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「性格隨爸,智商隨媽」真有遺傳學依據?(圖)

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瘋瘋顛顛 發表於 2015-6-5 22:18 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
 2015年6月1日環球科學來源:環球科學

  現在你可能已記不起高中生物課都講了什麼,不過有些東西也許不會忘記,例如你是父母的結晶——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。被稱為現代遺傳學之父的格雷戈爾·孟德爾(Gregor Mendel)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的基礎。

  

  但在最近幾十年裡,科學家漸漸認識到孟德爾的理論並不完善。的確,一個孩子的23條染色體來自於母親,另外23條互補的染色體來自於父親。但研究表明,來自母親和父親的基因對發育中的胎兒所產生的影響並不相等,有時這要看孩子到底繼承了誰的基因——這裡所說的基因是指印跡基因(imprinted gene)。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複雜了。這些分子印跡使基因沉默(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育。

  如果這種平衡被打破,就會出現大麻煩。因為大部分印跡基因都跟大腦發育有關,主要的印跡錯誤會引發罕見的發育疾病,如Prader-Willi綜合征。這種疾病的特點是患者有輕微的智力障礙,激素水平失衡並導致肥胖。最近科學家推測,更多細微的印跡錯誤可能還會導致常見的精神疾病,比如自閉症、精神分裂症和阿爾茨海默病。深入了解印跡錯誤的發生機制,可以為醫生提供更多治療甚至預防這些疾病的新方法。

  通過對印跡基因的研究,科學家還揭示出一些線索,暗示雙親的基因如何影響孩子的大腦發育——似乎母源基因對某些腦區的形成發揮著更加重要的作用,例如負責語言和複雜思維的腦區;父源基因則對另一些腦區的形成更為重要,例如與生長、進食和交配有關的腦區。「要想大腦發育正常,父母的影響都必不可少,」美國加利福尼亞大學的醫學微生物學家雅尼娜·拉薩爾(Janine LaSalle)這樣說道,「我們也才開始意識到那意味著什麼。」她實驗室的主要研究方向就是基因印跡。

  為了更好地理解印跡的含義,我們有必要先了解一些基礎知識。「印跡」是一種表觀遺傳學機制(epigenetic mechanism),是指在不改變基因編碼的情況下,細胞內某分子發生的、會影響基因活性水平的改變。發生在卵子和精子里的印跡被稱為「基因組印跡」(genomic imprinting),這是根據它們基本的遺傳特點來命名的。其他種類的印跡還可能是環境因素影響的結果,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,英國劍橋大學和美國費城威斯特研究所的生物學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麼全都來自父親,要麼全都來自母親。按照孟德爾遺傳定律,新生小鼠應該沒什麼異常——畢竟它們有正常數目的基因和染色體,但是胚胎都死掉了。這意味著構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,那時科學家並不清楚這是為什麼。沉默的標記

  直到20世紀90年代初,生物學家才發現,答案就是基因組印跡。在《自然》和《基因與發育》(Genes and Development)雜誌上發表的一系列論文中,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(insulinlike growth factor 2,IGF-2)的蛋白有關,IGF-2對調節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,以便於雌鼠孕育;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,使幼鼠胎兒個頭可以長得比較大。在此之後,科學家又發現了60多個被父母某一方印跡所修飾的人類基因。

  基因被「標上」印跡,是因為一種被稱為甲基基團(methyl group)的分子增添到了基因的DNA上。甲基化(methylation)會抑制基因表達,或者阻止基因轉錄為RNA和蛋白質等構成人體的基礎物質,其中的具體原因目前還不清楚。似乎基因標記會使細胞無法識別基因編碼。女性卵子只攜帶從母親那裡遺傳來的基因組印跡,父親的印跡則被消除;同樣,男性精子的基因組印跡來自於父親。

