海洛因成瘾的表观基因组学研究

Heroin addiction is caused by both environmental and genetic factors. In this proposal, we will examine whether environmental factors influence the risk of heroin addiction through epigenetic modification. We plan to perform epigenomic comparison between 12 heroin addicts and 12 healthy individuals. The goal of our study is to detect differentially methylated loci among over 480,000 CpG sites by the Infinium HumanMethylation450 BeadChip platform, and to reveal the loci occupied with different histone modification marks using the chromatin immunoprecipitation coupled next generation sequencing (ChIP-seq) method. The most differentially methylated loci associated with the risk of heroin addiction will be confirmed between 100 heroin addicts and 100 healthy individuals. The most differential loci of histone marks will be validated using ChIP coupled quantitative PCR approach. For the verified loci, we will furhter carry out functional analysis to explore the molecular mechanisms by which they regulate the neighboring genes. In addition, for the genome-wide epigenetic data, we will build up a gene-gene interactive network in which bottleneck and hub genes may help to clarify the molecular mechanisms of heroin addiction, and may provide targets for both the alleviation of heroin addiction and medical intervention.

海洛因成瘾是环境和遗传因素共同作用的结果。本研究将探讨环境因素是否通过表观遗传修饰来改变海洛因成瘾的发病风险。申请人拟通过对12个海洛因成瘾者及12个健康人进行表观基因组学研究，包括用甲基化组芯片检测48万个位点的甲基化修饰程度，以及采用染色质共沉淀联合高通量测序法，检测组蛋白修饰结合位点。通过病例对照组比较，得到海洛因成瘾相关的表观修饰位点，并随后在100个海洛因成瘾者及100个健康人中进行验证DNA甲基化修饰位点的关联性，以及利用染色质共沉淀联合定量PCR方法，验证组蛋白修饰的结合位点的准确性。对验证的位点，将继续开展对其附近基因的表达调控研究。最后，对产生的表观基因组学数据，我们利用数据挖掘及整合分析，建立基于表观遗传修饰的基因相互作用网络。本研究验证的功能修饰位点、以及网络中的瓶颈、核心基因，将有助于阐明海洛因成瘾的分子机制，并为海洛因成瘾的缓解及治疗提供潜在的药物干预靶点。

海洛因成瘾已成为中国日益严重的社会问题，海洛因成瘾本质是中枢神经系统的适应性或可塑性发生了逆转或不可逆转的改变，是一种慢性脑部疾病。成瘾过程中药物奖赏和复吸相关脑区发生了长期适应性改变，如神经和突触可塑性改变，而这些改变则被认为是基因表达改变引起，且由药物引发、受基因改变调控的。表型及环境因素的相互作用显示表观遗传机制在毒品急性反应及成瘾过程中发挥重要作用。DNA甲基化以及组蛋白修饰属于表观遗传修饰的形式，研究表明重复暴露于特定毒品环境中将促使机体关键部位的组蛋白修饰以及DNA甲基化水平发生改变。.　　因此我们开展了临床成瘾病例甲基化研究，并结合大鼠成瘾模型开展海洛因成瘾相关组蛋白修饰的研究。此外对其他精神类疾病如精神分裂症，阿尔海默症，帕金森症开展单核苷酸多态性、甲基化以及荟萃分析的研究。我们发现成瘾患者中外脑源性神经营养因子（BDNF）CpG岛第5个CpG位点的甲基化显著低于正常对照患者，且改位点甲基化与成瘾表型如焦虑、愤怒、敌意、疲劳及抑郁等显著相关。此外我们发现相对于对照组DRD4基因CpG1及CpG4显著高甲基化，CpG5甲基化与抑郁表型显著相关，海洛因成瘾患者中CpG1甲基化与毒品使用频率显著相关。荧光素酶报告基因检测显示DRD4启动子目标序列的甲基化能上调基因的表达。同样相比正常对照者成瘾患者中OPRK1基因显著高甲基化，而且OPRK1基因甲基化与男性海洛因成瘾患者的成瘾时间与频率显著相关。关于组蛋白修饰的研究我们发现VTA 区域 BRG1基因的 H4K5 乙酰化修饰在自身给药组以及被动给药组之间存在差异，说明BRG1基因的 H4K5 乙酰化修饰与海洛因的自身给药相关，但是与成瘾没有关联。.表观遗传修饰是是一项可逆转的修饰方式，通过筛选甲基化标志物及组蛋白修饰物，可以有望用于成瘾的筛查，成瘾程度的判断甚至是成瘾治疗的靶向标志物，具有很大的应用前景。