Pax3的細胞[29]，且Pax7也是維持成體干細胞群的重要因素。出生前，Pax7并非胎兒肌肉發(fā)育的必要條件，這可能是由于Pax3可以在一定程度上彌補Pax7的功能；出生后，Pax7卻是肌肉發(fā)育的必要條件，這可能是由于出生后Pax7和Pax3的功能發(fā)生分化，分別承擔(dān)著肌肉發(fā)生過程的不同調(diào)控功能。因而，Pax3和Pax7在肌肉發(fā)生過程中，相互依存，又彼此獨立，共同調(diào)控肌肉的發(fā)生。

Myf5、Myf6及MyoD是生肌的決定因子，也是肌肉生成的必要因子，而MyoG作為一種分化因子，可與Myf6、MyoD共同調(diào)控肌小管分化為成熟肌纖維的過程[30]。Myf5是肌肉發(fā)育過程中最先表達的肌肉生成調(diào)控因子，是胚胎期骨骼肌細胞決定和分化的重要因子；Myf6不僅在骨骼肌細胞決定過程發(fā)揮作用，而且還在肌管分化過程被激活，進而參與肌管分化。MyoD的表達則在軸上和軸下生皮肌節(jié)Myf5表達之后，其初始表達活性依賴于Myf5及Pax3，之后可以通過反饋調(diào)節(jié)機制激活自身表達活性[31]。MyoG的表達受MyoD和Myf5的調(diào)控，且在分化過程中，MyoG和MyoD共同激活終端分化基因。隨著成肌分化進行，編碼承擔(dān)結(jié)構(gòu)和酶功能的肌肉蛋白如：α-肌動蛋白、肌鈣蛋白、原肌球蛋白及肌酸激酶等的基因，其起始活性均被MyoG激活。故而生肌決定因子和分化因子共同促進成肌過程，且依靠不同的表達順序和相互作用，精細的調(diào)控肌肉發(fā)生過程。

2.2 肌肉發(fā)生過程中的DNA甲基化與去甲基化

在肌肉發(fā)生過程中，對應(yīng)的基因甲基化狀態(tài)是一個動態(tài)的且復(fù)雜的變化過程。隨著細胞分化程度的增加，整體的甲基化狀態(tài)上升，然而細胞基因表達具有特異性，不同細胞在某些特殊位點的甲基化程度卻在下降。這可能是由于整體基因甲基化程度的增加是為了降低細胞的多能性，而不同類型細胞基因表達隨著機體發(fā)育具有特異性，特異位點的甲基化含量下降從而保證特異基因的正常表達。

2.2.1 DNA甲基化

不同的組織或細胞DNA甲基化模式有特異性，通過比較肌肉組織與它們之間的甲基化模式有助于研究人員發(fā)現(xiàn)DNA甲基化調(diào)控肌肉發(fā)育的過程。通過比較骨骼肌與血細胞、精子、腦組織及脾臟細胞的甲基化模式，發(fā)現(xiàn)骨骼肌有178個特異的高甲基化的位點[32]。之后，Calvanese等[33]鑒定出47個在骨骼肌中顯著低甲基化的基因，其中部分基因編碼收縮蛋白如遮蔽蛋白、肌收縮蛋白、慢收縮阻凝蛋白等。由此可知，不同組織表現(xiàn)出不同的甲基化模式，從而適應(yīng)其獨特的結(jié)構(gòu)和功能。Tsumagari等[34]通過比較肌肉細胞和30種非肌肉組織的甲基化模式，發(fā)現(xiàn)94%的差異甲基化位點在肌肉中均表現(xiàn)出低甲基化，且47%的低甲基化位點同樣在成肌細胞或肌管細胞發(fā)現(xiàn)，而在成肌祖細胞中高甲基化的差異位點僅有3%。這說明肌肉的甲基化模式具有特異性，且不同階段的生肌細胞其甲基化模式是動態(tài)變化的，從而調(diào)控不同階段的基因表達，保證肌肉發(fā)育的正常進行。同時該研究也表明肌肉組織新形成的甲基化主要發(fā)生在成肌細胞前階段，去甲基化過程發(fā)生在形成肌管細胞前后階段，通過這種方式調(diào)控轉(zhuǎn)錄過程，且去甲基化過程中TET1和TET2在活化去甲基化過程及形成穩(wěn)定的5hmC產(chǎn)物過程發(fā)揮重要作用。Tsumagari等[34]報道還指出Pax3基因無論在肌源性細胞還是成熟骨骼肌中均保持高甲基化水平，這可能影響肌肉發(fā)生過程中的細胞遷移。然而，Miyata等[35]在研究肌肉發(fā)生過程中甲基化狀態(tài)時發(fā)現(xiàn)，從成肌細胞到肌管細胞階段基因組的甲基化水平有少量的改變，但卻表現(xiàn)出顯著性的上升；而且進一步分析發(fā)現(xiàn)這些顯著高甲基化位點啟動子區(qū)域基因(轉(zhuǎn)錄因子ID4和ZNF238)與肌肉收縮及其他肌肉發(fā)生過程相關(guān)。該結(jié)果與之前報道有所不同，可能是由于其使用的是Illumina公司的450K DNA甲基化微珠芯片，在測定的結(jié)果中未區(qū)分5mC和5hmC。通過這些研究發(fā)現(xiàn)，在肌肉發(fā)生過程中，處于不同分化階段肌細胞其DNA甲基化具有特異性，這是一個動態(tài)變化的過程，同一階段的DNA甲基化模式也不盡相同，仍需進一步的驗證。此外，隨著生肌過程的進行，特異位點發(fā)生DNA去甲基化從而保障該過程對應(yīng)基因的正常表達，這方面的研究也吸引了越來越多學(xué)者的興趣。關(guān)于DNA甲基化修飾產(chǎn)生的階段，大多數(shù)學(xué)者均認為甲基化修飾變化更多發(fā)生在細胞命運決定階段前，而在細胞發(fā)育成熟后僅有少量的修飾發(fā)生，但成熟后受外界環(huán)境因素刺激的影響目前鮮見報道。

