我们的基因信息很重要，但是我们的日常生活习惯、以及生活环境也非常重要，因为它们可能会通过表观遗传影响我们自身，同时我们上一代人的生活习惯不仅仅会对他们自身有影响，还可能会影响我们后一代人的身体健康。

高磊

中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心） 青年研究员

我今天给大家带来的演讲题目是《逆袭，也许从表观遗传开始》

首先想问大家几个问题：在我们的生活当中，有的人是单眼皮，有的人是双眼皮；有的人会卷舌头，而另外一部分人则不会，像我就不是很会；而且我们每个人都有各自的血型，那么是什么因素决定了我们的这些特征呢？

大家可能会告诉我，这是由于我们的基因信息来决定的。

还有一些问题就是说，我们的长相和我们的父母都特别像，而且种瓜会得瓜，种豆而得豆，这些是什么原理呢？

因为基因的信息能够从父母那一代传递到我们子代，所以经典的遗传学认为，基因的信息是可以遗传的，而且这些因素是由先天的因素来决定的。

在我们生命开始的那一刻，我们的基因信息就已经被确定下来，它决定了我们的各项特征，但是在我们的人体当中，有各种各样的细胞，这些细胞其实最开始的时候，都是来源于一个受精卵，它们都具有相同的基因信息，但是会呈现出不同的形态，发挥不同的功能。

比如说我们的神经细胞，它会具有多个触手的结构，能够介导神经电信号的传导，而像我们的肌肉细胞，它却展现出一个梭形结构，能够具有运动和收缩的能力。

另外在我们的生活当中，约有千分之四的人属于同卵双胞胎，具有一模一样的基因信息，但是同卵双胞胎，他们在一些性格以及健康状态上，却存在一定的差异，人口统计学的一些结果显示，同卵双胞胎当中，如果一方得病，另外一方得相同疾病的概率并不是100%，如果双方都得2型糖尿病的概率，只有50%。

既然我们的基因信息能够决定我们的各项生命特征，那为什么基因信息完全一样的细胞或者个体，却能够展现出不一样的特性呢？

所有的这一切都和表观遗传有关，那么什么是表观遗传呢？

我们知道一张汽车的图纸，只有生产出汽车才能够载客载物，起到交通运输的功能，类似的，我们的基因信息其实也并不能够直接地参与我们的生命活动，基因的信息必须被解码形成蛋白质，这个蛋白质才能够发挥生命活动调控的作用。

例如我们必须将胰岛素基因解码，产生胰岛素蛋白，才能够降低我们的血糖，所以说我们的基因信息要发挥作用，第一步就必须把它解码，形成蛋白质才行。

在我们的细胞当中，总共大约有两万多个基因，包括一些胰岛素基因、神经递质基因、还有一些血红蛋白的基因，但是不同的细胞可能会选择去解码不同的基因的组合，比如说有些细胞会选择性地去解码一些胰岛素的基因，生产胰岛素，但是它不会去解码一些神经递质相关的基因，而在另外的一些细胞里面，它会考虑去解码神经递质相关的基因，但不会解码胰岛素或者血红蛋白相关的基因。

所以在这一个过程当中，细胞可以选择性地去解码一些基因的组合，这个就是表观遗传，它不会改变我们的基因的信息，但是它能够选择性地去，调控我们的哪一些基因被解码出来。

在DNA双螺旋结构被发现之后，我们知道基因其实是一段DNA的片段，基因的信息主要有A T C G，这四种碱基组合，不同的基因，就会具有不同的A T C G的排列组合。

而我们的DNA则像毛线团一样，它能够围绕着一种被称作组蛋白的蛋白质，形成叫核小体的结构，核小体的结构能够首尾串联，然后经过折叠和压缩，形成染色体的结构，染色体其实更像一件毛衣一样，它会分布在我们细胞的细胞核当中，我们可以看到，在染色体这件毛衣上，除了有毛线这些组分之外，还会有一些各种各样的装饰物，这些装饰物，其实就属于表观遗传的信息。

