【健康知識(shí)】熬夜會(huì)影響下一代嗎

【健康知識(shí)】熬夜會(huì)影響下一代嗎？為什么神經(jīng)細(xì)胞不會(huì)變成紅細(xì)胞？我們的生命起源于一個(gè)受精卵，逐漸形成由大約200種不同類(lèi)型細(xì)胞（包括神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、血液細(xì)胞等）組成的個(gè)體。從受精卵到形成不同類(lèi)型細(xì)胞的過(guò)程被稱(chēng)為細(xì)胞分化。1942年，沃丁頓針對(duì)細(xì)胞分化的過(guò)程首次提出“表觀(guān)遺傳景觀(guān)”（Epigeneticlandscape）的概念。該概念指出，細(xì)胞分化的過(guò)程類(lèi)似于一個(gè)小球從山頂往山底滑落的過(guò)程，山頂?shù)男∏蛲禄涞穆窂侥軌蛴卸喾N選擇。不同的路徑對(duì)應(yīng)著不同類(lèi)型細(xì)胞的分化過(guò)程。另外，沃丁頓認(rèn)為細(xì)胞分化的過(guò)程是一個(gè)單向不可逆的。小球一旦到達(dá)山底，它就不能到其它地方，例如神經(jīng)細(xì)胞不會(huì)變成紅細(xì)胞。然而，“表觀(guān)遺傳景觀(guān)”的內(nèi)在機(jī)制當(dāng)時(shí)并不清楚。對(duì)此，科學(xué)家提出了兩種假設(shè)：一種是隨著細(xì)胞的分化，細(xì)胞內(nèi)可能永久性地丟失了一些基因；另一種假設(shè)是細(xì)胞內(nèi)的DNA并沒(méi)有被丟失，只是有一些基因的表達(dá)被關(guān)閉了，導(dǎo)致這些基因信息無(wú)法被解碼成蛋白質(zhì)，發(fā)揮生物學(xué)功能。約翰·戈登在1958年完成了著名的爪蟾細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)，證明了第二種假設(shè)。他將爪蟾小腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞核移植到一個(gè)去掉細(xì)胞核的卵細(xì)胞中，該細(xì)胞最終成功發(fā)育出一個(gè)完整的爪蟾?jìng)€(gè)體。這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明分化細(xì)胞的細(xì)胞核具有完整的遺傳信息，可發(fā)育成為完整的個(gè)體。同時(shí)他提出細(xì)胞分化的過(guò)程并不是細(xì)胞中基因丟失，而是細(xì)胞內(nèi)一些不需要的基因的表達(dá)被關(guān)閉導(dǎo)致的。在DNA信息不變的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變基因信息解碼的狀態(tài)，進(jìn)而改變細(xì)胞的功能或者特征。這就是我們現(xiàn)在所說(shuō)的“表觀(guān)遺傳”的內(nèi)在原理。表觀(guān)遺傳怎么實(shí)現(xiàn)的？修飾，修飾，還是修飾在物質(zhì)層面上，表觀(guān)遺傳可以簡(jiǎn)單理解為在DNA上或周?chē)~外增加的化學(xué)修飾。那么，哪些表觀(guān)遺傳相關(guān)的化學(xué)修飾，可以影響細(xì)胞內(nèi)基因的解碼狀態(tài)？人體細(xì)胞包含46條（23對(duì)）染色體。染色體主要是由DNA和被稱(chēng)作組蛋白的蛋白質(zhì)所組成。DNA首先纏繞著由八個(gè)組蛋白組成的八聚體，形成核小體結(jié)構(gòu)。