每個人都有父母，但從遺傳方面來講，父母對于塑造我們這個生物體所做的貢獻并不均衡。新的研究顯示，我們是父母綜合影響的產(chǎn)物。
母親和父親各為你提供了一半的基因，他們對你的遺傳貢獻是相等的。被稱為現(xiàn)代遺傳學(xué)之父的格雷戈爾·孟德爾在19世紀提出了這一概念，從那時起，它就一直是我們理解遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。
但在最近幾十年里，科學(xué)家漸漸認識到孟德爾的理論并不完善。的確，一個孩子的23條染色體來自母親，另外23條長統(tǒng)襪的染色體來自于父親。但研究表明，來自母親和父親的基因?qū)Πl(fā)育中的胎兒所產(chǎn)生的影響并不相等，有時這要看孩子到底繼承了誰的基因——這里所說的基因是指印跡基因。之所以被稱為“印跡基因”，是因為它載有一個額外的分子，就好像貼了張郵票一樣。這使孟德爾遺傳定律變得更加復(fù)雜了。這些分子印跡基因沉默（所謂沉默是指基因被抑制，不能表達），有些印跡基因被母親沉默，有些被父親沉默。這些基因的活性保持著微妙的平衡，只有這樣才能保證孩子健康地發(fā)育。如果這種平衡被打破，就會出現(xiàn)大麻煩。因為大部分印跡基因都跟大腦發(fā)育有關(guān)，主要的印跡錯誤會引發(fā)罕見的發(fā)育疾病，如Prader-Willi綜合征。這種疾病的特點是患者有輕微的智力障礙，激素水平失衡并導(dǎo)致肥胖。
為了更好地理解印跡的含義，我們有必要先了解一些基礎(chǔ)知識。“印跡”是一種表現(xiàn)遺傳學(xué)機制，是指在不改變基因編碼的情況下，細胞內(nèi)某分子發(fā)生的、會影響基因活性水平的改變。發(fā)生在卵子和精子里的印跡被稱為“基因組印跡”，這是根據(jù)它們基本的遺傳特點來命名的。其它種類的印跡還可能是環(huán)境因素影響的結(jié)果，比如雙親撫育或虐待等。
就在幾十年前，還很少有人能夠想象到，除了我們的DNA基本遺傳編碼外還有其他可遺傳的影響因素。1984年，英國劍橋大學(xué)的美國費城威斯特研究所的生物學(xué)家分別試圖培育一種特殊的小鼠，這種小鼠的兩套染色體要么全都來自父親，要么全都來自母親。按照孟德爾遺傳定律，新生小鼠應(yīng)該沒什么異常——畢竟它們有正常數(shù)目的基因的染色體，但是胚胎都死掉了。這意味著構(gòu)成一對染色體的兩條染色體不是隨意拼湊的，必須一條來自母方，一條來自父方。不過，那時科學(xué)家不清楚這是為什么。
沉默的標記
直到20世紀90年代初，生物學(xué)家才發(fā)現(xiàn)，答案就是基因組印跡。在《自然》和《基因與發(fā)育》雜志上發(fā)表的一系列論文中，研究者在小鼠身上辨別出了第一種印跡基因，這種基因跟一種叫做類胰島素生長因子2（IGF-2）的蛋白質(zhì)有關(guān)，IGF-2對調(diào)節(jié)幼崽個體大小起著重要作用。雌鼠沉默這一基因，使胎兒個頭較小，以便于雌鼠孕育；雄鼠會抑制編碼IGF-2蛋白受體的基因——阻斷受體的抑制效應(yīng)，使幼胎個頭可以長得比較大。在此之后，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了60多個被父母某一方印跡所修飾的人類基因。
發(fā)現(xiàn)印跡的證據(jù)并不容易。如果一個人來自父方和母方的某個相同基因在序列上有細微差異，遺傳學(xué)家就可以分析此基因是否轉(zhuǎn)錄形成了兩種RNA。如果只有一種，那么說明有一方的基因有可能被印跡修飾，因為其中一方的基因沒有表達。如果研究人員可以得到這個人雙親的DNA，就可以分辨出哪一方的基因沉默。由于這個判斷過程復(fù)雜又耗時，所以科學(xué)家認為，到目前為止他們只發(fā)現(xiàn)了很小一部分被基因組印跡標記的基因。不過現(xiàn)在已知的印跡標記中有很多都會都影響大腦發(fā)育——這可以解釋為什么基因印跡發(fā)生錯誤會嚴重影響神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。
不對稱的平衡
基因組印跡發(fā)生錯誤不僅會導(dǎo)致罕見的遺傳疾病。如Angelman綜合征和Prader-Willi綜合征，還可能引發(fā)常見的精神疾病，如自閉癥。
Angelman綜合征是一種由基因組印跡錯誤所導(dǎo)致的罕見疾病。全世界每12000～20000個兒童中，就有一個患這一疾病?；糀ngelman綜合征的兒童極其好動而且經(jīng)常發(fā)笑。研究顯示40%的患兒還患有處閉癥譜系障礙——在語言的社交技能方面存在很大缺陷。Angelman綜合征的標志是15號染色體一個片段上母源基因表達的蛋白質(zhì)減少，而來自父方的這些基因通常是被標記了的。Angelman綜合征患兒的大腦發(fā)育異常，大腦皮層比正常人稍小，2008年用小鼠做的一項研究還顯示患者小腦細胞呈現(xiàn)畸形。
