7歲的奧利維亞和伊莎貝拉來自英國，她們是一對同卵雙胞胎，擁有近乎完全一致的遺傳信息。不過，兩個(gè)女孩的命運(yùn)卻迥然相異。
2005年6月，1歲的奧利維亞忽然高燒不退。血液化驗(yàn)的結(jié)果讓大家大吃一驚：奧利維亞患上了急性白血病。因?yàn)槭峭央p胞胎，醫(yī)生連忙對伊莎貝拉也進(jìn)行了檢查，結(jié)果讓人松了一口氣：一切正常。在醫(yī)生們的幫助下，小奧利維亞最終恢復(fù)健康，但醫(yī)學(xué)專家們卻遇到了一個(gè)困惑多年的難題：既然是同卵雙胞胎，為何奧利維亞不斷生病，而伊莎貝拉卻非常健康呢？
隨著研究越來越深入，困擾醫(yī)生的答案也將漸漸浮出水面。這些經(jīng)典遺傳學(xué)無法解釋的現(xiàn)象，表觀遺傳學(xué)有望部分揭示。研究人員發(fā)現(xiàn)，雖為同卵雙胞胎，但雙方個(gè)體對遺傳信息的“表觀修飾”存在大量差異——DNA甲基化水平不同。
事實(shí)上，很多例子證明了“表觀修飾”的存在。
“表觀遺傳學(xué)是指在基因組序列不變的情況下，可以決定基因表達(dá)與否、并可穩(wěn)定遺傳下去的調(diào)控密碼。” 清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院表觀遺傳學(xué)與癌癥研究所教授孫方霖曾向《中國科學(xué)報(bào)》如此介紹。也就是說，人類不僅有作為遺傳物質(zhì)的基因組信息，還有一套管理、調(diào)控、修飾基因組的密碼指令系統(tǒng)。不同的個(gè)體，指令系統(tǒng)也不同。另外，這套密碼指令還能在特定環(huán)境下發(fā)生改變。
更神奇的是，改變后的指令很可能會遺傳下去。然而，這套系統(tǒng)是如何發(fā)生改變并遺傳，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)并不為人知。
神奇的開關(guān)
事情慢慢有了轉(zhuǎn)機(jī)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種甲基分子（-CH3），它就像一個(gè)帽子：帶上它，基因關(guān)閉；摘掉它，基因表達(dá)——被分別稱為甲基化和去甲基化。這些數(shù)以百萬計(jì)的甲基有些直接附著在DNA上面，有些則附著在某些和DNA糾結(jié)在一起的組蛋白上。當(dāng)機(jī)體不希望某些基因信息被讀取時(shí)，基因的“啟動子”DNA就被戴上很多甲基帽，使得基因無法從那里讀取，啟動功能。因此，即使攜帶遺傳信息完全一樣的兩個(gè)個(gè)體，由于表達(dá)修飾上的差異，也可能會表現(xiàn)出完全不同的性狀。
2003年，美國杜克大學(xué)教授蘭迪·朱特爾和羅伯特·沃特蘭博士終于掀開了DNA甲基化的神秘面紗。人們此前認(rèn)為，在形成精子和胚胎前的植入階段，細(xì)胞中的DNA甲基化幾乎會完全重新洗牌，也就是說“基因修飾”沒有遺傳下去的可能。近些年來，越來越多的研究證明，某些甲基化是可以遺傳的。
2007年，日本科學(xué)家在小鼠中發(fā)現(xiàn)，一種稱為stella的蛋白質(zhì)能夠有效保護(hù)卵子中某些基因的甲基化修飾，并傳給下一代。研究人員還得出結(jié)論，基因的甲基化或者去甲基化，和環(huán)境的改變息息相關(guān)。也就是說，雖然遺傳信息沒有改變，但環(huán)境的改變、豐富的經(jīng)歷、甚至不良的習(xí)慣，都有可能遺傳給后代。
然而，這些對基因的表觀修飾是通過怎樣的方式進(jìn)行，它們又是靠怎樣的機(jī)制遺傳下去的呢？這一切曾經(jīng)是個(gè)謎。不過近年來，科學(xué)家們已經(jīng)獲得了一些信息。
2011年6月，馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)果蠅處于脅迫條件下，它們會因適應(yīng)環(huán)境而發(fā)生改變：原本緊密結(jié)合在“異染色質(zhì)” DNA纏繞區(qū)的一種轉(zhuǎn)錄因子被釋放出來，這些纏繞區(qū)域得以解開并進(jìn)行復(fù)制。表觀遺傳并非只是DNA甲基化這么簡單。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，對基因組的表觀遺傳修飾還包括組蛋白（可供DNA纏繞）的修飾、染色質(zhì)的重塑、微小RNA的調(diào)節(jié)等諸多內(nèi)容。
上帝的禮物
之所以稱為禮物，是因?yàn)樵谀[瘤生成和治療、干細(xì)胞分化等諸多領(lǐng)域，表觀遺傳學(xué)扮演了重要角色。有研究人員發(fā)現(xiàn)，一部分DNA甲基化在腫瘤形成的早期發(fā)生了變化。并且，它不但對腫瘤早期轉(zhuǎn)化起作用，甚至也能影響腫瘤的轉(zhuǎn)移。
2004年，美國食品及藥品管理局首次批準(zhǔn)了一種DNA甲基化抑制劑的新藥——氮雜胞苷，用于治療骨髓增生異常綜合征。該藥能通過去甲基化作用，提高“正面”基因的主導(dǎo)地位。據(jù)藥品開發(fā)商Celgene公司介紹，重癥病人服用氮雜胞苷后，壽命能延長約兩年；而采用傳統(tǒng)療法的患者，存活期只有15個(gè)月。
正因如此，不少技術(shù)人員對利用表觀遺傳學(xué)開發(fā)藥物表現(xiàn)出極大興趣。例如，目前尚無好方法治療藥物成癮。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，成癮藥物會導(dǎo)致腦區(qū)的基因調(diào)控水平的改變。即使戒藥后，這些基因表達(dá)的變化仍可存月余，甚至導(dǎo)致病人終生心理成癮。而表觀遺傳讓飽受困擾的病人看到了曙光。正因?yàn)檫@份禮物非常厚重，所以關(guān)于它的研究持續(xù)升溫，進(jìn)行得如火如荼。
孫方霖認(rèn)為，類似人類重大疾病、干細(xì)胞、體細(xì)胞重編程、衰老、神經(jīng)科學(xué)研究等科學(xué)問題，其分子機(jī)制都離不開表觀遺傳調(diào)控。
而基因組學(xué)的科學(xué)家們，正嘗試著找出某一特定群體之間表觀遺傳的差異，更好地詮釋生命奧秘。
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