心理學家、精神病學家和神經科學家多年來一直在爭論，我們的行為有多少是由基因驅動的，又有多少是由我們成長和生活的環境驅動的。爭論持續不斷，因為一直缺乏確鑿的證據來回答基本問題：基因和環境究竟如何相互作用，以決定某人是否會患上抑鬱症或精神分裂症？環境干預，如藥物或心理療法，真的能緩解很大程度上由基因決定的疾病嗎？
一個名為表觀遺傳學的領域終於開始解決其中一些問題。該領域的從業者研究微小分子如何粘附或脫離細胞核中的兩個主要目標：基因內部和周圍的 DNA 以及組蛋白——染色體纏繞在其周圍的蛋白質。這些微小分子被稱為甲基和乙醯基，它們在目標位點的存在與否控制著特定基因是否能生成蛋白質，而蛋白質是大多數生理過程的主力。
直到幾年前，生物學界的普遍觀點認為，這種分子變化發生在原始細胞中，通常是在胚胎和胎兒發育期間，而不是在成熟細胞中，例如兒童或成人的神經元。然後，研究人員證明表觀遺傳變化確實在成熟細胞中起作用。現在的研究開始表明，環境線索如何刺激表觀遺傳變化，而這些變化可能導致多種精神疾病。系統地測量這些變化最終可能表明環境如何影響許多人類行為背後的遺傳化學。
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精神分裂症和抑鬱症
一種已經開始揭示其表觀遺傳秘密的疾病是精神分裂症，它通常在人們十幾歲末或二十幾歲時出現。“青春期期間發生了一些事情，導致基因表達發生變化，”伊利諾伊大學芝加哥分校精神病學副教授丹尼斯·R·格雷森指出。
那個“事情”仍然未知。精神分裂症尚未明確與突變基因聯絡起來，儘管它往往在家族中遺傳，而且環境因素與該疾病的發生率僅顯示出微弱的統計聯絡。但越來越清楚的是，表觀遺傳改變——可能是由微妙影響的匯合觸發的——可能發揮作用。格雷森及其同事亞歷山德羅·圭多蒂和埃爾米尼奧·科斯塔對精神分裂症患者的大腦進行了屍檢，發現甲基基團附著在一種有助於形成神經元之間連線的基因上。早期的屍檢研究表明，該基因的活性急劇下降，而促進甲基基團附著在 DNA 上的基因的活性則增加。
實驗證據也表明表觀遺傳變化與抑鬱症有關。德克薩斯大學西南醫學中心達拉斯分校精神病學系主任埃裡克·J·內斯特勒提出了該疾病的潛在動物模型，其中包括海馬體中的表觀遺傳變化，海馬體是一個儲存記憶的大腦區域，在某些人類抑鬱症病例中實際上會萎縮。
為了開發這個模型，內斯特勒和他的同事將一隻小的成年雄性小鼠放入一隻大得多的具有攻擊性的小鼠的籠子裡，這隻大鼠很快襲擊了新來的小鼠。十分鐘後，他們在兩隻小鼠之間放置了一個塑膠屏障，這阻止了攻擊，但並沒有阻止這隻小齧齒動物看到、聽到和聞到它的剋星。一隻在這種情況下放置 10 天的小鼠通常表現出類似抑鬱症的社交回避行為。
研究人員發現，這種治療也導致甲基基團粘附在海馬體的組蛋白（DNA 纏繞蛋白）上。這種作用抑制了一個基因，結果，該基因未能生成一種被懷疑有助於大腦適應壓力的蛋白質。更重要的是，當小鼠接受抗抑鬱藥時，它停止表現出社交回避行為，抗抑鬱藥恢復了該基因的活性。
內斯特勒說，他目前還不知道惡劣的環境如何促使甲基基團粘附在組蛋白上，但他的研究表明了抗抑鬱藥起作用的原因：它導致乙醯基團附著在組蛋白上，從而抵消了甲基基團的作用。內斯特勒和其他科學家現在正試圖創造能夠修飾特定表觀遺傳機制的化合物。
母親的影響
恐懼是另一種可能由環境影響的表觀遺傳效應引起的心理狀態。麥吉爾大學精神病學教授邁克爾·J·米尼發現，當幼鼠從母親那裡得到的舔舐和梳理較少時，它在成熟時會更加恐懼，對壓力源也更加敏感。
該團隊發現，如果幼鼠的母親是“高舔舐者”，則海馬體基因會在幼鼠生命的第一週脫落甲基分子。低舔舐者的幼鼠不會修剪分子。一項收養實驗證明，舔舐會觸發這些事件：當團隊將出生於一種舔舐型別母親的幼鼠委託給另一種型別的母親時，基因的甲基狀態反映了養母的舔舐型別。據信，舔舐透過提高幼鼠的甲狀腺激素產生和神經遞質血清素的活性來發揮作用。
米尼說，當他第一次展示他的研究結果時，他遇到了“相當強烈的懷疑”，因為這些結果暗示表觀遺傳變化可能發生在成熟細胞中，而不僅僅是發生在胚胎或胎兒中存在的未成熟細胞中。他的工作的社會意義也令人不安。研究結果表明，母親的養育方式可能對孩子基因的活動產生非常不同的影響。米尼和其他人現在也在研究數百對人類母嬰，以瞭解壓力大的懷孕可能會如何影響嬰兒後期的發育。
將表觀遺傳學應用於大腦才剛剛開始，但隨著監測分子變化的技術不斷改進，該領域正在迅速發展。然而，不要期望這些發現能為精神疾病帶來快速的治療方法。多年來，癌症研究人員一直在研究表觀遺傳對腫瘤形成的影響，但癌症仍然沒有被征服。表觀遺傳學可能確實會揭示基因和環境之間——先天與後天之間——正在發生的事情，但在未來很長一段時間內，我們仍將依賴精神病學家和心理學家。