【CC講壇】高磊：逆襲，也許從表觀遺傳開始_風聞

我今天給大家帶來的演講題目是《逆襲，也許從表觀遺傳開始》

首先想問大家幾個問題：在我們的生活當中，有的人是單眼皮，有的人是雙眼皮；有的人會捲舌頭，而另外一部分人則不會，像我就不是很會；而且我們每個人都有各自的血型，那麼是什麼因素決定了我們的這些特徵呢？

大家可能會告訴我，這是由於我們的基因信息來決定的。

還有一些問題就是説，我們的長相和我們的父母都特別像，而且種瓜會得瓜，種豆而得豆，這些是什麼原理呢？

因為基因的信息能夠從父母那一代傳遞到我們子代，所以經典的遺傳學認為，基因的信息是可以遺傳的，而且這些因素是由先天的因素來決定的。

在我們生命開始的那一刻，我們的基因信息就已經被確定下來，它決定了我們的各項特徵，但是在我們的人體當中，有各種各樣的細胞，這些細胞其實最開始的時候，都是來源於一個受精卵，它們都具有相同的基因信息，但是會呈現出不同的形態，發揮不同的功能。

比如説我們的神經細胞，它會具有多個觸手的結構，能夠介導神經電信號的傳導，而像我們的肌肉細胞，它卻展現出一個梭形結構，能夠具有運動和收縮的能力。

另外在我們的生活當中，約有千分之四的人屬於同卵雙胞胎，具有一模一樣的基因信息，但是同卵雙胞胎，他們在一些性格以及健康狀態上，卻存在一定的差異，人口統計學的一些結果顯示，同卵雙胞胎當中，如果一方得病，另外一方得相同疾病的概率並不是100%，如果雙方都得2型糖尿病的概率，只有50%。

既然我們的基因信息能夠決定我們的各項生命特徵，那為什麼基因信息完全一樣的細胞或者個體，卻能夠展現出不一樣的特性呢？

所有的這一切都和表觀遺傳有關，那麼什麼是表觀遺傳呢？

我們知道一張汽車的圖紙，只有生產出汽車才能夠載客載物，起到交通運輸的功能，類似的，我們的基因信息其實也並不能夠直接地參與我們的生命活動，基因的信息必須被解碼形成蛋白質，這個蛋白質才能夠發揮生命活動調控的作用。

例如我們必須將胰島素基因解碼，產生胰島素蛋白，才能夠降低我們的血糖，所以説我們的基因信息要發揮作用，第一步就必須把它解碼，形成蛋白質才行。

在我們的細胞當中，總共大約有兩萬多個基因，包括一些胰島素基因、神經遞質基因、還有一些血紅蛋白的基因，但是不同的細胞可能會選擇去解碼不同的基因的組合，比如説有些細胞會選擇性地去解碼一些胰島素的基因，生產胰島素，但是它不會去解碼一些神經遞質相關的基因，而在另外的一些細胞裏面，它會考慮去解碼神經遞質相關的基因，但不會解碼胰島素或者血紅蛋白相關的基因。

所以在這一個過程當中，細胞可以選擇性地去解碼一些基因的組合，這個就是表觀遺傳，它不會改變我們的基因的信息，但是它能夠選擇性地去，調控我們的哪一些基因被解碼出來。

在DNA雙螺旋結構被發現之後，我們知道基因其實是一段DNA的片段，基因的信息主要有A T C G，這四種鹼基組合，不同的基因，就會具有不同的A T C G的排列組合。

而我們的DNA則像毛線團一樣，它能夠圍繞着一種被稱作組蛋白的蛋白質，形成叫核小體的結構，核小體的結構能夠首尾串聯，然後經過摺疊和壓縮，形成染色體的結構，染色體其實更像一件毛衣一樣，它會分佈在我們細胞的細胞核當中，我們可以看到，在染色體這件毛衣上，除了有毛線這些組分之外，還會有一些各種各樣的裝飾物，這些裝飾物，其實就屬於表觀遺傳的信息。

