DNA,即脱氧核糖核酸,是所有生物的遗传物质。人体中每个细胞内都有6英尺(约1.83米)长的DNA,它们紧密缠绕成染色体。每个细胞的细胞核中都有23对染色体,分别来自双亲。
每个DNA分子由两条相互缠绕的双螺旋互补链组成。该结构使得DNA分子可以复制和自我修复。
基因是遗传物质的基本单位,而基因由DNA组成。有些基因存储有制造蛋白质的信息。人类基因组是一套完整的基因,编码人体生存所需的所有蛋白质。这其中,只有3%的DNA构成基因,其余97%则控制基因的表达。
每天,我们的DNA都会受损上万次。有些损伤发生在细胞复制分化的时候。其他的损伤由以下原因导致:
❏ 太阳辐射 。太阳辐射会引发皮肤癌。
❏ 氡 。氡是一种无味天然气体,会通过地下室进入房间,是不吸烟人群罹患肺癌的首要因素。如果你吸烟,你在家中吸入的氡会加大吸烟引发肺癌的风险。
❏ 烟草烟雾 。烟草烟雾,包括二手烟,会引发肺癌。
❏ 暴露在有毒化学物质中 。暴露在有毒化学物质中会使特定器官中的DNA反复受损。这些器官包括肺、膀胱、食道、胃、结肠,来自于空气和食物的有害物质会改变你的DNA。
❏ 感染 。由致病细菌和病毒引起的感染可导致DNA突变,从而诱发癌症,如宫颈癌、肝癌(肝细胞癌)、口腔癌和上呼吸道癌。
❏ 自身免疫性疾病 。自身免疫性疾病会同时引起受损伤器官和血液里白细胞中的DNA。
❏ 传统癌症疗法 。诸如化疗和放疗等传统癌症疗法造成的DNA损伤,会在患者接受治疗后导致继发性癌症。
❏ 医学成像过程。 常见医学成像过程中释放出的射线会损伤DNA。
1. DNA修复
一个DNA分子由两条相互缠绕的双螺旋互补链组成。如果一个细胞内的DNA受损,该细胞可以参照互补链修复DNA。
研究表明,摄入特定食物可以减少DNA损伤,通过防止损伤或促进修复进程的方式实现。
2. 表观遗传学变化
尽管DNA编码的基因是不变的,但是环境因素会影响这些基因的表达。表观遗传学则研究DNA上激活或抑制基因表达的片段。
为何人体每个细胞都拥有相同的DNA却执行不同的功能?表观遗传学完美地回答了这个问题。这是因为微环境不同,细胞使用的编码部分不同。
DNA会回应来自体内外的影响,包括压力、睡眠、运动和饮食。素食中的生物活性物质对基因有积极影响,加工食物中的化学物质则对基因有害。表观遗传学的主要机制如下:
❏ 甲基化修饰 。DNA由四种核苷酸:胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和腺嘌呤组成。DNA甲基化是指甲基(CH3)附着在DNA链上使得部分DNA不可读。因此细胞便无法编码相应的蛋白质。脱甲基作用通过移除包裹在DNA表面的甲基,帮助基因制造蛋白质。
❏ 组蛋白修饰。 组蛋白是将细胞内的DNA盘曲折叠呈现出结构单位的蛋白质。在组蛋白中添加乙酰基(乙酰基化),可以解开DNA螺旋,使基因解码蛋白质。移除组蛋白上的乙酰基(脱乙酰基化),可使DNA螺旋收紧并隐藏,只能解码出少量的蛋白质。
❏ 微RNA。 微RNA是一组特殊的RNA分子,通过干扰RNA模板来阻止特定蛋白质的合成。
很多健康的活动会产生正向的表观遗传学变化。
❏ 运动。 产生的表观遗传学变化,是会激活基因解码蛋白质增肌,促进心脏泵血功能,生成新血管,降低血脂。
❏ 良好的睡眠。 促使DNA发生表观遗传学变化。一项研究表明,八小时睡眠会开启促进脂肪代谢、防止肥胖的基因开关,而缺乏睡眠则会干扰这些基因的表达。
❏ 睡眠不足。 导致儿童肥胖的风险增加45%。仅一次睡眠不足就会干扰多种基因的表达,阻止蛋白质的合成。
❏ 冥想。 产生积极的表观遗传学变化,降低炎症相关基因的活性。
❏ 压力。 促使炎症相关基因的表达。研究表明,遭受严重创伤和患有创伤后应激障碍(PTSD)的人,其DNA上会发生许多有害的表观遗传学变化。
❏ 环境中的有毒物质。 使得患有癌症、自闭症、抑郁症、精神分裂症、阿尔茨海默症、自身免疫性疾病、糖尿病、炎性肠病和肥胖症的病人产生表观遗传学变化。
❏ 饮食和生活习惯 。饮食和生活习惯会触发有害或有益的表观遗传学变化。研究表明,DNA表达的变化会遗传给下一代。这些表观遗传学变化会影响精神分裂症、自闭症谱系障碍、阿尔茨海默症、帕金森病、重度抑郁症、动脉粥样硬化和自身免疫性疾病等一系列疾病。
3. 端粒
端粒是位于染色体顶部的一串长而重复的DNA序列。端粒在细胞分裂过程中保护染色体免受破坏。细胞每分裂一次,端粒就短一截。当端粒耗尽时,细胞分裂停止,细胞死亡。
吸烟、压力大、睡眠质量低、缺乏运动会降低修复端粒的端粒酶活性。随着我们年龄的增加,端粒会自然地缩短。
科学家发现,百岁老人的端粒比较长。2008年,迪恩·奥尼什发表一项重要研究,称彻底改变生活方式可以改善前列腺癌患者端粒酶对端粒的保护作用。除了对端粒酶的影响,生活方式的改变也会对具有抗癌作用的血管生成蛋白质产生表观遗传作用。
饮食是影响端粒的重要因素之一。研究表明,母乳喂养可以增加婴儿端粒的长度。研究人员还发现,每周饮用碳酸饮料四次以上的儿童,其端粒比不喝碳酸饮料的儿童的端粒要短。一些饮食习惯——如地中海饮食方式——会保护并延长我们的端粒。