你的基因?qū)δ愕慕】灯鹬匾饔?，但你的行為和環(huán)境也起著重要作用，比如你吃什么，你的身體活動(dòng)程度如何。表觀遺傳學(xué)是研究你的行為和環(huán)境如何導(dǎo)致影響基因工作方式的變化的學(xué)科。與遺傳變化不同，表觀遺傳變化是可逆的，不會(huì)改變你的DNA序列，但它們可以改變你的身體讀取DNA序列的方式。

基因表達(dá)是指根據(jù)基因中的指令產(chǎn)生蛋白質(zhì)的頻率或時(shí)間。雖然基因變化可以改變蛋白質(zhì)的組成，但表觀遺傳變化會(huì)影響基因表達(dá)，從而“打開”和“關(guān)閉”基因。由于飲食和運(yùn)動(dòng)等環(huán)境和行為會(huì)導(dǎo)致表觀遺傳變化，因此很容易看出基因與行為和環(huán)境之間的聯(lián)系。

表觀遺傳學(xué)是如何工作的？

表觀遺傳變化以不同方式影響基因表達(dá)。表觀遺傳變化的類型包括：

DNA甲基化

DNA甲基化通過向DNA中添加一個(gè)化學(xué)基團(tuán)來起作用。通常，這一組被添加到DNA上的特定位置，在那里它阻止附著在DNA上的蛋白質(zhì)“讀取”基因。這種化學(xué)基團(tuán)可以通過稱為去甲基化的過程去除。通常，甲基化使基因“關(guān)閉”，去甲基化使基因“開啟”

組蛋白修飾

DNA包裹著稱為組蛋白的蛋白質(zhì)。緊密包裹在組蛋白周圍的DNA不能被“讀取”基因的蛋白質(zhì)訪問。一些基因包裹在組蛋白周圍并“關(guān)閉”，而一些基因沒有包裹在組蛋白周圍并“打開”?？梢詮慕M蛋白中添加或刪除化學(xué)基團(tuán)，并改變基因是否被打開或包裹（“打開”或“關(guān)閉”）。

非編碼RNA

你的DNA被用作制造編碼和非編碼RNA的指令。編碼RNA用于制造蛋白質(zhì)。非編碼RNA通過與編碼RNA和某些蛋白質(zhì)結(jié)合，分解編碼RNA，使其不能用于制造蛋白質(zhì)，從而幫助控制基因表達(dá)。非編碼RNA也可能招募蛋白質(zhì)來修飾組蛋白，從而“打開”或“關(guān)閉”基因。

你的表觀遺傳學(xué)如何改變？

你的表觀遺傳學(xué)隨著年齡的增長而變化，這既是正常發(fā)育和衰老的一部分，也是對(duì)你的行為和環(huán)境的反應(yīng)。

表觀遺傳學(xué)與發(fā)育

表觀遺傳變化在你出生之前就開始了。你所有的細(xì)胞都有相同的基因，但外觀和行為卻不同。隨著你的生長發(fā)育，表觀遺傳學(xué)有助于確定一個(gè)細(xì)胞將具有哪些功能，例如，它將成為心臟細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞還是皮膚細(xì)胞。

示例：神經(jīng)細(xì)胞與肌肉細(xì)胞

你的肌肉細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞有相同的DNA，但工作方式不同。神經(jīng)細(xì)胞將信息傳輸?shù)缴眢w的其他細(xì)胞。肌肉細(xì)胞的結(jié)構(gòu)有助于提高身體的運(yùn)動(dòng)能力。表觀遺傳學(xué)允許肌肉細(xì)胞“打開”基因，使蛋白質(zhì)對(duì)其工作重要，并“關(guān)閉”對(duì)神經(jīng)細(xì)胞工作重要的基因。

表觀遺傳學(xué)與年齡

你的表觀遺傳學(xué)在你的一生中都會(huì)發(fā)生變化。出生時(shí)的表觀遺傳學(xué)與童年或成年時(shí)的表觀遺傳學(xué)不同。

例：新生兒與26歲與103歲的對(duì)比研究

對(duì)一名新生兒、26歲和103歲的嬰兒進(jìn)行了數(shù)百萬個(gè)位點(diǎn)的DNA甲基化檢測。DNA甲基化水平隨著年齡的增長而降低。新生兒的DNA甲基化水平最高，103歲的DNA甲基化水平最低，26歲的DNA甲基化水平介于新生兒和103歲之間（1）。

表觀遺傳學(xué)與可逆性

并非所有的表觀遺傳變化都是永久性的。一些表觀遺傳變化可以根據(jù)行為或環(huán)境的變化而添加或刪除。

例：吸煙者與非吸煙者與前吸煙者

吸煙會(huì)導(dǎo)致表觀遺傳變化。例如，在AHRR基因的某些部分，吸煙者的DNA甲基化程度往往低于不吸煙者。重度吸煙者和長期吸煙者之間的差異更大。戒煙后，前吸煙者可能開始增加該基因的DNA甲基化。最終，他們可以達(dá)到與不吸煙者相似的水平。在某些情況下，這種情況可能在一年內(nèi)發(fā)生，但時(shí)間長短取決于戒煙前吸煙的時(shí)間和數(shù)量。

