DNA甲基化是DNA修饰的一种，广泛存在于动植物基因组中，不同组织中基因组甲基化水平及模式具有特异性，甲基化修饰会影响基因的表达。通常，转录起始位点附近的低甲基化水平与较高的转录水平有关，而调节区域内高水平胞嘧啶修饰的基因则出现较低转录水平。因而，完整和准确的甲基化图谱分析在癌症等疾病研究、胚胎发育等研究领域中极其重要。而DNA甲基化图谱检测中，尤以5-甲基胞嘧啶（5mC）和5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）检测分析至关重要。

就在2019年7月，复旦大学附属中山医院的樊嘉院士、国家肝癌科学中心/东方肝胆外科医院的王红阳院士与美国芝加哥大学何川教授和美国西北大学张玮教授合作，共同发起了一项多中心肝癌早期5hmC标志物检测的临床研究，将外周血5hmC技术引入了肝癌应用领域，证明了5hmC在早期肝癌诊断中的优秀性能。（点击链接，查看此前报道）

从甲基化检测技术方面来看，几十年来，重亚硫酸盐转化已成为甲基化检测的行业金标准，利用重亚硫酸盐，使DNA中未发生甲基化的胞嘧啶（C）脱氨基变成尿嘧啶（U），而甲基化的胞嘧啶保持不变，这样就能找到DNA序列中的甲基化位点。然而，这项技术一直存在诸多缺点，例如：

亚硫酸氢盐处理条件过于剧烈，DNA可能会降解从而降低PCR及后续分析技术的灵敏度；

亚硫酸氢盐测序将未甲基化的C转换为T，然而，未甲基化的C占人类基因组的95%左右，将所有C转化为T严重降低了序列复杂性，导致测序质量差，定位率低，基因组覆盖不均匀和测序成本增加；

该方法无法区分5mc和5hmc，平常亚硫酸氢盐处理方法得到的所谓5mC其实是5mC与5hmC的集合。

为了克服这些局限性，深圳中科普瑞生物技术有限公司（以下简称“中科普瑞”）日前基于Illumina 850K甲基化芯片，探索并开发了高通量5hmC检测新方法，可以更大程度地减少对DNA的损伤，同时检测5mC和5hmC。

中科普瑞推出高通量5hmC检测新方法：利用Illumina甲基化芯片进行5hmC检测

图1. 利用Illumina甲基化芯片进行5hmC检测技术路线。

对于5hmC的研究，研究人员要考虑到成本、分析时间与准确度等关键因素。虽然测序技术能够提供很多序列特征的信息，但当测序深度较低时则难以得到准确的甲基化定量结果。而甲基化芯片作为成熟的甲基化研究工具，因其稳定而准确的结果，被广泛应用于肿瘤、老年性疾病等复杂疾病的研究中。特别是对数据结果的可靠性有着严格要求的表观基因组关联研究，Illumina的850K芯片是首选平台之一。然而850K芯片依赖于传统亚硫酸氢盐（BS）方案，不能区分5mC和5hmC。为此，中科普瑞开创性地开发了新型高通量5hmC检测技术，可以特异性稳定可靠地检测全基因组中85万个胞嘧啶的5hmC修饰。如图2、图3所示，借助该技术可以对基因组中的5hmC修饰进行检测，可达到较高的重复性。

图 2. 技术质控结果。a. 基于亚硫酸盐转化的技术重复散点图；b. 对5hmC进行芯片检测新方法的技术重复散点图。

图3. 染色体区段展示5hmC技术重复结果。

另外，研究人员同时利用该技术检测了一对肿瘤样本，并与其BS检测结果进行对比，验证了在肿瘤中普遍的低5hmC现象（图4）。从染色体分布结果可见5hmC在基因的启动子区以及CpG岛结构的低甲基化修饰水平（图5）。

图4. 肿瘤中的5hmC差异染色体分布图，在肿瘤中的5hmC整体低于癌旁。

图5. 同一对肿瘤与癌旁样本中的BS结果以及5hmC结果染色体展示。由上往下依次为Ca_BS, N_BS, Ca_5hmC, N_5hmC, CpG岛注释与转录本注释。

结  语

5hmC作为表观遗传的新标志物目前已引起科研人员的极大兴趣。以樊嘉院士和王红阳院士等发表在GUT期刊上的临床研究项目为例，5hmC模型不仅准确区分早期肝癌患者和健康对照人群，同时还可区分早期肝癌患者和慢性乙肝患者或肝硬化患者，而功能分析也显示了5hmC作为标志物的潜在背景机制。相信随着技术手段的发展，越来越多的5hmC临床应用研究即将涌现。

而中科普瑞此次推出高通量5hmC检测新方法，拥有高效、简便、准确的技术特色，再结合成熟而稳定的IIumina 850K甲基化芯片平台，将进一步解决5hmC标志物筛选的技术痛点，实现5mC和5hmC的并行高通量检测。

技术发布方介绍：表观星图计划项目组 / 中科普瑞基因科技 / 上海鲸舟基因

中科普瑞——中国十万人甲基化组计划（表观星图计划）项目实施方

表观星图计划（Epigenetics Atlas Project）是国内首个大型甲基化组项目，中科普瑞通过与国内外基因组队列计划联动，以及与Illumina公司的战略合作，建立中国人甲基化基准数据库，为表观遗传领域研究、应用和临床检测等建立基础数据库。

该项目计划首期完成十万人甲基化芯片（使用Illumina Infinium Methylation EPIC BeadChip，简称850K芯片）与大数据分析，后期逐步扩大范围，通过甲基化基准基因数据库的建立，为科研和临床研究，乃至临床检测等应用提供基础数据库，并建立相关标准，为国内各科研单位和医疗机构的精准诊断和精准治疗提供甲基化层面的基因数据保证，同时为全球华人的精准诊断提供更为精准的参考。

目前，表观星图计划项目组已与各合作单位，就肿瘤（包括肺癌、胃癌、食管癌、淋巴瘤等）甲基化研究、糖尿病等慢性病甲基化研究、精神类疾病甲基化研究、法医学表型研究、双生子甲基化研究等进行合作完成样本超过万例。首批合作单位包括中国医学科学院肿瘤医院、中科院计算所、中科院上海生命科学研究院、上海交通大学医学院、上海市第一人民医院、上海交通大学附属第九人民医院、司法鉴定科学研究院、北京市中医研究院、浙江大学、广州医科大学、西安交通大学第一附属医院等。

上海鲸舟基因科技——中科普瑞全资科研服务子公司

上海鲸舟基因科技有限公司（http://www.sinomics.com）是中科普瑞全资子公司，立足新一代测序及其衍生技术，以医学生物信息学为核心，以各联合创始人在生物技术领域十余年工作和技术积累为资源依托，提供覆盖基因组检测等符合临床需求的解决方案。鲸舟基因科技服务平台依托中科普瑞基因科技和上海鲸舟医学检验所平台和技术力量，专注于新一代测序（二代+三代测序技术）、基因芯片及相关分子生物学技术在生命科学研究、疾病健康等领域的应用，利用一流的平台设备和专业水平的实验及生物信息团队，为广大科研用户提供从基因组、转录组、表观遗传到代谢组的高通量组学综合解决方案。

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