很多的核小體串聯(lián)成線(xiàn)性的結(jié)構(gòu)，隨后通過(guò)多種方式的折疊壓縮形成染色體。如果把線(xiàn)性的核小體結(jié)構(gòu)比喻成毛線(xiàn)，染色體就是一件毛衣。其實(shí)在每一件染色體毛衣上，除了毛線(xiàn)之外，還會(huì)有各種各樣的裝飾物——不同類(lèi)型的化學(xué)修飾。這些化學(xué)修飾有些是先天遺傳的，有些是在后天環(huán)境的影響下逐漸形成的。這些化學(xué)修飾如同基因表達(dá)的紅綠燈，告訴細(xì)胞哪些基因需要表達(dá)，哪些基因不需要表達(dá)。在DNA上存在的甲基化修飾，甲基基團(tuán)如同標(biāo)簽一樣插在DNA的堿基上面，它會(huì)告訴“轉(zhuǎn)錄機(jī)器”不要靠近，阻止DNA上的基因解碼成蛋白質(zhì)。在核小體的組蛋白上也存在各種各樣的化學(xué)修飾，包括乙?；⒓谆?、磷酸化等。如果組蛋白上有大量的甲基化修飾，它會(huì)使染色體呈現(xiàn)致密的狀態(tài)，如同一個(gè)線(xiàn)團(tuán)，導(dǎo)致“轉(zhuǎn)錄機(jī)器”無(wú)法靠近位于其中的基因，這些基因就不會(huì)被表達(dá)出來(lái)。但是如果組蛋白上含有大量的乙?；揎椀脑?huà)。那么對(duì)應(yīng)的染色體就會(huì)呈現(xiàn)出松散的狀態(tài)，“轉(zhuǎn)錄機(jī)器”就能夠很容易地靠近位于其中的基因，使蛋白質(zhì)表達(dá)出來(lái)?？纯碊NA甲基化調(diào)控基因表達(dá)的案例吧——X染色體失活與三色貓哺乳動(dòng)物的性別是由性染色體X和Y決定的。雄性個(gè)體擁有X和Y染色體各一條，而雌性個(gè)體則擁有兩條X染色體。在X染色體上分布著上千個(gè)基因。如果雌性細(xì)胞中的兩條X染色體上的基因都表達(dá)，那么相比于雄性細(xì)胞，雌性細(xì)胞中將含有兩倍劑量的X染色體基因編碼的蛋白質(zhì)。這樣的后果對(duì)細(xì)胞而言是災(zāi)難性的。事實(shí)上，雌性細(xì)胞中X染色體基因相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)量和雄性細(xì)胞是相當(dāng)?shù)?。?xì)胞是通過(guò)什么樣的機(jī)制實(shí)現(xiàn)這種X染色體基因表達(dá)的劑量補(bǔ)償過(guò)程呢？科學(xué)研究表明，在雌性細(xì)胞中，兩條X染色體中的一條會(huì)發(fā)生失活現(xiàn)象，導(dǎo)致失活的X染色體上的基因被沉默，無(wú)法表達(dá)出蛋白質(zhì)。這種X染色體失活正是由DNA甲基化所介導(dǎo)。在日常生活中見(jiàn)到的三色貓呈現(xiàn)黑、白、黃三色相間的毛色，而且三色貓往往是雌性，這種毛色現(xiàn)象與X染色體失活密切相關(guān)。其具體的內(nèi)在原因是控制黃色和黑色毛色的基因位于貓的X性染色體上；而貓的腹部毛色一般為白色，是由白化基因調(diào)控的，該基因位于常染色體上。由于公貓只有一條X染色體，它要么攜帶編碼黃色毛色的基因，要么攜帶編碼黑色毛色的基因，所以公貓主要表現(xiàn)為黃白或者黑白的毛色。母貓攜帶有兩條X染色體。在DNA甲基化的作用下，兩條X染色體中的一條會(huì)隨機(jī)失活，失活的X染色體上的大部分基因無(wú)法編譯出蛋白質(zhì)。如果母貓的兩條X染色體中的一條攜帶編碼黃色毛色的基因，另一條攜帶編碼黑色毛色的基因。