叶酸与DNA甲基化

的表观遗传机制之一的 DNA甲基化在营养表观遗传学及机体的生命活动中发挥着重要作用。
营养素叶酸以提供甲基基团的角色参与了一碳单位的转移和利用、 合 DNA 成及其甲基化过程，
在维持基因组稳定性及机体健康状况方面起关键作用。 本文旨在就叶酸生理功能及其与 DNA
甲基化之间的关系作简单概述。
关键词： 营养表观遗传学；DNA甲基化；叶酸
动物营养学报 2013，25（5）：951-958
ChineseJournalofAnimalNutrition
doi：10.3969/j.issn.1006-267x.2013.04.009
叶酸与 DNA甲基化
支丽慧 李世召 杨小军* 姚军虎*
（西北农林科技大学动物科技学院，杨凌 712100）
wenku.baidu.com
摘 要： 营养表观遗传学作为表观遗传学的分支，是近年来研究很热门的一个学科。 作为重要
中形成最初的甲基化形式，从而参与了 甲 DNA 基
化的从头合成 。 [16 -17] 而 由于缺 Dnmt3L 乏甲基转
移酶活性，其作用可能主要是协助 和 Dnmt3A Dn-
作用的发挥 mt3B
。 [18]
是 CMT 目前仅在植物中发
现的 一 类 甲 基 转 移 酶， 包 括 CMT1、 CMT2 和
CMT3 3 种，主要负责 三 CpNpG 核苷酸中胞嘧啶
的甲基化过程[11] 。
3叶酸
3.1 叶酸来源及性质 叶酸是一种水溶性的 B族维生素，为黄色或
下使基因组的功能发生变化，从而对生命活动起
重要作用；常见的甲基化形式包括 5 -甲基胞嘧
啶、N4 -甲基 -腺嘌呤和 N6 -甲基 -腺嘌呤 3
种[6] 。 DNA甲 基 化 即 DNA 甲 基 转 移 酶 （ DNA
将 腺 苷 甲 硫 氨 酸 methyltransferase，Dnmt） S-
（ S-
通讯作者 杨小军 副教授 硕士生导师 姚军虎 教授 博士生导师 *
：
，
，
，E-mail： yangxj@nwsuaf.edu.cn；
，，
，E-mail： yaojunhu2004@sohu.com
952
动物营养学报
卷 25
2 DNA甲基转移酶
甲基化由甲基转移酶所催化，后者可催化从
SAM转运 1 个甲基基团到未甲基化或半甲基化的
位 CpG 置，而半甲基化的 主 CpG 要负责 DNA复
制后甲基的维持[10]。 迄今为止已经发现有 4 种
甲 DNA 基 转 移 酶 类： DNA甲 基 转 移 酶 1 （ DNA
及染色 methyltransferase-1，Dnmt1） 、Dnmt2、Dnmt3
质甲基 化 酶 （ chromomethylase， CMT） [11] 。 Dnmt1
是存在于真核生物的甲基转移酶，其与 复 DNA 制
相关并在 DNA复制过程中合成，主要作用负责新
合成 DNA链的甲基化，因此是一种维持甲基转移
酶 但 也 有 报 （ maintenancemethyltransferase） [12] 。
道指出，在 Dnmt1 不存在的情况下，CpG岛的甲基
化仍能维持，从而说明 Dnmt1 不是维持甲基化的
表达。 而发生肿瘤时，抑癌基因处于高甲基化状
态，会导致抑癌基因沉默、致癌基因表达[8 -9]。
收稿日期：2012 -11 -15
基金项目：国家自然基金项目（ 31272464 ，31001017 ） ；陕西省科技新星基金（ 2012 KJXX-18 ）
作者简介：支丽慧（1987—），女，山西运城人，硕士研究生，研究方向为免疫营养与调控。 E-mail： zhilihui0308@126.com
唯一因素 。 [13 -14] Dnmt2 可能对表观遗传控制下
着丝粒的功能发挥作用，也具有弱的胞嘧啶甲基
转移酶 的 活 性， 但 具 体 功 能 仍 在 研 究 过 程 中[15] 。
Dnmt3 中的 Dnmt3A、 被 Dnmt3B 称为重新甲基转
移酶 在胚胎发生过程 （ denovo methyltransferase） ，
提 供 的 甲 基 基 团 转 移 到 adenosylmethionine，SAM）
DNA分子特定碱基上的过程；在真核生物中，胞嘧
啶可发生甲基化，在原核生物中，胞嘧啶和腺嘌呤
均可发生甲基化[7]。 在哺乳动物基因组中，CpG
二核苷酸聚集的区域称为 CpG岛，当其处于非甲
基化状态时，基因正常表达，反之，会使基因异常
异，从而表现出基因的不同表达和对疾病的不同 易感性[4] 。 同时， 等 Shames [5] 的研究也说明，在胚 胎时期建立的表观遗传形式可以通过成年后的环 境和营养等因素变化而发生改变。
1 DNA甲基化
DNA甲基化是一种重要的表观遗传机制，不
仅提供了基因表达的开关，而且使稳定的表型得
以维持，能够在不改变核酸分子一级结构的情况
中图分类号：S811
文献标识码：A
文 章 编 号 ：1006 -267 X（ 2013 ） 05 -0951 -08
表观遗传学即不改变 序 DNA 列就能够调节 基因的表达并具有遗传性的一种机制，包括 DNA 甲基化 干扰和组蛋白修 （DNAmethylation）、RNA 饰等现象[1]。 众多的研究表明，早期胚胎发育过 程中，母体所处的营养与环境会影响后代的表型 以及出生后发生疾病的风险等，这种通过食物或 营养素所引起的表观遗传的变化即称为营养表观 遗传学。 最近的研究表明，蜜蜂是发育成蜂王还 是工蜂取决于它们食入的是蜂王浆还是一般的蜜 蜂食料，尽管它们在幼虫时具有相同的遗传物质， 但是 食 入 蜂 王 浆 的 蜜 蜂 明 显 不 同 于 一 般 的 工 蜂[2]。 这是因为食入蜂蜜的类型不同导致了 DNA 甲基化方式的变化，最终产生不同的表型，说明在 相同的遗传背景下，食物与表观遗传变化有着密 切的关联。 另一个典型的反映营养 -表观遗传关 系的范例是刺鼠的模型，即母体食入含有甲基供 体的食物会影响后代的毛色，同时可以改变动物 对一些长期疾病，如肥胖和癌症等的易感性[3]。 在人类中反映营养 -表观遗传关系的例子是同卵 双胞胎，他们在早期生活中具有相同的基因型，因 而不存在表型方面的差异，但是后期却在基因组 DNA甲基化和组蛋白修饰形式上出现了很大的差