我们的一些研究发现，细胞内的这种装饰物，主要是一些化学的基团修饰，包括一些甲基化、乙酰化、以及泛素化等其他的一些化学修饰。

这一些化学修饰，主要分布在我们的染色体的DNA，以及组蛋白上面，就如同一个基因解码的红绿灯，它告诉这个基因是否需要解码出来。

比如说在我们的DNA上会存在这种甲基化的修饰，它会告诉这一段DNA上的基因，不要被解码形成蛋白质，那么在组蛋白上，也会存在这种甲基化的修饰，组蛋白上的这种甲基化修饰，有可能会导致染色体变得十分的紧密，这种紧密的结构，就如同一个毛线团一样，导致埋藏在里面的基因无法被暴露出来，无法解码形成蛋白质。

但是染色体还存在一些乙酰化的修饰，这种乙酰化修饰的染色体，会变得十分的松散，我们将它称作为“开放的染色体”，开放的染色体上的基因就会被暴露出来，就很容易被解码形成蛋白质，然后调控我们的生命活动。

表观遗传的信息它是如何产生的呢？在我们的细胞内，以组蛋白的甲基化，或者乙酰化修饰为例，我们的细胞内会存在一类被称作“书写笔”的蛋白质，包括甲基化酶以及乙酰化酶，它们这些蛋白能够把表观遗传学的这种化学修饰加到我们的DNA或者组蛋白上面；

在我们的细胞内，还会存在另外的一类被称作“橡皮擦”的一些蛋白质，包括去甲基化酶 去乙酰化酶，那么这一些蛋白质可以将DNA，或者说组蛋白上的一些表观遗传修饰能够擦除掉。

我们知道我们人体的生命，是起源于精子和卵细胞结合形成的受精卵，受精卵能够通过不断地细胞分裂，形成2-细胞、4-细胞、8-细胞、桑椹胚和囊胚，人类胚胎在第六周的时候，就能够产生神经系统和四肢系统。

我的一部分的研究工作就解析了这个早期人类胚胎发育的过程当中，一些表观遗传修饰是否会发生变化。

其中的一项研究，通过分析在我们的人类胚胎发育过程当中，染色体上被打开的这些区域的数量，我们发现随着人类胚胎的发育的进程，从2-细胞到4-细胞，再到囊胚这个过程当中，染色体上被打开的区域的数量，是逐渐增多的，可以看到在2-细胞和4-细胞阶段，人类的染色体上被打开的区域很少，但是在8-细胞的时候，被打开的染色质的区域的数量有一个显著的增多，它会导致在8-细胞阶段，由于大量的染色质被打开，所以会有大量的基因被解码，产生蛋白质，那么这些产生的蛋白质，就能够调控我们的胚胎的发育过程。

另外我们也对比了人类8-细胞胚胎以及6周胚胎的一些组蛋白乙酰化修饰的差异，我们发现，在一些神经相关的基因，比如APP这个基因上面，它在8-细胞的胚胎当中，组蛋白上是没有乙酰化修饰的，但是当这个胚胎发育到第6周的时候，发现这些基因上会带有组蛋白的乙酰化修饰，就能够告诉这个基因，需要在这个时期正确地去被解码形成蛋白质，然后调控人类的神经系统的发育过程。

我国自2010年开始，就已经在全国的范围内向育龄的妇女，推广叶酸的补充剂，之所以会出台这一项政策，是因为在孕前以及孕早期去补充叶酸，可以有效地去预防70%以上的神经管畸形儿的产生。

叶酸也被叫做维生素的B9，主要来源于我们食物当中的水果、蔬菜，以及动物肝脏等食物，我们的人体在摄入叶酸之后，叶酸会经过叶酸循环，以及甲硫氨酸循环，产生S-腺苷甲硫氨酸这种代谢产物，这个代谢产物其实是我们细胞内DNA甲基化、组蛋白甲基化这些表观遗传修饰的供体的来源，它会为这些修饰提供甲基化的基团，所以说在整个胚胎发育的早期，如果叶酸缺乏的话，就会导致我们细胞当中，一些关键的基因上 DNA甲基化以及组蛋白的甲基化的修饰紊乱，从而导致这些基因的解码发生异常，使得胎儿的神经管闭合发生异常，最终导致无脑儿，以及脊膜膨出这种神经管畸形儿的产生，严重地影响新生儿的身体质量。

