患有肌营养不良症的人会感觉就像承受着随着时间的推移而逐渐变重的重量。

面肩肱肌营养不良症（FSHD）是一种罕见的疾病，每100,000人中约有8人受到影响。这是一种遗传性肌肉疾病，其特征是骨骼肌进行性无力和丧失，尤其是在面部、肩部和上臂。它从细微的迹象开始，例如难以吹口哨或扔球，但肌肉无力的缓慢进展最终会使日常活动变得更加困难甚至不可能。

科学家们已经确定了导致FSHD的遗传变异，该变异位于4号染色体的特定区域。这种疾病可以通过两种机制引起，这两种机制都与该区域DUX4基因的异常表达有关，该基因通常仅在胚胎细胞中表达。

FSHD中DUX4致病性激活的两种机制。由BioRender.com创建。

不幸的是，FSHD疾病目前尚无任何治疗方法，主要是因为这种疾病带来了独特的挑战：1） 靶向大面积DNA或沉默肌肉细胞中的DUX4基因尚未实现; 2） 在临床试验中没有确定的跟踪疾病进展的生物标志物; 3）这种疾病会对肌肉造成进行性和不可逆的损伤，一旦肌肉萎缩，肌肉就不容易再生。

Martin Hirst博士（Michael Smith实验室微生物学和免疫学系）和他的研究团队认为，为了应对这种疾病，研究人员需要更好地了解由DUX4异常活动引起的肌肉细胞发生的基本变化。

“表观遗传学研究可以帮助确定新的治疗靶点，并有助于针对这种疾病的表观遗传药物的开发，”Lee博士指出。

其中两名团队成员Joon Lee博士和Qi（Rachelle）Cao博士参与了一项研究，以使用先进的表观遗传技术破译DUX4对肌肉细胞的影响。他们的这项研究项目由加拿大SOLVE FSHD提供资金支持，这是一个由加拿大商人和慈善家Chip Wilson先生创立的风险投资慈善组织，他本人也受到了这种疾病的影响。

您的研究团队如何研究FSHD中的表观遗传调控？

为了能够直接比较正常和患病的肌肉组织，Hirst实验室与伦敦国王学院的 Zammit实验室合作。Zammit实验室从正常和异常肌肉、受影响和未受影响的患者中收集肌肉细胞，并将这些细胞运送到Hirst实验室。然后将样本处理并制成各种表观基因组文库，由Rachelle Cao博士进行高通量DNA测序。

表观遗传文库构建的样品制备涉及几个关键的、具有挑战性的步骤。细胞具有渗透性，DNA被消化成小片段，组蛋白使用抗体富集，DNA被纯化和扩增。在这些过程中，保持表观基因组的完整结构至关重要。

Cao博士以她的“神奇之手”而闻名，在从各种组织类型创建各种类型的表观遗传文库方面拥有丰富的经验。在实验过程中，她观察到肌肉细胞的某些特征，例如它们的不规则形状和多核结构，可能会使它们在文库制备的某些阶段变得困难。

“当附着的细胞分离和悬浮时，它们的膜会破裂并变得更易渗透，”Rachelle Cao博士解释说。

Cao博士定制了制备样品的初始步骤，在低温缓冲溶液中快速解冻冷冻干细胞沉淀，然后非常温和地悬浮细胞，以尽量减少对表观基因组的任何潜在损伤。经过这些修改后，实验室获得了受影响肌肉样本的显著改进的表观基因组文库。

这项研究目前为止发现了什么？

Lee博士领导了对这些实验产生的数据的分析，其中包括有关肌肉细胞中各种表观遗传特征的信息。

由于DUX4是导致肌肉细胞退化的原因，因此他首先研究了DUX4表达是否会影响肌肉细胞中基因的活性。他的发现表明，当DUX4存在时，许多基因的活性会发生变化。此外，他发现这些变化取决于DUX4表达的数量和持续时间。DUX4的高急性表达（例如在实验室中诱导的表达）与在患者中观察到的慢性低水平表达之间的效果明显不同。

“在不同环境中研究DUX4表达以了解疾病的进展是非常独特的，”Lee博士说。“我们的发现表明，表观遗传变化可能会随着时间的推移而积累，这与FSHD中肌肉退化的进行性性质一致。”

为了探索什么调节与DUX4表达相关的独特基因活动，Lee博士对表观遗传修饰的模式进行了详细分析，每种修饰在控制基因表达中都发挥着特定的作用。通过比较有和没有DUX4蛋白的细胞，他确定了基因组中只有在有毒的DUX4蛋白存在下才会被表观遗传修饰激活的特定位置。

