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我們每個人都以一套特定的基因開始生命，大約有20,000到25,000個。現在科學家們正在積累越來越多的證據，表明汙染物和化學物質可能正在改變這些基因——不是透過突變它們，而是透過傳送微妙的訊號來使它們沉默或在錯誤的時間開啟它們。
上週，由美國國家科學院召集的數十位研究人員和專家在華盛頓特區舉行的為期兩天的研討會上，探討了稱為表觀遺傳學的這個複雜主題。他們討論了新的發現，這些發現表明我們環境和食物中的化學物質可以改變基因，使人們容易患上多種疾病和紊亂，包括糖尿病、哮喘、癌症和肥胖症。他們還考慮了監管機構和行業是否應該開始測試當今使用的數千種化學物質的這些影響。
“毫無疑問，這些表觀遺傳效應非常重要。下一個問題是如何測試這些影響，” 科羅拉多州立大學環境與放射健康科學教授William H. Farland說。“我們不需要放棄當前化學品測試的方法。在動物身上測試化學品時，我們可能只需要新增一些新的終點。”
暴露於改變基因的物質，特別是在子宮內和出生後不久，“可能導致疾病易感性增加，” 美國國家環境健康科學研究所和國家毒理學專案主任Linda S. Birnbaum在12月被任命時說。“即使在暴露消失後，甚至幾十年後，這種易感性仍然存在。腺體、器官和系統可能會被永久性地改變。”
“這些暴露可能會產生巨大的潛在影響，部分原因是這些變化可能會跨代遺傳。你可能會受到你的母親和祖母在懷孕期間接觸到的東西的影響，”Birnbaum說。
專家們說，懷孕的母親吃什麼以及她接觸的化學物質會影響她的後代，而不會引起DNA突變。相反，根據動物和人類研究，這些暴露可能會擾亂基因的行為方式。反過來，這些變化可以傳遞給下一代。
一些環境化學物質使甲基（連線有三個氫原子的碳原子）能夠攻擊基因，從而在基因應該開啟的時候關閉或抑制它們。當基因被關閉時，它們無法指導對適當細胞功能至關重要的蛋白質的製造。化學物質還可以解開染色體的部分，導致基因在不適當的時間表達或開啟。
哮喘兒童就是一個例子。辛辛那提大學的研究員Wan-Yee Tang發現，在紐約市子宮內暴露於高濃度多環芳烴（PAHs）的兒童（交通產生的常見空氣汙染物）比未暴露的兒童更容易患哮喘。透過研究臍帶血，她發現哮喘兒童的特定基因（ACSL3）被甲基化，而未暴露兒童的該基因未被甲基化，並得出結論，異常的甲基化模式可能導致了哮喘。
這一發現可能部分解釋了為什麼全球哮喘發病率在全球大部分地區急劇上升，在兒童中達到流行病的程度。在紐約市空氣汙染最嚴重的幾個區，大約25%的兒童患有哮喘。
蘇格蘭醫學研究委員會的Richard Meehan說，在透過輔助生殖技術受孕的兒童中也觀察到了表觀遺傳變化。
在這些兒童中發生率較高的疾病之一是貝克威思-威德曼綜合徵，其特徵是腹壁缺陷和某些兒童癌症的風險更高。他說，受精卵在植入前培養數日的培養基可能是導致該綜合徵的原因。看來所有用於卵子的不同培養基都可能存在問題，因為它們含有刺激甲基新增到細胞中的化學物質。
研討會上的科學家們表示，理解表觀遺傳學不僅對於弄清楚哪些化學物質可能危害公眾健康很重要，而且對於找到預防或治療疾病的新方法也很重要。
羅德島州布朗大學社群健康與病理學教授Karl T. Kelsey說，科學家們現在才開始弄清楚基因組中的正常甲基化模式，以便他們能夠了解什麼是異常的。他說，由於這種新的理解，已經開發出針對某些型別癌症的表觀遺傳療法，其中一些在臨床試驗中取得了成功。與殺死細胞的傳統癌症藥物不同，新藥只是改變細胞的作用方式。
對大鼠的研究表明，改變基因的化學物質可以改變動物的大腦——在某些情況下，是以有益的方式。
Moshe Szyf發現，蒙特利爾麥吉爾大學醫學院藥理學和治療學教授，幼鼠時期接受適量母體舔舐的大鼠長大後比那些母親不細心照顧的幼鼠更平靜。他說，母體的梳理毛髮導致幼鼠大腦中產生應激激素的部分發生了化學變化。
由細心母親撫養的大鼠與由不細心母親撫養的大鼠相比，皮質類固醇基因表達水平不同，應激激素水平也較低。Szyf發現，他可以透過向壓力過大的大鼠大腦中注射一種名為TSA的化學物質來治癒它們，這種化學物質逆轉了由不細心母性引起的異常甲基化。
對錶觀遺傳學的這種理解可能會導致用於治療人類問題的新藥物。透過使用類似於大鼠研究中使用的方法，Szyf希望找到有助於緩解人類精神疾病的藥物。
Szyf還研究了自殺受害者和因自殺以外的原因突然死亡的人的儲存大腦。他發現，自殺受害者中的某些基因被甲基化或關閉。相比之下，那些基因在以其他方式死亡的受害者中沒有被甲基化。他說，異常的甲基化模式可能導致某些人患上抑鬱症。
紐約大學環境醫學和藥理學教授Max Costa說，某些化合物，如鎳、鉻和砷，是眾所周知的致癌物——不是因為它們對細胞有毒，而是因為它們的表觀遺傳效應。他解釋說，它們會增加DNA甲基化，從而導致基因沉默和細胞轉化，並最終導致癌症。
會議上的研究人員花費了大量時間討論是否以及如何測試化學物質引起表觀遺傳變化的能力。
大多數研究人員都同意，需要測試化合物的表觀遺傳效應。但是，對商業中大約80,000種化學物質進行實際測試將需要快速篩選，將化合物優先分為高、中、低風險組。然後，可以將表觀遺傳效應高風險的化合物進行更明確和昂貴的測試。
紐約市阿爾伯特·愛因斯坦醫學院副教授John M. Greally指出，沒有一種單一的測試是檢測表觀遺傳效應的理想方法。
“所有檢測方法都有缺點，”他說。例如，一種檢測方法需要立即處理樣品，因此不能用於儲存的樣品。
然而，許多研究人員表示，可以很快開始測試化學物質的表觀遺傳變化。
寶潔公司的研究員George Daston說：“我們對這個領域瞭解不多，但這並不意味著它令人畏懼。我們只需要在我們已有的基礎上繼續前進。微量分析已經表明，化學物質暴露如何改變基因組某些部分的基因表達。我們瞭解不多，並不意味著我們不能快速開始測試。”
前美國環境保護署實驗毒理學負責人Birnbaum說，監管機構和行業不必從頭開始。
“我們已經走在這條路上了，”Birnbaum說。“國家毒理學專案已經在討論將一些表觀遺傳學研究納入該專案。”
Birnbaum告訴《環境健康新聞》，表觀遺傳學引起的最重要的公共衛生問題是，在檢查疾病的病因時，當前環境可能不是需要考慮的關鍵因素。
“詢問心臟病發作的受害者今年或去年吃了什麼，可能遠不如詢問他們在子宮內和出生後不久接觸了什麼重要，”她說。
本文最初刊登於環境健康新聞，這是一個由非營利媒體公司環境健康科學出版的新聞來源。