在X染色體隨機(jī)失活的影響下，有的細(xì)胞失活黃色毛色基因所在的X染色體，有的細(xì)胞失活黑色毛色基因所在的X染色體，加之常染色體上白化基因的作用，最終導(dǎo)致母貓表現(xiàn)出黃、黑、白三種毛色并存的狀態(tài)。因此，DNA甲基化主要通過(guò)阻止細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)，影響細(xì)胞的特性。我們的長(zhǎng)相與父母十分相似，是因?yàn)楦改笇⑺麄兊幕蜻z傳給了我們。那么父母的表觀(guān)遺傳信息會(huì)傳遞給我們嗎？答案是肯定的。遺傳信息傳遞的介質(zhì)是生殖細(xì)胞。我們的個(gè)體是由精子和卵細(xì)胞受精后得到的受精卵發(fā)育而來(lái)。父母分別通過(guò)精子細(xì)胞和卵細(xì)胞將遺傳信息傳遞給子代個(gè)體。在受精之后，雖然來(lái)自父母的染色體上的表觀(guān)遺傳修飾會(huì)發(fā)生劇烈的擦除或重新建立等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)胚胎的正常發(fā)育，但是有一些表觀(guān)遺傳信息會(huì)從父母那里繼承并維持下來(lái)。一個(gè)經(jīng)典的案例是基因印記。我們?nèi)祟?lèi)屬于二倍體生物，我們的每個(gè)基因都有兩個(gè)拷貝，一個(gè)來(lái)自父親，一個(gè)來(lái)自母親。在一類(lèi)被稱(chēng)為印記基因的基因中，有些基因是來(lái)自父親的基因表達(dá)，來(lái)自母親的基因被沉默，而另外一些基因是來(lái)自母親的基因表達(dá)，來(lái)自父親的基因被沉默。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為基因印記?；蛴∮洷蛔C明與DNA甲基化有關(guān)。調(diào)控印記基因表達(dá)的DNA在一方親本中發(fā)生了甲基化，那個(gè)來(lái)自這方親本的基因就被沉默。在受精卵中，來(lái)自父母的基因印記相關(guān)DNA甲基化信息會(huì)被遺傳并維持下來(lái)。另外，在斑馬魚(yú)中，子代胚胎個(gè)體會(huì)完全繼承來(lái)自父親的DNA甲基化模式?，F(xiàn)在可以回答這些問(wèn)題了隨著我們對(duì)表觀(guān)遺傳機(jī)制認(rèn)識(shí)的加深，諸多問(wèn)題的答案也逐漸清晰。例如雙胞胎的差異、衰老在基因?qū)用娴谋举|(zhì)、環(huán)境對(duì)基因的影響等。同卵雙胞胎擁有相同的DNA信息，彼此之間卻存在諸多不同。研究人員發(fā)現(xiàn)同卵雙胞胎之間染色體上的各種各樣的化學(xué)修飾的水平在他們3歲的時(shí)候十分相似，但是在他們50歲的時(shí)候差異明顯增大。這一結(jié)果也說(shuō)明，即使在基因相同或相似的情況下，后天的生活環(huán)境或者生活習(xí)慣會(huì)很大程度上改變細(xì)胞里面的表觀(guān)遺傳狀態(tài)，影響基因表達(dá)的模式，進(jìn)而影響身體健康狀態(tài)。在衰老過(guò)程中，表觀(guān)遺傳狀態(tài)也會(huì)發(fā)生明顯的變化。相較年輕的細(xì)胞，老年的細(xì)胞里面組蛋白的表達(dá)量、DNA甲基化、組蛋白修飾等水平，尤其是抑制性的組蛋白修飾水平明顯下降，而一些激活性的組蛋白修飾水平顯著增加，從而導(dǎo)致在老年細(xì)胞里基因表達(dá)出現(xiàn)紊亂，出現(xiàn)一些異常的基因激活。