表觀遺傳學(xué)與健康

表觀遺傳變化會(huì)以不同方式影響您的健康：

傳染

細(xì)菌可以改變你的表觀遺傳學(xué)，削弱你的免疫系統(tǒng)。這有助于細(xì)菌存活。

例：結(jié)核分枝桿菌

結(jié)核分枝桿菌引起肺結(jié)核。感染這些細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致某些免疫細(xì)胞中的組蛋白發(fā)生變化，從而導(dǎo)致“關(guān)閉”IL-12B基因。關(guān)閉IL-12B基因會(huì)削弱你的免疫系統(tǒng)，提高結(jié)核分枝桿菌的存活率（3）。

巨蟹座

某些突變使你更容易患癌癥。類似地，某些表觀遺傳變化會(huì)增加患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。例如，BRCA1基因突變使其無法正常工作，這使你更有可能患乳腺癌和其他癌癥。類似地，導(dǎo)致BRCA1基因表達(dá)降低的DNA甲基化增加了患乳腺癌和其他癌癥的風(fēng)險(xiǎn)（4）。雖然癌細(xì)胞增加了某些基因的DNA甲基化，但與正常細(xì)胞相比，癌細(xì)胞的總體DNA甲基化水平較低?？雌饋硐嗨频牟煌愋偷陌┌Y可能有不同的DNA甲基化模式。表觀遺傳學(xué)可用于幫助確定一個(gè)人患有哪種類型的癌癥，或有助于盡早發(fā)現(xiàn)難以發(fā)現(xiàn)的癌癥。單靠表觀遺傳學(xué)無法診斷癌癥，癌癥需要通過進(jìn)一步的篩查測試來確認(rèn)。

例：結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌增加了SEPT9基因的甲基化。一些商業(yè)的基于表觀遺傳學(xué)的結(jié)直腸癌檢測著眼于SEPT9基因的DNA甲基化水平。當(dāng)與其他診斷篩查測試一起使用時(shí)，這些基于表觀遺傳學(xué)的測試可以幫助早期發(fā)現(xiàn)癌癥（5）（6）。

孕期營養(yǎng)

孕婦懷孕期間的環(huán)境和行為，如是否食用健康食品，會(huì)改變嬰兒的表觀遺傳學(xué)。其中一些變化可能會(huì)持續(xù)幾十年，并可能使兒童更容易患某些疾病。

例如：荷蘭饑餓冬季饑荒（1944-1945）

母親在饑荒期間懷孕的人更容易患上某些疾病，如心臟病、精神分裂癥和2型糖尿病（7）。饑荒發(fā)生大約60年后，研究人員觀察了母親在饑荒期間懷孕的人的甲基化水平。與出生前沒有遭受饑荒的兄弟姐妹相比，這些人在某些基因上的甲基化增加，而在其他基因上的甲基化減少（8）（9）（10）。甲基化的這些差異有助于解釋為什么這些人在晚年患某些疾病的可能性增加（7）（10）（11）（12）。

相關(guān)文獻(xiàn)：

1.Heyn H, Li N, Ferreira H, et al., Distinct DNA methylomes of newborns and centenariansexternal icon. Proc Natl Acad Sci U S A 2012; 109:10522-7

2.McCartney D, Stevenson A, Hillary R, et al., Epigenetic signatures of starting and stopping smokingexternal icon. EBioMedicine 2018; 37:214-220

3.Chandran A, Antony C, Jose L, et al., Mycobacterium Tuberculosis Infection Induces HDAC1-Medicated Suppression of IL-12B Gene Expression in Macrophagesexternal icon. Front Cell Infect Microbiol 2015; 5:90.

4.Tang Q, Cheng J, Cao X, et al., Blood-based DNA methylation as biomarker for breast cancer: a systematic reviewexternal icon. Clin Epigenetics 2016; 8: 115.

5.Johnson D, Barclay R, Mergener K, et al., Plasma Septin9 Versus Fecal Immunochemical Testing for Colorectal Cancer Screening: A Prospective Multicenter Studyexternal icon. PLoS One 2014; 9:e98238.

6.Food and Drug Administration. Epi proColonpdf iconexternal icon. 2016 [accessed 29 June 2020].

7.Roseboom T., Epidemiological evidence for the developmental origins of health and disease: effects of prenatal undernutrition in humansexternal icon. J Endocrinol 2019. 242:T135-T144

8.Heijmans B, Tobi E, Stein A, et al., Persistent epigenetic differences associated with prenatal exposure to famine in humansexternal icon. Proc Natl Acad Sci U S A 2008; 105: 17046-17049.

9.Tobi E, Lumey L, Talens R, et al., DNA Methylation Differences After Exposure to Prenatal Famine Are Common and Timing- And Sex- Specificexternal icon. Hum Mol Genet 2009; 18:4046-53.

10.Tobi E, Slieker R, Luijk R, et al., DNA methylation as a mediator of the association between prenatal adversity and risk factors for metabolic disease in adulthoodexternal icon. Sci Adv 2018; 4:eaao4364.

11.Dayeh T, Tuomi T, Almgren P, et al., DNA Methylation of Loci Within ABCG1 and PHOSPHO1 in Blood DNA is Associated With Future Type 2 Diabetes Riskexternal icon. Epigenetics 2016; 7: 482-8.

12.Pidsley R, Dempster E, Troakes C, et al., Epigenetic and genetic variation at the IGF2/H19 imprinting control region on 11p15.5 is associated with cerebellum weightexternal icon. Epigenetics 2012; 7:155-163.