  通常情況下,來自母親和父親的相同基因都會表達。當這兩個基因不同時(比如母親是藍眼睛而父親是棕色眼睛),它們都被翻譯成蛋白質,但最後的結果取決於兩個基因綜合表達后的效應(比如棕色眼睛基因表達的蛋白質佔優勢,孩子的眼睛就是棕色的——當然,實際上眼睛的顏色是由好幾個不同的基因共同決定的)。當母方這一基因被甲基標記,它就會沉默——永遠不表達。由於只有父源基因的表達產物,所以人體內由這種基因轉錄產生的RNA或蛋白質就只有一半。同樣,當來自父方的這一基因被標記而變得沉默,那麼體內就只有母源基因可以產生RNA和蛋白質。

  發現印跡的證據並不容易。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,遺傳學家就可以分析此基因是否轉錄形成了兩種RNA。如果只有一種,那麼說明有一方的基因有可能被印跡修飾,因為其中有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,就可以分辨出是哪一方的基因沉默了。由於這個判斷過程複雜又耗時,所以科學家認為,到目前為止他們只發現了很小一部分被基因組印跡標記的基因。不過現在已知的印跡基因中有很多都會都影響大腦發育——這可以解釋為什麼基因印跡發生錯誤會嚴重影響神經系統的發育。不對稱的平衡

  Angelman綜合征是一種由基因印跡錯誤所導致的罕見疾病。全世界每12,000~20,000個兒童中,就有一個患這一疾病。患Angelman綜合征的兒童極其好動而且經常發笑。研究顯示40%的患兒還患有自閉症譜系障礙(autism spectrum disorders,ASD)——在語言和社交技能方面存在很大缺陷。Angelman綜合征的標誌是15號染色體一個片段上由母源基因表達的蛋白質減少,而來自父方的這些基因通常是被標記了的。換句話說,通常情況下來自父親的這些基因是沉默的,但由於來自母親的這些基因也錯誤地被印跡修飾,不能正常表達,所以母源基因不能平衡父方的印跡效應。Angelman綜合征患兒的大腦發育異常: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畸形。

  如果印跡平衡偏向另一邊——母方的影響過多——就會出現另一種罕見的基因組印跡疾病,即Prader-Willi綜合征。每10,000 ~ 25,000個孩子中就有一個患該病。這種疾病產生的原因是15號染色體同一片段的基因被不規則地印跡修飾,導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果顯示,他們的垂體(pituitary gland)結構異常,腦幹較小而且大腦皮層萎縮。患兒呈現輕度智力障礙,激素水平異常,這常導致他們在青少年時期及成年時肥胖。兩性之爭

  

  基因組印跡,即某些基因被母親沉默,另一些被父親沉默,給傳統的遺傳學觀念又增添了些許複雜性。印跡發生錯誤會導致可怕的神經疾病。那麼印跡最早是怎樣演化而來的?進化生物學家提出了一些理論假設,其中最為人們廣泛接受的是「父母衝突」(parental conflict)理論。美國哈佛大學生物學家戴維·黑格(David Haig)發展了這一理論。這套理論基於兩個前提:第一,在長久的進化發展過程中,我們的祖先進化出的行為有助於他們將儘可能多的基因遺傳給後代;第二,女性祖先傾向於跟多個男性繁育孩子——同樣,男性祖先也爭取使儘可能多的女性懷有他的孩子。

  如果這些假設是真的,那麼按照這套理論,男性在進化上的傾向是讓自己的孩子從母親那裡爭取到更多的食物和關愛,而不惜犧牲其他孩子的利益。相反地,雌性則努力讓自己的後代都不要有過度的需求,因為她的目的是把資源平均分配給她所有的孩子,讓他們都有同等的生存機會。

  黑格說,這些相反的力量通過基因組印跡相互競爭。母親傾向於沉默那些促進生長和需求行為的基因,而父親則要沉默那些抑制生長和需求行為的基因。威爾士卡迪夫大學的行為遺傳學家安東尼·R·艾爾斯(Anthony R. Isles)說:「男性和女性對懷孕存在著對立的需求。」

