不要被腦部圖片中漂亮的橘色和檸檬黃色光暈所迷惑。如果發明者是對的，那麼一種優雅的新型神經影像工具提供的不僅僅是迷人的圖片：它首次顯示了活體大腦中基因的開啟或關閉位置，科學家們週三報道。
直到現在，人類大腦中的基因啟用只能在死後的大腦中檢測到。透過揭示仍在思考、感受和記憶的大腦中DNA的開關編排，這項新技術有望揭示精神健康的遺傳基礎，並可能在某一天檢測到大腦被阿爾茨海默病、精神分裂症或其他疾病控制的最早跡象。
“這是一項非常令人興奮的開創性工作，”美國國家藥物濫用研究所的約翰·薩特利（John Satterlee）說，他協調了美國國立衛生研究院（NIH）的專案，以研究基因沉默和基因啟用的模式，他沒有參與這項研究。“他們把我們帶到了我們一無所知的地方”——活人腦中基因表達的模式，“並向我們展示了這片土地的面貌。”
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大腦表觀遺傳學——哪些基因在不同的結構中開啟或關閉——已成為一個熱門話題，因為神經科學家意識到，遺傳DNA的序列對精神疾病的解釋非常少。相比之下，哪些基因開啟和關閉可能在包括成癮、阿爾茨海默病、雷特綜合徵、抑鬱症和精神分裂症在內的各種腦部疾病以及與年齡相關的變化中都很重要。而且由於生活事件可以改變基因的開關狀態，表觀遺傳變化可能是悲劇、創傷和其他經歷導致大腦長期變化的原因。
該研究的負責人、馬薩諸塞州總醫院的化學家雅各布·胡克（Jacob Hooker）說，基因活動“對環境的反應非常靈敏，我們根本無法在自然環境之外研究它。”他的研究發表在《科學轉化醫學》上。“[死亡的]大腦和活著的大腦看起來會非常不同。”
這項新技術是PET的近親。傳統的PET檢測來自放射性標記的葡萄糖（大腦的能量來源）的亞原子粒子（稱為正電子）的發射，從而揭示哪些大腦區域處於活躍狀態。這個版本的PET檢測來自放射性標記的“馬丁諾斯塔特”（Martinostat）的正電子，馬丁諾斯塔特是胡克及其同事於2012年建立的一種小分子。（他們為馬丁諾斯塔特申請了專利並獲得了許可。）該分子透過靜脈注射，穿過血腦屏障（這要歸功於一簇“像潤滑油一樣”的原子，胡克說）。一旦進入大腦，它就會與稱為HDAC的酶結合，這些酶會關閉基因——包括對形成突觸，從而對學習和記憶很重要的基因。PET檢測到正電子，瞧：一張顯示基因關閉位置的腦圖。
這可能是發現大腦中哪些地方的基因燈熄滅、引發疾病的第一步。
胡克的團隊給八名健康志願者注射了馬丁諾斯塔特（以MGH的馬蒂諾斯生物醫學影像中心命名）。科學家們試圖證明這項技術可以在活體大腦中工作，但除了這個原理驗證之外，他們還做出了一些初步的發現。
沉默基因的分子在小腦（大腦後部，調節運動）和殼核（也調節運動以及協調某些形式的學習）中最為豐富。基因沉默分子在海馬體（形成記憶）和杏仁核（處理和產生諸如憤怒之類的情緒）中最少。目前尚不清楚是什麼原因導致了這種模式，但一種可能性是，這些分子最少的區域具有最大的“神經可塑性”潛力，或者說可以根據大腦所有者所經歷的生活來改變其神經元連線。
與大腦區域之間的差異相比，人與人之間出乎意料的相似之處更令人驚訝。在一個人的大腦中基因沉默較多的區域在其他人的大腦中也是基因沉默較多的區域，而沒有太多基因沉默的區域也大多相同。
這種一致性表明，在健康、活體的大腦中可能存在基因啟用的基線模式。如果是這樣，那麼偏離該模式的情況可能用於在症狀出現之前診斷疾病。例如，在已故阿爾茨海默病患者的大腦中，海馬體充滿了基因沉默分子。
“我希望這些色彩鮮豔的地圖能讓我們將健康大腦與精神分裂症、阿爾茨海默病和其他疾病患者的大腦進行比較，”胡克說，從而找出基因表達異常的區域。
新的PET技術無法識別哪些特定基因正在被關閉。但是，胡克說，這可以在死後的大腦中完成，“我們正在嘗試繪製出哪些基因參與了”哪些情況。
他的團隊已經使用這項新技術對九名精神分裂症患者和少數亨廷頓病患者的大腦中的基因表達模式進行了成像。他們有資金開始對阿爾茨海默病患者進行這項研究。結果可能會顯示基因沉默出錯如何解釋這些疾病，並在某一天指出治療方法。“這真的是能夠觀察”基因開關訊號如何引起或至少是這種腦部疾病的先兆的第一步，NIH的薩特利說。
這種可能性已經引起了生物技術行業的關注。總部位於馬薩諸塞州劍橋市的初創公司Rodin Therapeutics正在開發透過抑制基因沉默酶來治療阿爾茨海默病、帕金森病和創傷後應激障礙的藥物。這種方法前景廣闊，生物技術巨頭百健願意為此支付5億美元。