我們的一些研究發現，細胞內的這種裝飾物，主要是一些化學的基團修飾，包括一些甲基化、乙酰化、以及泛素化等其他的一些化學修飾。

這一些化學修飾，主要分佈在我們的染色體的DNA，以及組蛋白上面，就如同一個基因解碼的紅綠燈，它告訴這個基因是否需要解碼出來。

比如説在我們的DNA上會存在這種甲基化的修飾，它會告訴這一段DNA上的基因，不要被解碼形成蛋白質，那麼在組蛋白上，也會存在這種甲基化的修飾，組蛋白上的這種甲基化修飾，有可能會導致染色體變得十分的緊密，這種緊密的結構，就如同一個毛線團一樣，導致埋藏在裏面的基因無法被暴露出來，無法解碼形成蛋白質。

但是染色體還存在一些乙酰化的修飾，這種乙酰化修飾的染色體，會變得十分的鬆散，我們將它稱作為“開放的染色體”，開放的染色體上的基因就會被暴露出來，就很容易被解碼形成蛋白質，然後調控我們的生命活動。

表觀遺傳的信息它是如何產生的呢？在我們的細胞內，以組蛋白的甲基化，或者乙酰化修飾為例，我們的細胞內會存在一類被稱作“書寫筆”的蛋白質，包括甲基化酶以及乙酰化酶，它們這些蛋白能夠把表觀遺傳學的這種化學修飾加到我們的DNA或者組蛋白上面；

在我們的細胞內，還會存在另外的一類被稱作“橡皮擦”的一些蛋白質，包括去甲基化酶 去乙酰化酶，那麼這一些蛋白質可以將DNA，或者説組蛋白上的一些表觀遺傳修飾能夠擦除掉。

我們知道我們人體的生命，是起源於精子和卵細胞結合形成的受精卵，受精卵能夠通過不斷地細胞分裂，形成2-細胞、4-細胞、8-細胞、桑椹胚和囊胚，人類胚胎在第六週的時候，就能夠產生神經系統和四肢系統。

我的一部分的研究工作就解析了這個早期人類胚胎髮育的過程當中，一些表觀遺傳修飾是否會發生變化。

其中的一項研究，通過分析在我們的人類胚胎髮育過程當中，染色體上被打開的這些區域的數量，我們發現隨着人類胚胎的發育的進程，從2-細胞到4-細胞，再到囊胚這個過程當中，染色體上被打開的區域的數量，是逐漸增多的，可以看到在2-細胞和4-細胞階段，人類的染色體上被打開的區域很少，但是在8-細胞的時候，被打開的染色質的區域的數量有一個顯著的增多，它會導致在8-細胞階段，由於大量的染色質被打開，所以會有大量的基因被解碼，產生蛋白質，那麼這些產生的蛋白質，就能夠調控我們的胚胎的發育過程。

另外我們也對比了人類8-細胞胚胎以及6周胚胎的一些組蛋白乙酰化修飾的差異，我們發現，在一些神經相關的基因，比如APP這個基因上面，它在8-細胞的胚胎當中，組蛋白上是沒有乙酰化修飾的，但是當這個胚胎髮育到第6周的時候，發現這些基因上會帶有組蛋白的乙酰化修飾，就能夠告訴這個基因，需要在這個時期正確地去被解碼形成蛋白質，然後調控人類的神經系統的發育過程。

我國自2010年開始，就已經在全國的範圍內向育齡的婦女，推廣葉酸的補充劑，之所以會出台這一項政策，是因為在孕前以及孕早期去補充葉酸，可以有效地去預防70%以上的神經管畸形兒的產生。

葉酸也被叫做維生素的B9，主要來源於我們食物當中的水果、蔬菜，以及動物肝臟等食物，我們的人體在攝入葉酸之後，葉酸會經過葉酸循環，以及甲硫氨酸循環，產生S-腺苷甲硫氨酸這種代謝產物，這個代謝產物其實是我們細胞內DNA甲基化、組蛋白甲基化這些表觀遺傳修飾的供體的來源，它會為這些修飾提供甲基化的基團，所以説在整個胚胎髮育的早期，如果葉酸缺乏的話，就會導致我們細胞當中，一些關鍵的基因上 DNA甲基化以及組蛋白的甲基化的修飾紊亂，從而導致這些基因的解碼發生異常，使得胎兒的神經管閉合發生異常，最終導致無腦兒，以及脊膜膨出這種神經管畸形兒的產生，嚴重地影響新生兒的身體質量。

