《科学通报》
开博时间：2019-09-06 16:50:00《科学通报》是主要报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性、高水平和重要意义的研究成果。报道及时快速，文章可读性强，力求在比较宽泛的学术领域产生深刻影响。
你的过去决定你的未来
2020-11-26 12:37:00俗话说：种瓜得瓜，种豆得豆。这是典型的遗传学现象，瓜和豆的种子含有全套的遗传信息，因此可以呈现出相应的表型。又云：一龙生九子，九子各不同。生活中最常见的例子便是双胞胎，长得很像，然而往往性格迥异。从生物学角度，双胞胎几乎含有相同的遗传物质，然而性状(包括性格)却如此不同，这又该如何解释呢?环境因素与遗传物质共同决定了表型，这种获得的表型甚至可以遗传给后代。因此，从这种程度上讲，你的过去决定你的未来。
1. 表观遗传是环境诱导表型的调控机器
经典的遗传学认为，遗传信息从DNA依次流向RNA和执行生物学功能的蛋白质，因而基因与表型可相互对应，即不同的DNA序列代表不同的遗传信息，可产生不同的表型。而表观遗传学研究不依赖于DNA序列改变的染色质变化所引起的遗传现象，表观遗传学通过调控基因在时间和空间的特异性表达，并将个体获得的性状传递给子代，因此表观遗传是环境诱导表型的调控机器。
表观遗传学进一步拓宽了人们对生命遗传信息表达和传递的理解: (1) 基因的表达是受到调控的。如每个人都携带原癌基因，但并非每个人都患癌症;当外界环境改变时，原癌基因启动子或增强子区域表观遗传修饰发生改变，进而调控原癌基因的表达以及影响癌症的发生。(2) 部分获得的性状可遗传给后代。亲代将环境介导的表观遗传信息传递给子代，使得子代对类似的环境产生相应的适应性。表型是基因和环境共同作用的结果，而表观遗传学是调控环境诱导的表型的机器。
表观遗传学主要包含DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等。DNA和组蛋白是染色质的核心组分，DNA甲基化和组蛋白修饰可调控基因的表达。非编码RNA与编码的mRNA相对，同样可调控基因的表达。表观遗传信息可跨代遗传现象证据越来越多，亲代饮食、生活经历以及生活习惯等可影响子代的代谢以及对应激的响应。
2. 表观遗传信息是你的原始档案
20世纪90年代，科学家们发现，在荷兰大饥荒期间经受严重营养不良的母亲，其子女患精神分裂症的风险更高。类似地，在1959~1961年饥荒最严重的地区之一安徽芜湖出生的孩子，今后患精神分裂症的风险显著升高。饥荒导致的营养缺陷可能影响胎儿大脑的发育，但其具体的分子机制还不清楚。
父母的饮食除了可以影响后代患精神疾病的风险，还可调控后代的代谢。营养不良的雌鼠的F1代出生体重更轻，并伴随多种代谢缺陷。即使F1代未经历过环境扰动，这种代谢表型也可被遗传至F2代。雄鼠的营养不良可影响子代小鼠胆固醇和脂质代谢。此外，父亲的精神状态也可影响子代的代谢，经受精神压力刺激的雄鼠，其子代出现高血糖。
亲代的生活经历和习惯也可影响子代的性状。 (1) 亲代关怀对子代行为的影响。母亲对幼崽的关怀对于其成长非常关键，给予更多关怀的雌鼠的成年后代对应激的恐惧相对降低。(2) 亲代的嗅觉体验可以影响后代的行为和神经网络的结构。将F0代认知前的小鼠暴露在气味恐惧状态下，发现F1代与F2代对F0代曾经经历过的气味更加的敏感，而对其他气味不敏感。(3) 亲代的生活习惯对子代生理和心理的影响。产前和产后的早期阶段的尼古丁暴露可能会影响很多器官(如大脑)的发育，并很有可能导致行为和心理的疾病，如注意力缺陷多动障碍、抑郁和焦虑。类似地，孕期的饮酒和吸毒等行为对后代也会产生深远的影响。(4) 亲代的经历对子代行为的有益影响。让新生的雄性小鼠经历两周的亲代应激和亲代隔离，有助于其子代成年小鼠产生目标导向的行为以及更高的行为敏捷度。
3. 表观遗传信息跨代传递研究说易做难
近10年来，随着测序技术的发展和成熟，部分表观遗传信息跨度遗传的分子机制得到揭示，但目前表观遗传研究依然面临着众多问题和挑战。
DNA甲基化是研究最久的表观遗传信息载体。虽然已观测到外界环境对精子中DNA甲基化的影响，但环境诱导的DNA甲基化重塑的通路以及对子代表型的调控机制有待深入研究，此外目前缺乏研究环境对DNA甲基化影响的有效手段。虽然众多研究证实RNA可作为表观遗传信息的载体，但传递的具体通路和机制还有待进一步研究。(1) 外界环境信息是如何影响精子中的RNA种类和数量的机制还不清楚;(2) RNA上可以发生多种形式的共价修饰，部分修饰可逆，但RNA修饰对表观遗传信息传递的影响鲜有报道。
研究表观遗传信息跨代传递的通路和分子机制有助于进一步揭示外界环境对后代性状潜在可能的影响，同时有助于更新对一些社会问题的看法。 不孕不育已成为世界难题，全球约10%的夫妻有生育困难，对于年轻健康的夫妻，利用体外受精技术一个生育周期内怀孕的概率为20%~25%，一年怀孕的概率接近90%。 体外受精看似是解决这个问题的良策，但由于受精环境改变，体外受精的婴儿可能伴随诸多潜在的问题。目前的药物设计和使用忽视了药物对表观遗传修饰以及对后代健康的潜在影响，从表观遗传学的角度制定药物开发标准可能是未来的一个研究方向。
文/徐鹏, 于文强
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