如果印跡平衡偏向另一邊，母方的影響過多，就會出現(xiàn)另一種罕見的基因組印跡，即Prader-Willi綜合征。每10000～25000個孩子中就有一個患該病。這種疾病產(chǎn)生的原因是15號染色體同一片段的基因被不規(guī)則地印跡修飾，導(dǎo)致來自父方的基因表達減少（也有可能是15號染色體上出現(xiàn)雙倍母源基因所致）。對Prader-Willi綜合征患兒進行磁共振成像研究的結(jié)果顯示，他們的垂體結(jié)構(gòu)異常，腦干較小而且大腦皮層萎縮?；純撼尸F(xiàn)輕度智力障礙，激素水平異常，這常導(dǎo)致他們在青少年時期及成年時肥胖。
一些科學(xué)家認為印跡錯誤不僅導(dǎo)致了一些罕見的發(fā)育疾病，也可能產(chǎn)生了困擾當(dāng)今社會的一些普通精神疾病，如自閉癥和精神分裂癥等。英國倫敦經(jīng)濟學(xué)院的社會學(xué)家克里斯托弗·巴德科克對自閉癥有著濃厚的興趣，他和同事就致力于研究基因印跡對自閉癥的影響。
相反的病癥
巴德科克總是認為，自己跟別人比起來更有自閉癥的傾向。“通過設(shè)備的診斷，很大一部分人都有這種傾向——尤其是男性，”他解釋道，“我對自閉癥了解越多，就越覺得自己也是他們中的一分子。”巴德科克多年來對自閉癥的興趣孕育出了一個全新的想法：“我突然發(fā)現(xiàn)自閉癥的癥狀和偏執(zhí)型精神分裂癥癥狀存在很明顯的對稱性。”一些精神病患者缺少像自閉癥患者表現(xiàn)出的那種對自我的感知，而表現(xiàn)為病態(tài)的狂妄自大。
如果印跡與常見精神疾病的發(fā)生有必然的聯(lián)系，那么或許有一天，我們可以通過調(diào)節(jié)基因表達的藥物來治療這些患者。一種療法是通過RNA干擾來干擾基因表達。目前在美國加利福尼亞和克薩斯的臨床實驗中，研究人員就在測試一種RNA干擾療法，這種干擾可以降低與生長相關(guān)的腫瘤基因的表達。
科學(xué)家不僅發(fā)現(xiàn)了基因印跡在精神疾病中的作用，還揭示出父母對孩子大腦和行為的影響具有不對稱性。英國劍橋大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家E·巴里·克韋恩和同事發(fā)現(xiàn)，某些腦區(qū)幾乎完全由母源基因控制，而另一些腦區(qū)幾乎完全由父源基因控制。在正常小鼠胚胎只有幾個細胞的時候，研究人員把它們與只帶有親代一方染色體的兩細胞胚胎共同旋轉(zhuǎn)在培養(yǎng)皿中。結(jié)果這些小鼠胚胎要么表達父方的基因，要么主要表達母方的基因。
父方影響占主導(dǎo)地位的小鼠大腦較小，體型較大，下丘和隔膜（這些腦區(qū)負責(zé)維持能量平衡，并調(diào)控覓食、交配、情緒表達、攻擊等行為）的腦細胞富集；母方影響較多的小鼠體型較小，大腦較大——尤其是前腦的負責(zé)智力、復(fù)雜情應(yīng)答、規(guī)劃的解決問題的腦區(qū)尤為明顯。
有其父必有其子
長期以來，科學(xué)界一直以為孟德爾遺傳理論是我們理解所有遺傳問題的基礎(chǔ)，然而基因組印跡卻顛覆了這一認識?；蛟S我們對人類的大腦需要一個全新的認識。
這些發(fā)現(xiàn)顯示，來自父親的基因與本能行為的發(fā)育有關(guān)，例如覓食和交配；而來自母親的基因主要控制高級認識的發(fā)育。拉薩爾說：“母親對大腦的影響主要體現(xiàn)在語言和社會執(zhí)行功能上。從某種意義上來說，這更復(fù)雜”。
人類心理學(xué)研究也支持這些數(shù)據(jù)。2006年在《神經(jīng)遺傳學(xué)雜志》上發(fā)表的一項研究中多倫多貝克雷斯特醫(yī)院的心理學(xué)家招募了一些家庭參與研究，這些家庭中都必須有成年兄妹。研究人員對這些家庭成員進行了一系列測試，測試的任務(wù)要依靠某些特定腦區(qū)才能完成。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在涉及額葉、頂葉以及海馬區(qū)的任務(wù)中，兄妹與母親的表現(xiàn)很相似。這表明，運用這些腦區(qū)的技巧主要來自母親。不過作者也承認，孩子在這些技能方面與母親很相似，也可能是因為他們童年時與母親呆有一起的時間較長。
不可否認的是，基因組印跡顛覆了生物學(xué)中一些最基本的信條。一個世紀以來積累的關(guān)于遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的研究成果，竟然都建立在一個并不可靠的遺傳概念之上——這意味著我們本以為對大腦有了全面的認識，但實際上我們對它知之甚少。我們再也不能把自己簡單地看成是父母結(jié)合的產(chǎn)物，實際上我們是在進化過程中由來自父方和母方的成千上萬個片段拼接而成的一個復(fù)雜的神秘復(fù)合體。一旦我們能夠確認這個復(fù)合體的每一部分——這本身就是個巨大的挑戰(zhàn)，接下來就要破解它們是如何組合到一起的。
聯(lián)系客服