我們胚胎當中的這些表觀遺傳信息，是否能夠像我們的遺傳信息那樣，可以從我們的父母那裏遺傳下來呢？

我們研究了小鼠的胚胎裏面的組蛋白乙酰化的表觀遺傳修飾，我們發現在小鼠的受精卵當中，會存在不同長度的染色體的區域，會帶有這種乙酰化的表觀遺傳修飾，然後我們將小鼠的受精卵與小鼠的卵細胞和精子的這種組蛋白的乙酰化修飾，進行了對比，我們發現在小鼠的這種受精卵裏面，它的組蛋白乙酰化信息，會有一部分是遺傳來自於卵細胞以及精子，當然也有一部分是在胚胎受精之後重新建立了。

這一個結果也已經告訴我們，其實我們的表觀遺傳信息，是有一部分能夠從我們的父母那裏繼承而來的。

表觀遺傳相比於我們的經典遺傳來講，它不會去改變我們的基因信息，它屬於我們的基因序列信息之外的一些修飾。

由於表觀遺傳其實具有一定的遺傳性，所以表觀遺傳信息，它是受到一定的先天因素的影響，但是更多的表觀遺傳，可能會被我們的後天外界環境所影響，所以導致表觀遺傳在我們人類整個生命的歷程當中，會發生動態的變化，伴隨着我們整個一生，包括我們早期，胎兒怎麼生長產生各種器官，而且現在的最新的研究也證明，正是表觀遺傳的這種改變，驅動了人類的衰老的進程。

對錶觀遺傳的初步認識，也帶給了我們一些思考，由於表觀遺傳的那種可變性，所以我們日常生活方式當中，方方面面都可能會影響我們的表觀遺傳，包括飲食、睡眠和運動，這些方面對錶觀遺傳的改變，可能會影響我們人體的整個生命健康。

由於這種表觀遺傳修飾，很多都是來源於我們食物為它們提供的供體，尤其是有一些修飾，它的供體來源是一些微量元素，我們需要在日常的生活中，合理地膳食、均衡營養，以為這種細胞內的各種表觀遺傳修飾提供足夠的來源，以維持表觀遺傳修飾信息的穩定性。

在自然界當中，也會存在一些飲食影響，通過表觀遺傳影響生物特性的一些案例，一個比較經典的案例就是蜜蜂。

在整個蜜蜂的種羣裏面只有一個蜂后，然後還有很多的工蜂。其實蜂后和工蜂都屬於雌性的蜜蜂，但是蜂后它具有繁殖的能力，而工蜂它主要是負責一些花蜜採集的一些日常工作。那是什麼原因導致同樣是雌性的蜜蜂，但是會出現蜂后和工蜂的差異呢？

現在的研究指出，是因為蜂后，它們在出生之後就開始食用蜂王漿，而一些工蜂，它們在出生之後，只有前面幾天才會食用蜂王漿，後面的生活當中主要是通過飲食蜂蜜來維持生活。

食用蜂王漿之後，就會導致一些蜜蜂能夠改變它的一些DNA甲基化的模式，從而導致最終食用蜂王漿蜂后，能夠有效地去發育出具有活性的卵巢結構，所以它們會具有比較強的繁育能力。

由於手機等電子產品的普及，加上一些工作壓力的繁大，所以會導致現在的年輕人很容易養成熬夜的習慣，嚴重影響整個人體的睡眠質量。過去有一些研究也已經指出，睡眠的缺乏會導致細胞內DNA甲基化、組蛋白修飾的紊亂，從而導致相對應的調控的一些基因的解碼發生異常，最終會導致人體的認知能力的衰退，以及代謝紊亂等異常，所以在日常生活中，我們應該養成比較良好的作息習慣，以保證充足的睡眠。

保持積極樂觀的生活態度，是否會通過表觀遺傳對我們產生影響呢？

5-羥色胺是一種神經的傳遞素，它能夠調節我們的睡眠、作息，還有我們的食慾等各方面的生命活動，如果大腦當中5-羥色胺水平很高的話，這個人就比較容易變得很興奮，很快樂，最新的研究也表明，在組蛋白上面會存在這種5-羥色胺化的表觀遺傳修飾，它能夠影響我們神經元當中一些神經相關基因的解碼，最終會促進大腦中樞神經系統當中神經元的產生以及功能。如果能夠保持比較積極樂觀的生活態度的話，那麼它可能會通過表觀遺傳，去影響我們整個神經系統的功能，會對我們的認知能力有很大的改善。