長(zhǎng)期高脂飲食的雄鼠會(huì)表現(xiàn)出體重增加和肥胖等癥狀，同時(shí)伴隨有葡萄糖不耐受及胰島素抵抗等糖尿病相關(guān)表征。它們的精子細(xì)胞的表觀(guān)遺傳狀態(tài)也發(fā)生了變化，具體表現(xiàn)為精子細(xì)胞中DNA甲基化的整體水平顯著降低，一些與胚胎發(fā)育有關(guān)的基因的DNA甲基化發(fā)生異常。如果將這種高脂飲食的雄鼠與正常飲食的雌鼠交配，產(chǎn)下的后代中雌鼠雖然沒(méi)有出現(xiàn)肥胖癥狀，但是它們?cè)谄咸烟悄褪軠y(cè)試中表現(xiàn)出胰島素分泌異常及葡萄糖不耐受。為什么高脂飲食的雄鼠的后代中雌鼠表現(xiàn)出葡萄糖不耐受呢？一種可以解釋的內(nèi)在機(jī)制是子代雌鼠的胰島中Il13ra2基因的DNA甲基化下降，導(dǎo)致Il13ra2基因的表達(dá)明顯上升，最終導(dǎo)致胰島中β細(xì)胞異常。由此可見(jiàn)，日常的飲食習(xí)慣不僅會(huì)改變我們自身的表觀(guān)遺傳狀態(tài)，而且它也可以通過(guò)表觀(guān)遺傳影響到后代的健康狀況。另外，嚴(yán)重的睡眠問(wèn)題會(huì)影響我們的表觀(guān)遺傳嗎？現(xiàn)代科技給我們的生活帶來(lái)了很多便利，然而現(xiàn)代人由于工作壓力大、精神緊張等原因，加上睡前看手機(jī)、玩游戲等一些不良的生活習(xí)慣，導(dǎo)致在我國(guó)有超過(guò)3億人存在睡眠障礙。小鼠與人類(lèi)的研究工作向我們提供了一些線(xiàn)索。在睡眠剝奪的小鼠中，參與DNA甲基化建立的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶Dnmt3a1和Dnmt3a2的表達(dá)量顯著上升，提示睡眠缺失會(huì)引起DNA甲基化的上升。一項(xiàng)針對(duì)雙胞胎的研究揭示作息習(xí)慣不同的雙胞胎表現(xiàn)出不同的DNA甲基化模式。在雙胞胎中，相較于睡眠時(shí)間較長(zhǎng)的個(gè)體，睡眠時(shí)間較短的個(gè)體中約有50個(gè)基因的DNA甲基化水平發(fā)生變化。人體在經(jīng)歷一宿未眠之后，一些晝夜節(jié)律相關(guān)基因及代謝相關(guān)基因會(huì)發(fā)生DNA甲基化水平升高。睡眠障礙不僅僅會(huì)影響DNA甲基化，而且會(huì)導(dǎo)致組蛋白修飾的異常，包括組蛋白乙?；取？偟膩?lái)說(shuō)，表觀(guān)遺傳可以在不改變DNA序列信息的前提下，通過(guò)調(diào)控基因的表達(dá)狀態(tài)，調(diào)節(jié)細(xì)胞和個(gè)體的生物學(xué)特征。它受我們，甚至是我們父母的生活環(huán)境以及作息、飲食等習(xí)慣影響，改變?nèi)梭w細(xì)胞的表觀(guān)遺傳狀態(tài)，影響基因的正常表達(dá)，直接關(guān)系到我們的身體健康狀態(tài)。最后，讓我們回答幾個(gè)有關(guān)表觀(guān)遺傳的小問(wèn)題吧Q1拉馬克說(shuō)的“長(zhǎng)頸鹿的脖子變長(zhǎng)是因?yàn)橐缘礁邩?shù)上的葉子需要經(jīng)常伸長(zhǎng)脖子而造成的”，這跟表觀(guān)遺傳有關(guān)系嗎？從某種程度上，拉馬克的學(xué)說(shuō)與表觀(guān)遺傳有關(guān)，它強(qiáng)調(diào)了環(huán)境因素可能影響生物體的性狀，并可能遺傳給后代。但是表觀(guān)遺傳的發(fā)現(xiàn)并不是說(shuō)明拉馬克學(xué)說(shuō)