此外，预计这些位置受指导细胞功能的其他蛋白质的调节，包括参与肌肉细胞分化的生肌调节因子。然而，这些调节机制的确切职能仍在研究中。

DUX4对基因表达表观遗传调控的影响。使用BioRender.com创建。

更好地了解FSHD的表观遗传机制为开发FSHD的有效治疗方法提供了一条有希望的途径。Hirst实验室的研究可能会在未来带来更好的诊断和疗法，针对 FSHD的根本原因，这有可能减缓或阻止肌肉无力并改善患者的生活质量。

原文作者：Fangwu Wang，来自Michael Smith Laboratories 的Hirst实验室

表观遗传学（英文：Epigenetics ）研究非DNA序列变化情况下，相关性状的遗传信息通过DNA甲基化、染色质构象改变等途径保存并传递给子代的机制的学科。

表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达的可遗传的变化的一门遗传学分支学科。

表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation），基因组印记（genomic imprinting），母体效应（maternal effects），基因沉默（gene silencing），核仁显性，休眠转座子激活和RNA编辑（RNA editing）等。

FSHD是由D4Z4区甲基化缺失引起的，导致4号染色体上 DUX4基因的异常表达，通常仅在胚胎发生过程中表达。DUX4在肌肉中的异常表达是有毒的，最终导致肌肉细胞死亡和组织变性。

表观遗传编辑疗法应用：可以靶向重新甲基化D4Z4区域并抑制DUX4表达，以防止进一步的肌肉细胞死亡。

表观遗传本质上是产生复杂生物的重要基础。例如人体使用同样一套基因组，但是会产生差异巨大的各种不同类型细胞，不同细胞组织形状不同的器官。这背后最重要的就是表观遗传学调节。如果掌握了这种调节机制，就掌握了修改和调节细胞功能的钥匙。也就掌握了治疗某些疾病的重要工具。基因编辑疗法治疗基因相关疾病已经获得临床批准。但改变基因不仅复杂而且有一定风险。如果通过基因调控进行更精确的微调，将是调节基因治疗的一种思路。特别是在FSHD疾病中，相比较于基因编辑和反义疗法。表观遗传编辑以控制基因表达的疗法可能会是更好的疗法策略。该方法可以在不永久改变DNA的情况下提高或降低基因表达。美国Epicrispr公司目前就在研发表观遗传编辑疗法来进行FSHD疾病药物研发。

可查看往期文章：最新资讯 | FDA授予EPI-321孤儿药资格认定，EPI-321是美国Epic公司治疗面肩肱型肌营养不良症的新型候选基因药物

本篇文章中Hirst实验室对于FSHD的表观遗传机制研究项目，得益于加拿大SOLVE FSHD风险投资组织提供的资金支持，这个医学研究资助的模式已在国外非常成熟，但是基金会或者相关疾病组织提供资金给到大学实验室或者研究团队的模型在国内并不广泛，而且鲜有人采取这个路径模式去支持创新医学研究，这当然其中固有多种因素导致这个局面，这需要多方参与并共建才能促成这个资助模式并搭建合作平台，但是要意识到的是该模式非常值得借鉴和学习，这也许是新药研发目前“破局”的关键利器。

面肩肱型肌营养不良症{FSHD}是一种进行性神经肌肉疾病，是一种继杜氏肌营养不良症{DMD/BMD}和强直性肌营养不良症{DM}后的第三大神经肌肉系统疾病，其发病率约为1/20,000。据估计，全世界有超过87万人患有FSHD疾病。FSHD为常染色体显性遗传，但大约20%~30%患者为新生突变，没有遗传史。根据分子遗传突变特征可以分为：FSHD1型和FSHD2型。FSHD1型约占95%。肌肉力量的逐渐丧失对患者日常生活和人生产生巨大影响。FSHD患者意味着生活在痛苦、疲劳和社会孤立中。最重要的是，由于疾病的进程无法预测，因此患者的未来变得不确定。约有20％的FSHD患者最终需要使用轮椅。目前，FSHD没有治疗或延缓疾病进展的药物。第二批《罕见病目录》中编号为25.面肩肱型肌营养不良症{FSHD}。

关于你并不孤单FSHD患者关爱组织

你并不孤单FSHD患者关爱组织{FSHD-China Patient Advocacy and Support Organization}，由FSHD患者、FSHD患者家庭、FSHD医生专家组成，于2017年组建成立。FSHD-China致力于服务患者，科普FSHD疾病知识，开展疾病宣传活动，提高社会对于FSHD的疾病意识，定期举办中国FSHD医学研讨会和病友交流会，推进医学研究进程和促进国际交流与合作。

官方网站：www.fshd-china.org

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