  對基因印跡的一些研究也支持這一理論:母方通常沉默與生長相關的基因,結果使促進生長的蛋白質減少了一半。研究還顯示,來自父方的基因在與進食和吸吮相關腦區的發育中所起的作用比來自母方的基因大得多。儘管大部分研究者都贊同這一理論,認為「父母衝突」可以解釋基因印跡的起源,但只有一些間接證據能證明它可能是正確的。相反的病症

  一些科學家認為印跡錯誤不僅導致了一些罕見的發育疾病,也可能產生了困擾當今社會的一些普通精神疾病,如自閉症和精神分裂症等。英國倫敦經濟學院的社會學家克里斯托弗·巴德科克(Christopher Badcock)對自閉症有著濃厚的興趣,他和同事就致力於研究基因印跡對自閉症的影響。

  巴德科克總是認為,自己跟別人比起來更有自閉症的傾向。「通過現代設備的診斷,很大一部人都有這種傾向——尤其是男性,」他解釋道,「我對自閉症了解越多,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症的興趣孕育出了一個全新的想法:「我突然發現自閉症的癥狀和偏執型精神分裂症(paranoid schizophrenia)的癥狀存在很明顯的對稱性。」自閉症的英文Autism來源於拉丁語,大意是自我定位(self-orientation),其特徵是社交出現障礙、注視能力下降和語言發育受阻。而精神分裂症之類的精神疾病卻表現為相反的癥狀:一些精神病患者缺少像自閉症患者表現出的那種對自我的感知,而表現為病態的狂妄自大。

  1993年的一天,巴德科克在倫敦乘火車去上班的路上無意中發現,《新科學家》雜誌上有一篇文章談到IGF-2基因表達中印跡的作用,IGF-2蛋白可以影響胎兒的個頭大小。他突然意識到「洞悉基因組印跡可以解釋很多精神疾病,而且還可以判斷你將會成為一個自閉症患者還是瘋子」。

  巴德科克和加拿大西蒙菲莎大學(位於不列顛哥倫比亞省)的進化生物學家伯納德·克雷斯皮(Bernard Crespi)共同發展了這一理論。他們最近在《自然》雜誌上發表了一篇文章,研究基因組印跡在自閉症和精神病中所起的作用。克雷斯皮認為「這些疾病相互對立,而基因印跡是能夠介導它們對立特性的機制之一」。他們說,基因印跡通常維持大腦的均衡發育,但如果來自雙親某一方的影響過於強大而完全壓制住了另一方,就會產生自閉症譜系障礙(父方的影響過強)或者精神病(母方的影響過強)。

  他們的理論得到了間接證據的支持。出生時體重過重是自閉症的一個特徵,根據印跡和調節生長的基因之間的關係,人們可能會想到,自閉症或許是父方對胎兒大腦發育影響過大而造成的。此外,Angelman綜合征的一個顯著標志就是父方的影響過於強大,而且Angelman綜合征患者中有40%的人也患有自閉症。還有一種罕見的疾病叫做貝-魏綜合征(Beckwith-Wiedemann Syndrome),是11號染色體上某一區域發生了幾個不同的改變所造成的,其中一個改變就是父源基因取代了母源基因。根據2008年蘇格蘭聖安德魯斯大學研究人員發表的一項研究,貝-魏綜合征患兒患自閉症的風險是正常兒童的10倍——這再一次提示,基因印跡、過強的父方影響以及自閉症譜系障礙這三者之間存在著緊密的聯繫。

  雖然還沒有直接證據表明,精神分裂和雙向情感障礙這類精神疾病是由母源性基因組印跡異常所致,不過一些有趣的線索顯示它們之間可能確實存在聯繫。例如,幾乎所有患Prader-Willi綜合征的孩子都會遭受精神疾病的困擾。

