九、带你走进表观遗传学

表观遗传是指DNA序列并未发生变化，但是基因表达却发生了改变，而且是可遗传的现象。在任何一种细胞中，都会有一部分基因被激活，而另一部分基因被抑制。表观遗传学的改变主要有DNA甲基化和组蛋白修饰，另外还包括非编码RNA的作用。产生的遗传效应有基因组印记、基因沉默、母性影响、核仁显性等。表观遗传的改变不仅是细胞内的遗传物质作用的结果，同时还受环境因素的影响。表观遗传的调控出现异常，将会引起疾病的发生。

经典遗传学强调，遗传的分子基础是核酸，遗传信息存储在核酸的碱基序列中。人体内每种细胞都含有相同的遗传信息，在细胞分化过程中，由于表达模式不同，从而产生了不同的器官和组织。这些DNA序列并未发生改变，然而基因表达却发生了可以遗传的改变，这种现象就被称为表观遗传现象。

表观遗传学的概念是1942年由Waddington提出的，该学科的目的是研究生物的发育机制。随着研究的进展，人们对表观遗传的研究也不断发展，因此认为表观遗传学是研究并非DNA序列改变导致的可以遗传的基因表达变化。表观遗传学目前已成为了生命科学的研究热点，形成了一个独立的学科。

DNA甲基化是表观遗传的调节机制中研究最多和最清楚的修饰方式。DNA高度甲基化会影响DNA结构，抑制基因转录，进而导致基因沉默。正常的DNA甲基化对于维持生物体的生长和代谢是必需的，如X染色体失活、基因印记以及胚胎发育等。然而，当DNA甲基化出现异常时则会导致抑癌基因无法转录或者基因组不稳定，进而造成肿瘤的产生。

组蛋白修饰是另一种表观遗传修饰方式。组蛋白是染色体蛋白的基本结构，可与DNA、酶以及其他染色质蛋白发生相互作用，同时还参与染色质的组装以及凝聚过程。组蛋白的表观遗传修饰方式包括甲基化、乙酰化、泛素化及磷酸化等，这些修饰方式影响了染色质的结构和功能，促进或抑制基因的转录。

非编码RNA在表观遗传的调控过程中也发挥了重要的作用。非编码RNA根据长度的不同，又分为长链非编码RNA和短链非编码RNA。长链非编码RNA长度超过200 nt，序列不保守，不与目的基因同源，通过顺式调节作用使基因沉默。短链非编码RNA长度小于30 nt，主要在转录水平和转录后水平对基因进行调控。转录水平调控是由染色质修饰以及异染色质化抑制转录的过程，而转录后调控是降解mRNA或抑制mRNA翻译发挥作用。

表观遗传学的调节机制容易受到环境的影响，因此该学科更关注于探究环境诱导产生的表观遗传变异。在环境的影响下，某一调节机制的异常就可能导致细胞状态及细胞增殖发生改变，进而引发各种疾病的产生。然而很多表观遗传疾病都是可逆的，因此，产生的疾病也比较容易治疗，所以人们开始逐渐摸索表观遗传学疾病相应的药物研发及治疗方法。深入研究表观遗传学将会对人类的生活产生重要的意义。

（张 毅）