如果我們能遺傳到父母基因之外的東西呢？這聽起來似乎有些不可思議。更準(zhǔn)確地說，如果我們可以遺傳那種激活和關(guān)閉特定基因的能力呢？

在一項(xiàng)近期發(fā)表在《自然 · 通訊》上的研究中，這些可能性已經(jīng)浮出水面。在小鼠身上進(jìn)行的研究表明，除了基因本身之外，還有一些信息從母親那里傳遞給了后代，影響著后代的骨骼發(fā)育。它們被稱為表觀遺傳信息。先前通常認(rèn)為，這類信息大多會(huì)在代際間重置。

這是哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)案例表明，來自母親卵子的長(zhǎng)期表觀遺傳效應(yīng)被傳到了下一代，它對(duì)后代的健康產(chǎn)生了終生的影響。

表觀遺傳學(xué)

表觀遺傳學(xué)是目前一個(gè)快速發(fā)展的科學(xué)領(lǐng)域，它研究的正是我們的基因如何激活和關(guān)閉的，從而讓遺傳指令在我們的身體里創(chuàng)造出各種各樣不同的細(xì)胞類型。

我們的基因，也就是 DNA 的 " 包裹 "，就像我們生命的說明書，它們會(huì)告訴我們的身體需要制造某些蛋白質(zhì)。但我們的細(xì)胞還需要一些指令，才能知道一個(gè)基因是否應(yīng)該被使用（激活），或者并不需要它的參與（關(guān)閉）。

這些指令會(huì)以化學(xué)或者叫 " 表觀遺傳 " 的標(biāo)簽（小分子）的形式出現(xiàn)，它們通常位于 DNA 的頂端。你在一生中會(huì)不斷積累下這些標(biāo)簽。

未激活的 DNA 上的表觀遺傳標(biāo)簽（橙色和藍(lán)色）。（圖／WEHI）

我們可以想想標(biāo)點(diǎn)符號(hào)是如何在閱讀時(shí)幫助我們理解一句話的。表觀遺傳標(biāo)簽就是類似的功能，它能幫助細(xì)胞理解一段 DNA 序列。如果沒有這些標(biāo)簽，細(xì)胞可能會(huì)在錯(cuò)誤的時(shí)間制造一種蛋白質(zhì)，或者根本就不制造出它們。

表觀遺傳的變化會(huì)受到環(huán)境的影響，比如我們的飲食、身體活動(dòng)水平或者接觸的污染物，都可能影響基因如何表達(dá)。但這些變化不會(huì)改變 DNA 本身。

目前，我們僅僅知道非常少量的 " 印記 " 基因可以跨代攜帶表觀遺傳信息，而幾乎沒有其他基因被證明會(huì)受到父母表觀遺傳狀態(tài)的影響，換句話說，表觀遺傳的變化通常不會(huì)從父母遺傳給后代。這是因?yàn)?，在代際之間會(huì)出現(xiàn)一次 " 出廠重置 " 的過程，卵子中幾乎所有表觀遺傳標(biāo)簽在受孕后不久就會(huì)被清除。

但反過來說，這也意味著，在卵子發(fā)育和非常早期的胚胎發(fā)育期間，表觀遺傳的狀態(tài)會(huì)經(jīng)歷最多變化，胚胎在這個(gè)發(fā)育窗口期更容易受到表觀遺傳的影響。

驚人的發(fā)現(xiàn)

但是，這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)卻改變了我們對(duì)遺傳的理解，它表明，表觀遺傳信息的傳遞可能比先前認(rèn)為的更經(jīng)常發(fā)生。

研究人員對(duì)了解小鼠卵子中一種名為SMCHD1的蛋白質(zhì)的功能非常感興趣。這是科學(xué)家于 2008 年發(fā)現(xiàn)的一種表觀遺傳調(diào)節(jié)物。

細(xì)胞分裂過程中，胚胎里留下的母親制造的 SMCHD1（綠色）。（圖／Wanigasuriya et al.eLife 2020）

通過從小鼠卵子中移除 SMCHD1，他們發(fā)現(xiàn)，從缺乏 SMCHD1 的卵子中發(fā)育而來的小鼠的骨骼發(fā)生了改變，脊柱中的一些椎骨被破壞。這只能用卵子中 SMCHD1 的丟失導(dǎo)致的表觀遺傳變化來解釋。

此外，他們還著重研究了一組被稱為Hox的基因。這些基因編碼了一系列已知的蛋白質(zhì)，控制著哺乳動(dòng)物的骨骼如何發(fā)育。從蒼蠅到人類，所有動(dòng)物都有 Hox 基因，而且對(duì)于構(gòu)建我們的脊柱至關(guān)重要。進(jìn)化對(duì) Hox 基因在胚胎發(fā)育過程中的表達(dá)時(shí)間進(jìn)行了微調(diào)，確保骨骼的正確組裝。

研究表明，母親的 SMCHD1 在卵子中建立的表觀遺傳標(biāo)簽，可以影響這些 Hox 基因在后代中的表達(dá)方式。卵子中 SMCHD1 的數(shù)量會(huì)影響 Hox 基因的活性，并影響胚胎的模式化，防止這些基因過早地被激活。如果卵子中沒有母體的 SMCHD1，后代出生后的骨骼結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生變化。

雖然卵子中的這些 SMCHD1 僅僅會(huì)在受孕后持續(xù)存在兩天左右的時(shí)間，但它對(duì)后代卻會(huì)產(chǎn)生終身的影響。

巨大的驚喜

對(duì)研究人員來說，這一發(fā)現(xiàn)是一個(gè)很大的驚喜，他們花了很長(zhǎng)時(shí)間確認(rèn)并理解它。

這意味著，從母親卵子中攜帶的表觀遺傳信息會(huì)傳遞給她的后代，并塑造著他們的成長(zhǎng)方式。這種遺傳的發(fā)生可能遠(yuǎn)比我們?cè)日J(rèn)為的更頻繁。

研究人員認(rèn)為，隨著更多例子的發(fā)現(xiàn)，很有可能會(huì)出現(xiàn)母親的飲食或其他環(huán)境變化影響下一代的情況，從而真正轉(zhuǎn)變我們對(duì)表觀遺傳的理解。

但是，目前科學(xué)家還無法確定，在人類中同樣的表觀遺傳變化是否同樣會(huì)遺傳，并對(duì)我們骨骼發(fā)育的方式和疾病帶來潛在的影響。

此外，這一結(jié)果還可能對(duì)帶有 SMCHD1 蛋白質(zhì)對(duì)應(yīng)的基因變異的女性和她們的后代產(chǎn)生影響。人體中 SMCHD1 的基因變異有可能導(dǎo)致人類疾病，比如一種肌肉萎縮癥。隨著研究的深入，SMCHD1 可能成為新藥的標(biāo)靶，從而改變蛋白質(zhì)的功能，并幫助那些由變異引起的疾病患者。