  近幾年的研究發現,一些非發育性的疾病也跟基因印跡有關。2002年美國約翰斯·霍普金斯大學的研究人員在《美國醫學遺傳學雜誌》上發表的一項研究稱,使人患晚發性阿爾茨海默病(late-onset Alzheimer)的基因變異大部分都來自於母親,這很可能與基因印跡有關。1995年在Scientific American Mind上發表的另一項研究發現,雙向情感障礙也遺傳自母親;1997年《神經病學》上發表的一項研究顯示,遺傳自父親的妥瑞症(Tourette』s disorder)比遺傳自母親的妥瑞症發病時間晚,且癥狀有所不同——這再次暗示(但還沒有被證實)這些疾病可能與印跡有關。「有許多證據都需要聯繫起來考慮,」美國聖菲研究所(Santa Fe Institute)的進化理論學家喬恩·威爾金斯(Jon Wilkins)這樣說道。

  如果印跡與常見精神疾病的發生有必然的聯繫,那麼或許有一天,我們可以通過調節基因表達的藥物來治療這些患者。一種療法是通過RNA干擾(RNA interference)來干擾基因表達,從而降低靶基因(targeted gene)的活性。目前在美國加利福尼亞和得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的腫瘤基因的表達。在美國有兩種治療血細胞疾病的藥物——地西他濱(decitabine)和阿扎胞苷(azacitidine)已經得到食品及藥物管理局(FDA)的批准,這兩種藥物的作用機理就是阻止甲基添加到血細胞基因上。這說明這種方法或許有助於矯正其他組織中的印跡錯誤。儘管許多由印跡錯誤造成的影響在胚胎時期就已經顯現,但在出生以後對基因表達失衡進行治療,仍然可以減少甚至消除這些發育疾病的一些癥狀。

  科學家不僅發現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。1995年在《美國國家科學院院刊》和1996年在《腦發育研究》上發表的兩項研究具有里程碑式的意義。在這兩項研究中,英國劍橋大學發育生物學家E·巴里·克韋恩(E. Barry Keverne)和同事發現,某些腦區幾乎完全由母源基因控制,而另一些腦區則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放置在培養皿中。結果這些小鼠胚胎要麼主要表達父方的基因,要麼主要表達母方的基因。

  父方影響佔主導地位的小鼠大腦較小,體型較大,下丘和隔膜(這些腦區負責維持能量平衡,並調控覓食、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——尤其是前腦和負責智力、複雜情緒應答、規劃和解決問題的腦區尤為明顯。有其父必有其子

  
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 樓主| 瘋瘋顛顛 發表於 2015-6-5 22:18 | 顯示全部樓層
這些發現顯示,來自父親的基因與本能行為的發育有關,例如覓食和交配;而來自母親的基因主要控制高級認知的發育。拉薩爾說:「母親對大腦的影響主要體現在語言和社會執行功能上。從某種意義上來說,這更複雜。」

  人類心理學研究也支持這些數據。2006年在 《神經遺傳學雜誌》上發表的一項研究中,多倫多貝克雷斯特醫院的心理學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和他們的親生父母。研究人員對這些家庭成員進行了一系列測試,測試的任務要依靠某些特定腦區才能完成。結果發現,在涉及額葉、頂葉以及海馬區的任務中,兄妹與母親的表現很相似。這表明,運用這些腦區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在一起的時間較長。

  不可否認的是,基因組印跡顛覆了生物學中一些最基本的信條。一個世紀以來積累的關於遺傳學、發育生物學和神經科學的研究成果,竟然都建立在一個並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。威爾金斯承認道:「面對大量全新的知識,我們甚至無從入手。」我們再也不能把自己簡單地看成是父母結合的產物,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複雜的神秘複合體。一旦我們能夠確認這個複合體的每一部分——這本身就是個巨大的挑戰——接下來就要破解它們是如何組合到一起的。「這需要時間,」威爾金斯說。

  (作者:梅琳達·溫納;翻譯:阮南捷)
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江湖臨風 發表於 2015-6-6 08:57 | 顯示全部樓層
請問哪裡有支持「性格隨爸,智商隨媽」這個標題的依據?
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huabin 發表於 2018-3-10 22:01 | 顯示全部樓層
江湖臨風:

這些發現顯示,
來自父親的基因與本能行為的發育有關,例如覓食和交配;
而來自母親的基因主要控制高級認知的發育。
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