《超越双螺旋：神奇的表观遗传密码》

注：本文转载自“Epigenetics表观遗传学”

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遗传是什么？俗语有云：龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞。的确，子女与父母总是具有一定的相似性。人们对遗传充满了好奇：自己漂亮的脸蛋儿、高超的智商能否遗传给子女？而在疾病方面，人们求知的渴望更加迫切：疾病是否也会遗传给子女呢？

DNA 是遗传信息的主要载体，对表型（长相、身高、患疾病的风险等）的决定十分关键。但是，人们发现了越来越多经典遗传学无法解释的现象：同卵双胞胎，其遗传物质几乎完全一样，为何最后生出的两个孩子总是在一些方面存在差异？成年人大约有 37 万亿个细胞，它们几乎含有相同的遗传物质，但是为何会产生肝细胞、肺细胞、神经元等多种细胞类型？随着研究的深入，人们将这类区别于经典遗传学的，不依赖于 DNA 序列改变的表型的变化的研究统称为“表观遗传学”。

表观遗传的物质基础是什么？表观遗传因子如何影响表型？表观遗传信息如何传递给子代？表观遗传异常与疾病（比如癌症）有什么关联？从表观遗传的角度，如何开发药物？

作为表观遗传领域的研究者，  以上问题我们屡屡被问。为了系统解答人们的好奇心，在科学新媒体《知识分子》编辑叶水送的邀请下，复旦大学于文强教授在《知识分子》上开设表观遗传科普专栏，凝练出了表观遗传领域关键的 12 个话题，并邀请表观遗传领域的一线科研工作者撰写科普文。

此后，在《知识分子》编辑部主任陈晓雪和科学出版社编辑王亚萍的精心组织下，12 篇科普文集结成册，终成为眼前的表观遗传科普书——《超越双螺旋：神奇的表观遗传密码》。

全书 12 篇科普文如下：

第一篇 生命之初“新”在哪里：我们为何生而不同？

生命既不会返老还童，也不会永葆青春，而是以一定的规律在有序地变化着。父母的遗传物质让我们获得新生，而表观遗传不仅让我们变得与众不同，同时也让生命过程精彩异常。到底新生命“新”在哪里，为什么是“新”的，以及如何完成“新的征程”，这一切都可以从生命之初的表观遗传变化中找到答案。

撰文@于文强教授 复旦大学生物医学研究院

第二篇 父母基因间的博弈——基因组印记

早在孟德尔时代，科学家们就开始接受“生物的性状由基因决定”这一理论。父母各自为我们贡献了一半的遗传物质，作为遗传信息基本单位的基因通常成对出现，一个来自父亲，一个来自母亲，但究竟谁的基因起主导作用呢？要回答这个问题，就要牵涉到表观遗传学中的一个非常重要的概念：基因组印记。我们更像谁取决于父母基因间的博弈。

撰文@徐鹏博士（在读） 复旦大学生物医学研究院

第三篇 三色猫背后的生物学机制：X 染色体失活

在雌性哺乳动物的体细胞中，两条X染色体中的一条总是被异染色质化而失活，这个现象称为“X染色体失活”。X 染色体失活保证了性染色体上的基因剂量在雌性和雄性动物之间的平衡。它是许多生物学现象和疾病产生的生物学基础。

撰文@陆绮博士 美国韦恩州立大学医学院

第四篇 “人小鬼大”的 miRNA 如何改变细胞命运？

俗话说，到什么山唱什么歌，事物都会随着位置、环境的改变而变化。1993 年，美国科学家维克多·安博斯在线虫中发现了第一个 miRNA，他的惊人发现不仅开启了一个全新的 miRNA 调控研究的领域，同时也为 miRNA 的研究定下了一条“铁律”，即 miRNA 通过结合靶序列的 3’-UTR 在细胞质中抑制基因的表达。但复旦大学生物医学研究院于文强课题组发现，与细胞质的miRNA作用相反，有一类定位于细胞核内的 miRNA——NamiRNA（Nuclear activating miRNA）主要发挥系统性的基因激活作用，细胞核和细胞质位置的变化可以使 miRNA 成功实现角色转换。

撰文@梁英博士（在读） 复旦大学生物医学研究院

第五篇 揭开人体内“组蛋白密码”的神秘面纱

组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白，是一类小分子碱性蛋白质。组蛋白的功能主要表现为两大方面：一是，作为 DNA 缠绕的“线轴”，使长长的 DNA 链在小小的细胞核内得以安身；二是，通过各种翻译后修饰，在生物过程中发挥重要的调控功能，包括基因表观调控、DNA 修复、有丝分裂及减数分裂等。这些多姿多彩的修饰组合被形象地称为“组蛋白密码”，而揭开这些“组蛋白密码”的神秘面纱，需要科学家的共同努力。