我们胚胎当中的这些表观遗传信息，是否能够像我们的遗传信息那样，可以从我们的父母那里遗传下来呢？

我们研究了小鼠的胚胎里面的组蛋白乙酰化的表观遗传修饰，我们发现在小鼠的受精卵当中，会存在不同长度的染色体的区域，会带有这种乙酰化的表观遗传修饰，然后我们将小鼠的受精卵与小鼠的卵细胞和精子的这种组蛋白的乙酰化修饰，进行了对比，我们发现在小鼠的这种受精卵里面，它的组蛋白乙酰化信息，会有一部分是遗传来自于卵细胞以及精子，当然也有一部分是在胚胎受精之后重新建立了。

这一个结果也已经告诉我们，其实我们的表观遗传信息，是有一部分能够从我们的父母那里继承而来的。

表观遗传相比于我们的经典遗传来讲，它不会去改变我们的基因信息，它属于我们的基因序列信息之外的一些修饰。

由于表观遗传其实具有一定的遗传性，所以表观遗传信息，它是受到一定的先天因素的影响，但是更多的表观遗传，可能会被我们的后天外界环境所影响，所以导致表观遗传在我们人类整个生命的历程当中，会发生动态的变化，伴随着我们整个一生，包括我们早期，胎儿怎么生长产生各种器官，而且现在的最新的研究也证明，正是表观遗传的这种改变，驱动了人类的衰老的进程。

对表观遗传的初步认识，也带给了我们一些思考，由于表观遗传的那种可变性，所以我们日常生活方式当中，方方面面都可能会影响我们的表观遗传，包括饮食、睡眠和运动，这些方面对表观遗传的改变，可能会影响我们人体的整个生命健康。

由于这种表观遗传修饰，很多都是来源于我们食物为它们提供的供体，尤其是有一些修饰，它的供体来源是一些微量元素，我们需要在日常的生活中，合理地膳食、均衡营养，以为这种细胞内的各种表观遗传修饰提供足够的来源，以维持表观遗传修饰信息的稳定性。

在自然界当中，也会存在一些饮食影响，通过表观遗传影响生物特性的一些案例，一个比较经典的案例就是蜜蜂。

在整个蜜蜂的种群里面只有一个蜂后，然后还有很多的工蜂。其实蜂后和工蜂都属于雌性的蜜蜂，但是蜂后它具有繁殖的能力，而工蜂它主要是负责一些花蜜采集的一些日常工作。那是什么原因导致同样是雌性的蜜蜂，但是会出现蜂后和工蜂的差异呢？

现在的研究指出，是因为蜂后，它们在出生之后就开始食用蜂王浆，而一些工蜂，它们在出生之后，只有前面几天才会食用蜂王浆，后面的生活当中主要是通过饮食蜂蜜来维持生活。

食用蜂王浆之后，就会导致一些蜜蜂能够改变它的一些DNA甲基化的模式，从而导致最终食用蜂王浆蜂后，能够有效地去发育出具有活性的卵巢结构，所以它们会具有比较强的繁育能力。

由于手机等电子产品的普及，加上一些工作压力的繁大，所以会导致现在的年轻人很容易养成熬夜的习惯，严重影响整个人体的睡眠质量。过去有一些研究也已经指出，睡眠的缺乏会导致细胞内DNA甲基化、组蛋白修饰的紊乱，从而导致相对应的调控的一些基因的解码发生异常，最终会导致人体的认知能力的衰退，以及代谢紊乱等异常，所以在日常生活中，我们应该养成比较良好的作息习惯，以保证充足的睡眠。

保持积极乐观的生活态度，是否会通过表观遗传对我们产生影响呢？

5-羟色胺是一种神经的传递素，它能够调节我们的睡眠、作息，还有我们的食欲等各方面的生命活动，如果大脑当中5-羟色胺水平很高的话，这个人就比较容易变得很兴奋，很快乐，最新的研究也表明，在组蛋白上面会存在这种5-羟色胺化的表观遗传修饰，它能够影响我们神经元当中一些神经相关基因的解码，最终会促进大脑中枢神经系统当中神经元的产生以及功能。如果能够保持比较积极乐观的生活态度的话，那么它可能会通过表观遗传，去影响我们整个神经系统的功能，会对我们的认知能力有很大的改善。

