遗传学（Genetics）中心法则中，DNA 是遗传信息的主要载体，对长相、身高、患疾病的风险等表型的决定十分关键。但是，自然界有很多用遗传学无法解释的现象，比如，

1、 同一个蜂群中的蜂王和工蜂，均由基因组DNA相同的雌峰幼虫发育而来，但是为什么两者在体型、寿命、功能等方面存在巨大差异呢？

2、受精卵最后分化成成年个体，有200多种不同的细胞，它们几乎含有相同的DNA，但是为何会产生肝细胞、肺细胞、皮肤细胞等多种细胞类型呢？

3、 同卵双胞胎的DNA完全一样，为何两个孩子出生后在性格、健康方面会出现差异呢？

这些问题，无法用遗传学知识解答，表观遗传学则可以解释这些生命现象。

二、表观遗传学的概念及发展

1942年，英国生物学家Waddington提出“表观遗传学”（Epigenetics）。他认为，生物体从基因到基因表型之间存在一种控制，这种控制机制就是“表观遗传学”。1987年，美国学者Holliday对此概念做出了更加系统性的论断，即：没有DNA序列变化的、可遗传的、基因表达的改变。表观遗传学经90年代迅猛发展，目前仍是生命科学领域中的研究热点之一。

三、表观遗传学范畴

遗传学中心法则主要指DNA的“复制---转录---翻译”过程。表观遗传学只和“转录”有关系，和“复制、翻译”无关。表观遗传学研究内容包括，基因选择性转录调控和基因转录后调控。

真核细胞的基因组DNA在细胞核里是以染色质的形态存在的。DNA缠绕组蛋白构成核小体，核小体进一步高度折叠压缩为染色质(图1)。表观遗传调控可使特定区域的染色质结构发生高度动态变化（紧密或者松散），从而使该区域的转录 激活或者沉默。

从目前的研究来看，表观遗传学范畴主要包括： DNA甲基化、组蛋白修饰（磷酸化、乙酰化、泛素化等）、基因组印记、非编码RNA的调控、染色质重组、X染色体 剂量补偿等（图1）。

此处用表观遗传学解释一下开篇提出的三个现象，研究发现

1、工蜂和蜂王的差异，就是蜂王浆通过调控DNA甲基化影响了遗传信息的表达。出生3天后，护理蜂 会在雌蜂 幼虫中挑选很少一部分 继续喂食蜂王浆，这些幼虫发育为蜂王；其他幼虫改为喂食花粉和花蜜，发育成工蜂。

2、受精卵向个体组织器官分化的过程，也是DNA甲基化等表观遗传精准调控下的基因选择性表达的结果。

3、单卵双胞胎的个体差异则与生活环境、生活习惯对表观遗传修饰的影响有关。

 

图1 染色质结构和表观遗传学调控

四、表观遗传学与健康

表观遗传调控与细胞的发生、分化、老化等多种生物学现象密切相关，说表观遗传调控 是生命现象的司令塔也不为过。表观遗传调控有利也有弊。

利：表观遗传机制可以使生物体 打破DNA变化缓慢的限制，使后代能迅速获得亲代应对环境改变而发生的信息变化，这对生物种群的生存和繁衍有利。

弊：通过表观遗传传递下去的亲代经历的不良环境和生活习惯，对后代的健康 会产生不利的影响。

表观修饰中任何一方面异常和多方面异常的蓄积 都将影响染色质结构和基因表达，导致糖尿病、免疫紊乱以及癌症等疾病（图2）。

 

图2表观遗传学异常与人类疾病

DNA甲基化等表观遗传修饰的改变往往早于基因表达和影像学的改变。DNA甲基化检测在肿瘤早期诊断、疗效监测，预后评估等方面具有很大价值。

此外，由于许多表观遗传的改变是可逆的，这就为疾病的治疗提供了乐观的前景。以DNA甲基化和组蛋白乙酰化等为靶点的小分子药物的研发，也为攻克癌症带来了新的希望。

最后送大家一句话：Get a good genome, make a better epigenome。我们的基因组（genome）遗传自父母，很难改变；而表观基因组（epigenome） 方面，我们自己还是大有可为的。我们可以通过摒弃不良习惯，多做健康运动，多看书，为自己形成良好的表观基因组，预防大于治疗。祝大家身心健康！