CpG位點

  提示：此條目頁的主題不是CpG寡去氧核苷酸。

CpG位點（英語：CpG sites，或稱為CG位點）是指DNA的某個區域，其上的鹼基序列以胞嘧啶接着鳥嘌呤出現。「CpG」是「—C—磷酸—G—」的縮寫 ，指磷酸二酯鍵連接了胞嘧啶和鳥嘌呤，其中C位於5'端而G位於3'端。

在CpG位點中的胞嘧啶可以被甲基化為5-甲基胞嘧啶。在哺乳動物中，基因內CpG位點的甲基化會改變此基因的表達，對這一表達調控的研究是表觀遺傳學的重要組成部分。涉及添加甲基基團的酶稱為DNA甲基轉移酶（英語：DNA methyltransferase）。

在哺乳動物中，70%到80%的CpG位點的胞嘧啶是甲基化的。^[1]

未甲基化的CpG位點可以被免疫系統的漿細胞樣樹突狀細胞、單核細胞、NK細胞和B細胞上的TLR9（Toll樣受體9）識別^[2]，來檢測體內的微生物感染。

一個被發現已久的現象：相對於正常的隨機概率期望，CpG位點在脊椎動物基因組中出現的概率非常低。以人類基因組為例（GC含量約為42%），CpG位點的出現概率應為0.21*0.21 = 4.41%；而人類基因組中CpG的實際含量約為1% -- 這尚未達到隨機概率的四分之一。根據E Scarano等的論文^[3]，這一現象發生的原因是脊椎動物基因組中CpG的胞嘧啶被甲基化為5-甲基胞嘧啶後再發生脫氨作用變成胸腺嘧啶，從而形成了從C到T的突變，致使CpG位點的出現概率降低。這種現象被稱為CG抑制（CG suppression）。

CpG島是一個富含CpG位點的區域，但客觀精確描述所謂「富含」的定義尚不明確。通常對於CpG島的正式定義為：一個長度至少為200bp的片段，其GC含量高於50%，且「觀察期望比」（observed-to-expexted）高於60%。

註：觀察期望比：即CpG位點的觀察值（片段實際含有的CpG位點數目）和「期待值」的比值。「期待值」通常有兩種算法：（C*G）/LS^[4]或（（C+G）/2）^2/LS^[5]。其中，C、G代表胞嘧啶和鳥嘌呤的數目；LS代表片段長度（length of sequence）。

很多哺乳動物基因組中的CpG島和基因的起始位點相聯繫^[6]。因此，CpG島的存在對於基因的預測和解釋具有幫助作用。

在哺乳動物基因組中，CpG島的序列長度通常為300-3000bp，在約40%的基因的啟動子附近都有發現^[7]。在人基因組中則有約70%的基因啟動子有高CpG含量。如前文提及，CpG位點的實際存在率比隨機概率的結果要低得多^[5]。

2002年的某研究闡述了CpG島的預測規則，使用這種規則可以排除一些高GC含量的基因組序列，如Alu重複序列。基於對人21和22號染色體的完全測序研究成果，長度大於500bp、GC含量高於55%、CpG位點「觀察期望比」高於65%的DNA序列更有可能是「真正的」CpG島^[8]。

CpG島以至少達到60%的理論CpG位點含量（可達到4-6%）為特徵，而基因組中平均CpG含量只有約1%（CG抑制）。和在基因編碼區中的CpG位點不同，在基因正常表達時，位於基因啟動子區中的CpG位點往往不會被甲基化；這種現象表明啟動子序列中的CpG位點的甲基化很可能導致基因表達被抑制。DNA甲基化和組蛋白修飾是基因銘印的核心過程^[9]。大多數組織間或正常樣本和癌症樣本間的甲基化差異發生在CpG島附近（CpG island shores）而非CpG島內部^[10]。

在脊椎動物中，CpG島往往位於基因轉錄起始位點附近，尤其是持家基因。CpG位點有被甲基化的傾向，藉助這種甲基化可以分辨新合成的DNA鏈和母鏈，這在DNA序列複製後的最終校對環節起重要作用。甲基化的胞嘧啶容易脫氨轉變成胸腺嘧啶，導致T/G錯誤配對。胸腺嘧啶DNA糖苷酶（英語：Thymine-DNA glycosylase）（TDG）是人類用於修復TG錯配的酶。但由於CpG位點的稀少性，TDG在理論上沒有足夠高的效率來消除這些快速發生的突變。通常認為CpG島存在的原因是因受如下選擇壓力導致的：需要相對更高的CpG含量、更低的甲基化水平或是調控基因需要。最近也有研究稱大多數的CpG島是由非選擇壓力形成的^[11]。

對位於基因啟動子內部CpG位點的甲基化可能導致該基因沉默，這種現象在部分人類腫瘤中表現為抑癌基因的沉默。與之對應的，CpG位點的去甲基化則和某些腫瘤的原癌基因過表達相關^[12]。甲基化CpG可能激活B細胞、增加抗體、抑制淋巴細胞凋亡、表達促炎細胞因子及TH1型細胞因子，導致全身性免疫疾病產生，或導致SLE、類風濕性關節炎（rheumatoid arthritis）等疾病^[13]。妊娠過程中CpG濃度過度升高可能導致妊娠毒血症（preeclampsia）、胎兒早產或畸形等問題^[14]。

基於衰老和上萬個CpG位點的甲基化重要聯繫，學者已能根據DNA的甲基化情況對人類和黑猩猩的細胞組織壽命進行精確的預測^[15]。

CpG寡去氧核苷酸（CpG oligodeoxynucleotide，CpG ODN）是人工合成的CpG類似物，具有臨床應用價值。CpG ODN自身通過修飾硫代磷酸酯以抗核酸酶降解，提高穩定性，其免疫 刺激功能廣泛應用於各種疾病，而其不同類型決定了不同刺激方式，A型CpG（CpG-A）傾向以雙鏈聚集形式存在，主要激活STING通路，留存於人類pDC細胞早期內體，刺激IFN-α形成；B型CpG（CpG-B）傾向以單鏈形式存在，激活TLR9通路，從早期內體迅速轉移到晚期內體，強烈刺激促炎細胞因子產生；C型CpG（CpG-C）則兼具前兩者免疫刺激效果^[16]。

CpG ODN作為抗原可刺激CD4⁺及CD8⁺ T細胞啟動增殖分化程序產生免疫反應，因此通過CpG遞送的免疫刺激療法應時而生，CpG佐劑也得到廣泛研究^[17]。CpG ODN預先刺激可誘導交叉耐受性（cross tolerance），使機體應對LPS感染時產生更強免疫作用^[18]。

細胞內炎症信號通路涉及TLR9及NF-κB激活，游離CpG ODN皆可攝取進入內體，但甲基化CpG ODN因未能定位內體TLR9而缺乏免疫活性，無法激活下游通路，因此CpG-B作為炎症治療靶點具有潛在價值^[19]。實驗及臨床中，不同CpG-B序列在齧齒類與靈長類動物TLR9中特異性也不同：對小鼠而言，其CpG-B特異性序列為5'GACGTT3'，常用CpG1826（5'TCCATCACGTTCCTGACGTT3'）序列；而人類TLR9激活核心序列為5'GTCGTT3'，在臨床治療及人類細胞相關實驗中最常用的序列為CpG2006（5'TCGTCGTTTTGTCGTTTTGTCGTT3'）^[20]。

• TLR9，一種用於探測未甲基化CpG序列的受體
• 生物鐘