由于现在父母工作比较繁忙，所以有可能父母回家之后已经很累，可能会忽视给孩子陪伴的时间，那么缺乏父母的关爱，是否会对孩子的成长有影响呢？

2018年有一项研究，他们通过将一些刚刚出生的小鼠分成了两组，一部分刚出生的小鼠是由母鼠来照顾的，而另外一部分小鼠，会将它与母鼠分离，减少母鼠的关爱时间。

有意思的是发现缺乏母鼠关爱的小鼠，在出生之后一周的时候，它们有一些参与DNA甲基化修饰的蛋白的表达水平有一个显著的下降，那么这个下降就会导致缺乏母爱的小鼠，它的DNA上有很多区域的DNA甲基化会发生缺失，其中有一部分基因被称作“跳跃基因”，它如果丢掉了这种DNA甲基化修饰，它就会像一个捣乱分子，破坏其它基因的功能；

另外后续的调查研究会发现，缺乏母爱的这些小鼠，在成年之后会表现得更加的焦虑，我们可以看到这个图里面展示了由母爱关怀的小鼠，它在一个开阔的环境当中，它的运动的轨迹，它比较容易在这一个开阔的环境当中，去探索中间比较陌生的区域，但是如果这个小鼠，它从小就缺乏母爱的话，就会发现这个小鼠会比较偏好，在一些角落里面活动，然后这个图就展示了它的活动轨迹。

可以看到，如果小孩从小就缺乏父母关爱的话，会导致小孩的一些表观遗传修饰的一些变化，会影响小孩的一些性格，以及神经的认知行为。

既然外界的因素，一些不良的习惯以及饮食，或者说情绪，都可能会改变我们的表观遗传，但这种改变除了会影响我们自身之外，是否会影响我们的子代，或者说我们的后代呢？

最新的一项研究给了我们一个答案，就是在这一项研究工作中，他们通过一些生物学的技术，去将小鼠的Ankrd26 以及Ldlr，这两个基因的DNA的甲基化的表观遗传修饰做了一个改变，在正常的小鼠当中，这两个基因处于没有被DNA甲基化修饰的，但是通过生物学技术的改造，会使得这两个基因的序列不改变，但是它的甲基化水平发生了变化，从未甲基化变成了甲基化修饰，加上甲基化修饰之后，这两个基因的解码就会被干扰，所以这两个基因就不会被表达出来，最终就会导致这个小鼠产生肥胖以及高胆固醇等生理的异常。

接着科科研人员就将这个小鼠做了多代的繁衍，然后发现这个小鼠产生的后代当中，每一个小鼠都会带有这种DNA甲基化异常的修饰，同时这些小鼠也会表现出肥胖以及高胆固醇等生理的异常。

这个实验告诉我们，其实外界因素对于我们表观遗传的改变，其实是有很大可能性遗传到我们的子代，影响我们子代的身体健康的。

回到我们最开始的问题，为什么同卵双胞胎，他们具有完全一样的基因信息，但是在后期他们在性格，以及健康状态上会存在比较大的差异？

同卵双胞胎，他们刚刚出生，在年幼的时候，他们之间组蛋白乙酰化以及DNA甲基化这种差异是非常小的，但是当他们长到50岁的时候，由于一些生活习惯或者饮食习惯的差异，就会导致他们之间一些组蛋白修饰、DNA甲基化修饰这种表观修饰的差异，有一个显著的提高，最终会导致他们在健康状态上存在一定的差异，所以会表现出他们在患病上，有百分之50% 或者说74%的一致性。

我们能够认识到，我们的基因信息很重要，但是我们的日常生活习惯，以及我们的生活环境也会非常的重要，因为它们可能会通过表观遗传影响我们自身，同时我们上一代人的生活习惯不仅仅会对他们自身有影响，还可能会影响我们后一代人的身体健康，所以我们希望能够更全面地去认识表观遗传，希望能够通过表观遗传的原理，能够造福我们人类的健康。

对表观遗传的认识，更像是去探索浩瀚的宇宙，我们目前的认识非常局限，但是通过我们目前已有的对表观遗传的知识点，我们能够清晰地认识到，我们应该重视表观遗传，因为它不仅仅会影响我们的当下，而且还会影响我们的子子代代。