由於現在父母工作比較繁忙，所以有可能父母回家之後已經很累，可能會忽視給孩子陪伴的時間，那麼缺乏父母的關愛，是否會對孩子的成長有影響呢？

2018年有一項研究，他們通過將一些剛剛出生的小鼠分成了兩組，一部分剛出生的小鼠是由母鼠來照顧的，而另外一部分小鼠，會將它與母鼠分離，減少母鼠的關愛時間。

有意思的是發現缺乏母鼠關愛的小鼠，在出生之後一週的時候，它們有一些參與DNA甲基化修飾的蛋白的表達水平有一個顯著的下降，那麼這個下降就會導致缺乏母愛的小鼠，它的DNA上有很多區域的DNA甲基化會發生缺失，其中有一部分基因被稱作“跳躍基因”，它如果丟掉了這種DNA甲基化修飾，它就會像一個搗亂分子，破壞其它基因的功能；

另外後續的調查研究會發現，缺乏母愛的這些小鼠，在成年之後會表現得更加的焦慮，我們可以看到這個圖裏面展示了由母愛關懷的小鼠，它在一個開闊的環境當中，它的運動的軌跡，它比較容易在這一個開闊的環境當中，去探索中間比較陌生的區域，但是如果這個小鼠，它從小就缺乏母愛的話，就會發現這個小鼠會比較偏好，在一些角落裏面活動，然後這個圖就展示了它的活動軌跡。

可以看到，如果小孩從小就缺乏父母關愛的話，會導致小孩的一些表觀遺傳修飾的一些變化，會影響小孩的一些性格，以及神經的認知行為。

既然外界的因素，一些不良的習慣以及飲食，或者説情緒，都可能會改變我們的表觀遺傳，但這種改變除了會影響我們自身之外，是否會影響我們的子代，或者説我們的後代呢？

最新的一項研究給了我們一個答案，就是在這一項研究工作中，他們通過一些生物學的技術，去將小鼠的Ankrd26 以及Ldlr，這兩個基因的DNA的甲基化的表觀遺傳修飾做了一個改變，在正常的小鼠當中，這兩個基因處於沒有被DNA甲基化修飾的，但是通過生物學技術的改造，會使得這兩個基因的序列不改變，但是它的甲基化水平發生了變化，從未甲基化變成了甲基化修飾，加上甲基化修飾之後，這兩個基因的解碼就會被幹擾，所以這兩個基因就不會被表達出來，最終就會導致這個小鼠產生肥胖以及高膽固醇等生理的異常。

接着科科研人員就將這個小鼠做了多代的繁衍，然後發現這個小鼠產生的後代當中，每一個小鼠都會帶有這種DNA甲基化異常的修飾，同時這些小鼠也會表現出肥胖以及高膽固醇等生理的異常。

這個實驗告訴我們，其實外界因素對於我們表觀遺傳的改變，其實是有很大可能性遺傳到我們的子代，影響我們子代的身體健康的。

回到我們最開始的問題，為什麼同卵雙胞胎，他們具有完全一樣的基因信息，但是在後期他們在性格，以及健康狀態上會存在比較大的差異？

同卵雙胞胎，他們剛剛出生，在年幼的時候，他們之間組蛋白乙酰化以及DNA甲基化這種差異是非常小的，但是當他們長到50歲的時候，由於一些生活習慣或者飲食習慣的差異，就會導致他們之間一些組蛋白修飾、DNA甲基化修飾這種表觀修飾的差異，有一個顯著的提高，最終會導致他們在健康狀態上存在一定的差異，所以會表現出他們在患病上，有百分之50% 或者説74%的一致性。

我們能夠認識到，我們的基因信息很重要，但是我們的日常生活習慣，以及我們的生活環境也會非常的重要，因為它們可能會通過表觀遺傳影響我們自身，同時我們上一代人的生活習慣不僅僅會對他們自身有影響，還可能會影響我們後一代人的身體健康，所以我們希望能夠更全面地去認識表觀遺傳，希望能夠通過表觀遺傳的原理，能夠造福我們人類的健康。

對錶觀遺傳的認識，更像是去探索浩瀚的宇宙，我們目前的認識非常侷限，但是通過我們目前已有的對錶觀遺傳的知識點，我們能夠清晰地認識到，我們應該重視表觀遺傳，因為它不僅僅會影響我們的當下，而且還會影響我們的子子代代。