DNA 甲基化
DNA 甲基化（DNA Methylation）是表观遗传学中最核心的化学修饰方式之一。它是在 DNA 甲基转移酶（DNMTs）的催化下，将甲基（-CH3）共价结合在 DNA 分子的胞嘧啶（C）残基 5 号碳原子上，形成 5-甲基胞嘧啶（5mC）。在脊椎动物中，这种修饰主要发生于 CpG 位点。DNA 甲基化通常与基因沉默相关，在维持染色质稳定性、X 染色体失活及基因组印迹中起决定性作用。在免疫学领域，异常的甲基化沉积是形成 表观遗传学疤痕 的生化基础，导致 T 细胞在 慢性病毒感染 或肿瘤微环境中发生不可逆的 T 细胞耗竭。
分子生化机制：DNMTs 的分工
DNA 甲基化的建立与维持是一个动态且精密的过程，依赖于不同类型的甲基转移酶：
- 从头甲基化 (De novo Methylation)： 由 DNMT3A 和 DNMT3B 介导。它们负责在发育过程中或受到外界刺激（如慢性抗原暴露）时，为先前未甲基化的 DNA 链添加新的甲基。在 T 细胞耗竭过程中，DNMT3A 驱动了效应基因启动子的甲基化锁定。
- 维持甲基化 (Maintenance Methylation)： 由 DNMT1 介导。在细胞分裂 DNA 复制时，它能精准识别半甲基化的 DNA 链，并将甲基修饰拷贝至新合成的链上，确保表观遗传特征在细胞代际间稳定遗传。
- CpG 岛 (CpG Islands)： 基因启动子区常富集 CpG 对。当这些区域被高度甲基化时，会阻止转录因子结合或募集 MBD 蛋白导致染色质闭合，从而关闭基因表达。
甲基化异常状态对比表
| 特征项目 | 高甲基化 (Hypermethylation) | 低甲基化 (Hypomethylation) |
|---|---|---|
| 对转录影响 | 基因沉默/失活。 | 基因持续表达/激活。 |
| 典型病理场景 | 抑癌基因失活、T 细胞耗竭记忆。 | 原癌基因激活、基因组不稳定。 |
| 表观遗传后果 | 形成持久的“疤痕”，限制功能恢复。 | 转座子跳跃，可能引发突变。 |
临床与研究：从耐药到干预
DNA 甲基化是当前精准医疗及细胞工程领域的核心攻坚靶点：
- 破解 T 细胞耗竭： 在肿瘤微环境中，TOX 协同 DNMT3A 在杀伤性 T 细胞的效应基因区留下甲基化印记。通过敲除 DNMT3A 或使用去甲基化药物，可以防止 T 细胞产生“疤痕”，维持 CAR-T 持续性。
- 去甲基化疗法： 阿扎胞苷（Azacitidine）是 MDS 和 AML 的标准治疗药。它作为 DNMT 抑制剂，能诱导肿瘤抑癌基因重新开启，恢复细胞的正常分化潜能。
- 细胞身份与重编程： 在 iPSC 诱导或 白血病干细胞（LSCs）研究中，甲基化模式被用作鉴定细胞起源及分化层次的“分子指纹”。
参考文献与学术点评
[1] Bird A. (2002). DNA methylation patterns and epigenetic memory. Genes & Development.
[学术点评]：该文献系统论述了甲基化作为生物学“记忆”的载体，是理解表观遗传学稳定性的奠基性著作。
[2] Bestor T H. (2000). The DNA methyltransferases of mammals. Human Molecular Genetics.
[学术点评]：详细解析了 DNMT 家族成员的催化机制与功能分工，为后来去甲基化药物的研发提供了分子靶标。
[3] Youngblood B, et al. (2017). Effector CD8 T cells dedifferentiate into long-lived memory cells that are epigenetically distinct. Nature.
[学术点评]：该研究证明了 DNA 甲基化图谱是区分效应 T 细胞与耗竭 T 细胞的核心界标。