2.2.2 DNA去甲基化

在肌肉發(fā)生過程中，不同分化階段有不同的生肌調(diào)控因子參與，而這些因子的表達均與其DNA甲基化狀態(tài)相關(guān)。研究表明，生肌調(diào)控因子Myf5/Myf6的110 kb的增強子區(qū)域有大量的增強子元件，Carrió等[36]通過比較胚胎干細胞、骨骼肌干細胞、成肌細胞及肌管細胞該區(qū)域發(fā)現(xiàn)，胚胎干細胞該區(qū)域均表現(xiàn)出高甲基化，而骨骼肌干細胞、成肌細胞及肌管細胞均表現(xiàn)出低甲基化，且這種低甲基化增加了Myf5基因表達量，同時也證實了DNA甲基化程度在細胞分化階段調(diào)控Myf5增強子具有特異性，主要調(diào)控肌肉發(fā)生過程。MyoD是肌肉發(fā)生過程中的關(guān)鍵基因，其功能的發(fā)揮也與其甲基化狀態(tài)相關(guān)。Brunk等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在MyoD遠端增強子區(qū)域所有的肌源性細胞均未甲基化，而在非肌肉細胞和組織(肝臟、心臟、腦等)中平均甲基化水平高達50%；研究還指出，MyoD遠端增強子的甲基化雖然并不會直接阻止胚胎MyoD的活性，但保持去甲基化狀態(tài)可能是為了產(chǎn)生特異的發(fā)育信號需要，從而使增強子對進一步的傳導(dǎo)信號產(chǎn)生反應(yīng)，從而激活MyoD基因。MyoG的活性也與甲基化狀態(tài)密切相關(guān)。Lucarelli等[37]研究表明，MyoG在分化階段肌細胞中的表達依賴于低甲基化狀態(tài)，但在非肌肉組織(如脾臟、腦)以及增殖期的肌管細胞中均處于甲基化狀態(tài)；而增殖期的肌管細胞使用甲基化抑制劑處理后，MyoG的表達則因甲基化水平降低而會增加。MyoG啟動子區(qū)域需要在去甲基化狀態(tài)下才能與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，而在甲基化狀態(tài)時MBD則與啟動子區(qū)域結(jié)合阻止其正常轉(zhuǎn)錄[38]。近年來，也有研究發(fā)現(xiàn)在肌源性細胞的非CpG區(qū)域也存在甲基化現(xiàn)象，同樣也存在去甲基化現(xiàn)象，但是關(guān)于該區(qū)域的甲基化狀態(tài)對肌肉發(fā)生過程的調(diào)控尚不明確，有待進一步探討。

2.2.3 DNMT和TET在肌肉發(fā)生過程中作用

肌肉發(fā)生過程中，DNMT和TET的活性對理解甲基化和去甲基化過程也有重要作用，同時也是保證機體正常發(fā)育的重要條件。DNMT和TET在由于其功能的特異性，在機體發(fā)育過程中也表現(xiàn)出不同的表達特性。DNMT1在肌源性細胞分化過程中，其表達水平下調(diào)，這也與其功能相對應(yīng)。通過基因敲除試驗證實，DNMT家族也是機體正常發(fā)育必須的，敲除DNMT1的胚胎甲基化水平下降約70%，且胚胎不能正常發(fā)育[39]；胚胎期敲除DNMT3a的小鼠存活期僅為4周，而敲除DNMT3b的小鼠則不能存活[40]，這就表明DNA甲基化是發(fā)育必須的。Dawlaty等[41]通過敲除TET家族對應(yīng)基因，發(fā)現(xiàn)整體的5mC水平增加，也即甲基化水平程度增加；進一步分析高甲基化的啟動子與相應(yīng)下調(diào)的表達基因，表明表達下調(diào)的基因主要參與胚胎發(fā)育和分化，并顯著的富集于骨骼肌發(fā)育通路。由此可見，DNMT和TET可以通過影響甲基化和去甲基化狀態(tài)，調(diào)控基因表達，進而影響正常的發(fā)育過程，生肌過程也離不開二者的共同參與。

