近年来基因学备受关注,因为大部分疾病都与基因学有关,就是人们活得健康否或能活多久,也和基因连上关系。话虽如此,就是一些简单的遗传病,例如地中海贫血症,是可以从基因准确地预测到下一代得遗传病的风险。但是许多疾病单凭遗传基因,不可能完全解释复杂疾病(如糖尿病或思觉失调等)的「易感性」(即因为某些遗传基因而患病的机率有多大)。
最近欧洲有一个研究,综合了32种遗传特征(涉及5种常见的疾病),发现常见的遗传基因差异只可以解释这32种特征遗传率的10%。这意味复杂的疾病还不能用遗传基因去预测个别人士的易感性,所以遗传学在预测复杂的疾病上仍有严重的限制。
新发现:基因甲基化
近年来基于一门新的学问──「表观性遗传学」,国际人类表观遗传联盟于2010年成立。科学家循这门学问研究,发现去氧核糖核酸的甲基化(DNA
Methylation)是一种能够影响复杂疾病易感性的因素,DNA甲基化随着年纪会减少,DNA甲基化亦可受到随机、环境或遗传影响的。百岁老人与年轻人相比,老人一般逐渐减少甲基化DNA(表观遗传时钟),但在某些特定地点仍然增加。又某些环境因素如吸烟,可以促使一些DNA的甲基化;初生的猴子如果和妈妈分离,却会促使另外一些DNA的甲基化。DNA甲基化亦是决定我们身体每一器官拥有不同基因表达的一种重要原因。虽然猩猩和人们的基因很不同(人类有23对染色体;猩猩有24对染色体),但是猩猩的肌肉基因和人的肌肉基因表达的种类非常相似;相比之下,我们自己血液与肌肉的不同种类基因表达差异更大。
另外一个现象是表观遗传漂移。科学家研究孖生儿脂肪甲基化的相关情况,分别用同卵孖生儿(即100%相同基因)及异卵孖生儿(即50%相同基因)的基因甲基化,发现共享环境可影响30%的表型差异,37%可归因于遗传因素这些基因的功能和新陈代谢疾病(包括糖尿病)有显著的相关,例如这些基因可以影响胰岛素讯号通路。DNA甲基化可能令染色体难以被调控蛋白使用,从而影响DNA基因的转录及表达,甚至同卵孖生儿高龄时表观基因组之间逐渐不一致。基因甲基化会缩减调控蛋白的调控区域,对身体健康有非常大的妨碍。
DNA甲基化的实验是非常具挑战性的,例如我们想研究胰岛素的反应,应该用胰脏的细胞作为研究胰脏基因的表达。但是抽取胰脏细胞比较困难,而抽取血液或脂肪通常是比较容易的。因此科学家每每借助血液或脂肪间接地研究胰脏。由此可见,我们并非完全可以得到身体的整个资料数据。研究精神科的疾病更加困难,因为取得脑细胞样本更加困难。科学家迫不得已,只有从已死亡的病人身上采集脑细胞样本。
研究基因表达必要研究RNA,RNA是很容易被酵素分解的,所以实验需要损毁较少的细胞。但是从遗体取得的脑细胞内的RNA难免受到破坏,即使得到样本,研究仍然困难重重,何况通常大多数去世的精神病人都没有详尽的患病纪录。
什么原因引致DNA甲基化程度不足呢?
有一些研究显示,妇女怀孕期间的蛋白不足会引起DNA低甲基化(注1),因而使到下一代容易有高血压。高血压的发病年龄和严重程度与DNA甲基化有关系。在动物的研究发现:如果一些基因的甲基化程度不足,老鼠对食物中的盐分会有极大反应,引致高血压。
至于人们老化为什么会引起DNA甲基化的转变,现时还未知道确实原因;但研究显示老年人的白血球一般DNA的甲基化和他们每天摄取的碳水化合物、脂肪物、维他命B6和镁,并与血清的蛋白水平有关。
生物年龄:
生物年龄据人的生理状况估计他的体质相当于多大年纪的人。把「生物年龄」与「实际年龄」比较,可得到明确的参考,有助保健和治病。
最近一间美国的生物科技公司研发了一个方程式:只要输入33个临床实验室检查血液里面的指标,便可以预测到个人的生物年龄,这33个临床实验室检查指标中血液蛋白是一个很重要的元素(见http://www.aging.ai/,其他的重要指标为血糖、碱性磷酸酶、尿酸和红血球)。
又有一些科学家用71个DNA甲基化的指标方法,计算生物年龄,发现生物年龄和缺血性中风3个月后的结果(例如要否再通血管)有关。
新方法:测试直肠癌
最近很多疾病的研究也循着表观遗传方向探索,例如高血压的机制。但这方法只是专注于统计学上的关联,距离准确地预测复元率还有一段很远的路。当然,身体健康与很多指标都有关,例如:有没有骨折,行动是否方便,有否二型糖尿病、精神病等。倘若我们能够综合这些迥然不同的指标,相信可以得到一个简单便宜的计算生物年龄的方法。
最近美国FDA批准以血液测试结直肠癌。Epi proColon测试是基于在血液的无细胞DNA中测定了Septin9基因启动子甲基化状态。
该测试对结肠直肠癌的测试灵敏度报告范围从73%至81%,测试特异性报告范围为96%至99%(注2)。EpiproColon测试为阳性时,在一项临床试验中,67%的患者同意进一步接受结肠镜检查。该测试特别对癌病风险高而又不愿意接受结肠镜检查的人也许有利(注3)。
遗传学家一向都坚毅努力,不怕工作艰巨,他们一定会群策群力,不断冲破基因学的种种难关,继续造福人类。
注1:如血管紧张素转换酶ACE的基因。另外一些动物研究发现主动脉的内皮细胞随着年纪大了,一些基因,如血管紧张素1a受体基因(Angiotensin 1a Receptor Gene)的甲基化程度会转低。
注2:灵敏度︰真阳性率,正确识别患有病情的病人的百分比;特异性:
健康人正确识别为不具备病情的百分比。
注3:Epi proColon检测应结合医生评估和个人风险因素指导下由医生执行。