撰文@王志斌博士 美国约翰·霍普金斯大学

彭博公共卫生学院和医学院

第六篇 DNA 与 RNA：生命的信息流到底谁说了算？

在很多人看来，生命体的遗传信息由 DNA 传递到 RNA，再通过翻译传递到蛋白质。在中心法则中，RNA 的地位有些“尴尬”，既不是遗传信息的储存者，也不是生命活动的主要“执行者”，所以容易被人忽视，认为它的作用不如 DNA 和蛋白质对生物体的影响大。实际上，RNA 的作用同样重要，若没有它，DNA 的“指令”可能无法传出到细胞核之外，甚至都无法传出染色质。

撰文@段洪超博士（在读） 北京大学

化学与分子工程学院

第七篇 表观遗传信息跨代传递的“信物”：精子 RNA

早在 300 多年前，当时还是布料商兼市政大厅管理员的列文虎克利用他发明的显微镜发现了精子。精子被他描述为，“它们每只都有钝的头，身体很长，拖着一根几乎透明的尾巴”。如今我们对精子的兴趣早已超出对它奇怪形状的关注了，而在于窥探其如何与卵子结合并调控早期胚胎发育的秘密。这些秘密不仅隐含在精子的 DNA 序列中，还潜藏在其携带的 RNA 片段上。精子中的 RNA 可能成为某些表观遗传信息跨代传递的“信物”，即父亲精子中的 RNA 所携带的表观遗传信息将直接影响未来孩子的遗传特征。

撰文@邹清平博士 复旦大学生物医学研究院

第八篇 表观遗传是如何决定细胞“身份”的？

我们每个人的生命都是从一个受精卵开始的，然后细胞从一变二、二变四、四变八……从干细胞到祖细胞（由干细胞分化而来，失去自我更新能力的过渡性、增生性细胞群体，在一定条件下能分化成单一细胞），最终到终末分化细胞，我们的遗传物质不曾发生改变，而细胞的类型千差万别，有长得像树杈一样的神经元细胞，有长得像飞碟状的红细胞，有能够吞噬细菌的巨噬细胞，还有起因成谜的肿瘤细胞……每个个体存在着 200 多种不同类型的细胞，然而由一个细胞分化而来且具有相同 DNA 的细胞是如何认证它们的“身份”，执行其独特的功能？

撰文@李晶副研究员 海军军医大学转化医学中心

第九篇 “高不成低不就”的肿瘤 DNA 甲基化

中国古代思想家老子曾曰：“有无相生，难易相成，长短相形，高下相倾，音声相和，前后相随。”北宋哲学家程颐的观点与之不谋而合：“万物莫不有对，一阴一阳，一善一恶。”任何事物都包含着两个方面。例如，磁铁总有南北两极，自然界中的作用力与反作用力，生物进化中的遗传与变异，细胞中存在着癌基因与抑癌基因。同样，癌细胞中存在 DNA 高甲基化的同时，也存在着DNA低甲基化。

撰文@李新秀博士（在读）、崔恒宓教授 扬州大学

表观遗传学与表观基因组学研究所

第十篇 人类克隆自己还有什么困难？

很多影视作品为了吸引眼球，加入了克隆人类的相关情节。事实上，我们离克隆人只有“一墙之隔”。早在1958年，美国生物学家戈登第一次成功地将成年爪蟾的体细胞核移植到卵里，并发育出活的胚胎；1996 年，克隆羊多莉（Dolly）诞生；2006 年，日本科学家山中伸弥使用 4 种转录因子处理体细胞，即可使细胞变回多能干细胞。未来人类是否会复制自己，它将给社会带来哪些伦理压力呢？

撰文@王承志助理研究员 中国科学院生物物理研究所

第十一篇 当牛顿患上自闭症，自闭症还可怕吗：自闭症研究中的表观遗传因素

近年来，自闭症患者的数量呈现逐年上升的趋势，自闭症患者既可能是天才，也可能是很多父母心中说不出的痛，对自闭症的病因和发病机制的研究刻不容缓。尽管研究者已经发现了上百个与自闭症有关的基因和遗传位点，然而越来越多的证据显示，表观遗传因素在自闭症的发生过程中发挥着重要作用。“远离”自闭症，表观遗传调控和干预将大有作为。

撰文@李伟助理研究员 复旦大学生物医学研究院

第十二篇 表型逆转的操盘手：从男性避孕药到表观遗传药物

一直以来，避孕的责任主要由女性来承担，为什么还没有男性避孕药成功上市？这是因为找到合适的控制精子活力的可逆性药物靶点是研制男性避孕药的关键。表观遗传在生殖发育和疾病发生过程中的作用，受到越来越多的重是，更为关键的是，与传统药物不同，表观遗传相关药物可以实现对细胞内各种复杂调控的可逆控制。因此，基于表观遗传修饰的药物设计有可能打破男性避孕药研制的瓶颈。

撰文@罗怀兵博士 复旦大学生物医学研究院

相信本书将带你进入表观遗传的奇妙世界！