3 營養(yǎng)物質(zhì)對肌肉DNA甲基化的影響

組織或細胞的發(fā)育離不開營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)，因而營養(yǎng)物質(zhì)對發(fā)育過程具有重要的調(diào)控作用。近年來，關(guān)于營養(yǎng)物質(zhì)通過表觀遺傳修飾調(diào)控機體發(fā)育的研究逐漸增多，尤其是在胚胎發(fā)育及斷奶前這一階段，如母體蛋白水平、高脂飼糧、妊娠期營養(yǎng)不平衡、過度采食等均會通過影響DNA甲基化水平造成子代發(fā)育不正常，并易患如糖尿病、肥胖癥、高血壓等疾病[42]。但是關(guān)于營養(yǎng)物質(zhì)對肌肉發(fā)生過程中的DNA甲基化修飾的研究相對較少。在DNA甲基化過程中，甲基供體可由葉酸、蛋氨酸、膽堿、甜菜堿等營養(yǎng)物質(zhì)作為前提物質(zhì)提供，進而參與DNA甲基化水平調(diào)控；該過程還需要ATP的參與，營養(yǎng)物質(zhì)在代謝過程中會產(chǎn)生ATP，也有可能影響甲基化過程。在去甲基化過程中，TET在參與去甲基化過程中需要三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物α-酮戊二酸參與。因而營養(yǎng)物質(zhì)可能通過改變細胞代謝途徑進而影響DNA甲基化過程。研究表明，在妊娠期蛋白限飼，可能會通過DNA甲基化修飾影響子代肌肉的氧化磷酸化，并造成肌肉功能紊亂[43]。在人類的健康研究中指出，短期大量攝入脂肪，肌肉的DNMT3a和DNMT1的表達量卻顯著升高，DNA甲基化模式也有較大的改變，且這種改變的可塑性較差[44]。這表明成熟的肌細胞其甲基化狀態(tài)受營養(yǎng)調(diào)控的影響較大，并且這種影響具有較長的持續(xù)性。Oster等[45]研究表明給妊娠期豬添加甲基供體如蛋氨酸、葉酸、膽堿、維生素B6等，能夠調(diào)控子代肌肉胰島素樣生長因子途徑，提高子代初生重，同時也證實了子代的這種改變在肌肉中受飼糧刺激的可塑性較差，可以長時間的作用于子代發(fā)育。肌肉發(fā)育作為機體發(fā)育的一個重要組成部分，受營養(yǎng)物質(zhì)的影響較大，而目前關(guān)于營養(yǎng)物質(zhì)通過DNA甲基化途徑對肌肉發(fā)育造成的影響尚存在眾多未知，這方面的研究將有助于深入探究營養(yǎng)對肌肉發(fā)育的影響，從而更好地調(diào)控肌肉發(fā)育。

4 小 結(jié)

肌肉發(fā)育過程中，DNA甲基化具有重要的調(diào)控作用。在甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶的催化下，不同生肌階段細胞特異位點通過合理水平的DNA甲基化修飾，可以保證該過程重要基因表達的時間和空間的特異性，維持正常的生肌過程。但由于肌肉發(fā)育中的DNA甲基化水平是一個復(fù)雜的動態(tài)過程，目前研究尚不完善，如生肌細胞分化過程中刺激產(chǎn)生甲基化和去甲基化的因子或信號，非CpG位點的甲基化對肌肉發(fā)育調(diào)控的作用，營養(yǎng)物質(zhì)通過DNA甲基化調(diào)控肌肉發(fā)育等，均有待深入研究。而探究肌肉發(fā)育過程的表觀修飾，有助于進一步精確的掌握肌肉發(fā)育的調(diào)控機制，對動物健康生長發(fā)育及提高產(chǎn)肉量等也有促進作用。

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*Corresponding author, professor, E-mail: luohailing@cau.edu.cn

(責(zé)任編輯 田艷明)

Advances on Regulation of DNA Methylation and Demethylation on Muscle Development

WANG Bo LUO Hailing*

(StateKeyLaboratoryofAnimalNutrition,CollegeofAnimalScienceandTechnology,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China)

Muscle development is a complicated biology process, which has remained largely unclear about its regulatory mechanism. The regulatory function in terms of epigenetic modifications on muscle development have turned into hot topic, and it was proved that DNA methylation and demethylation played a critical modulation role during myogenesis. Muscle stem cell specific-region modified by DNA methylation to regulate the myogenic process involves in affecting the key regulatory genes expression during muscle early development. This paper focused on the dynamic process of DNA methylation and demethylation during different stages of myogenesis, important methyltransferases and demethylases, effects of nutrition on muscle development by DNA methylation.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2017, 29(8)：2622-2629]

DNA methylation; demethylation; myogenesis; enzymes; nutrient

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.08.002

2017-01-17

國家肉羊產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-39)

王 波(1989—)，男，河南新縣人，博士研究生，從事動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)研究。E-mail: wangboforehead@163.com

*通信作者:羅海玲，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail: luohailing@cau.edu.cn

S811

A

1006-267X(2017)08-2622-08