表观遗传学是一门方兴未艾的学科，根据维基百科的定义，它研究DNA序列不变的可遗传表型变化，而可遗传的表型变化往往由影响基因活性和表达的变化引起，例如DNA甲基化、基因组印记或基因沉默等。这些变化通过基因上的化学标记传递，我们称其为“表观遗传标记”。
过去十多年，一系列科学研究都在告诉我们表观遗传极有可能存在于人类群体：二战期间的纳粹暴行令受难犹太群体的后代有更大可能性遭遇焦虑症、抑郁症或创伤后应激障碍；经历荷兰大饥荒并在此期间怀孕的女人生育的女儿患精神分裂的风险高于平均水平；青春期以前吸烟的男性相比于青春期后吸烟的，其儿子的体重往往会更高……
很多关于表观遗传的重磅研究都引起了轰动，甚至被拍进了BBC地平线系列纪录片，登上了美国《时代》杂志的封面。越来越多人意识到，DNA序列并不是生物遗传的唯一模式，一个人后天获得的特征似乎也可以遗传。
“后天获得的改变可能跨代遗传”这个想法令公众疯狂，它颠覆了经典遗传学唯DNA序列论和遗传决定论。
现在，科学家在植物和一些哺乳动物身上也发现了表观遗传现象。但问题在于，迄今为止尚无令人信服的证据（前文举例的研究毕竟只证明了相关性），也没能描绘出一套清晰合理的表观遗传生理机制，反倒是仅有的一项有据可查的发现还给这个新领域设置了巨大的障碍：除了非常罕见的遗传疾病，所有表观遗传标记都会在受精过程中细胞核融合后不久从人类卵细胞和精子的遗传物质里消失。
消失意味着什么？德国杜伊斯堡-埃森大学的遗传学家伯恩哈德 · 霍斯滕克（Bernhard Horsthemke）给出的说法是“表观遗传模式在每一代人身上都会重新建立”。换言之，表观遗传并非后天改变的简单跨代传递，表观遗传学也不是经典遗传学的对立。
表观遗传≠后天改变的跨代传递
怀疑论者曾指出，要弄清楚基因遗传、表观遗传和环境因素对遗传性状的贡献是极其困难的。一方面，一个人在胎儿阶段身处子宫，分享使用着她母亲的身体环境，因此他/她的表观基因组可与其母亲的相似，而无须通过生殖细胞传递任何信息。另一方面，过往诸多研究事实都表明，表观遗传标记本身在很大程度上受遗传控制：一些基因会影响其他基因的“注释”程度（即前文提到的DNA甲基化或基因组印记等）。这在双胞胎研究中得到了体现。科学家发现同卵双胞胎的某些表观遗传模式比异卵双胞胎更相似。
这导致研究人员不再将表观基因组视为环境命令基因的语言，而更多地将其看作基因调整自身以更好地应对不可预测的环境的方式。英国埃克塞特大学的表观遗传学家乔纳森 · 米尔（Jonathan Mill）表示：“表观遗传学通常被认为与经典遗传学对立，但实际上两者是相互交织的。”
而在爱丁堡大学的遗传学家阿德里安 · 伯德（Adrian Bird）看来，环境在塑造表观基因组方面的作用被夸大了，“事实上，细胞在使自己免受环境侵害方面遇到了很多麻烦”。
总结上述种种学术观点就是：无论表观基因组的贡献如何，它似乎都不是直接跨代传递的；但如果你要问具体是怎么传递的，科学家暂时也不知道……
DNA甲基化图谱与生物衰老
事实上，不同研究者对表观遗传学的定义是不同的，这也是该领域常遭误解的原因之一。有些人把它定义为染色质的修饰，另一部分人则将RNA的修饰也归入其中。
DNA的修饰是通过增加化学基团完成的。添加甲基，也就是甲基化，是学界研究最多的DNA修饰形式，但DNA也可以用羟甲基标记。此外染色质里的蛋白质也可以被修饰。
研究人员有能力生成DNA甲基化的全基因组图谱，并使用它们来追踪生物性衰老（与年龄反映的衰老是两个概念）。第一个这样的“表观遗传时钟”是针对血液建立的，显示出与其他血液老化指标（如血压和血脂水平）的密切关联。
但衰老的表观遗传特征在不同的组织里是不同的，因此它也无法告诉你太多关于诸如大脑或肝脏等器官的信息。过去五年间，研究者给出了更多关于其他组织器官的表观遗传时钟。例如，米尔的团队正研究大脑时钟，并希望能建立起它与其他反映大脑皮层老化的指标间的关联。目前他已经确定神经退行性疾病的表观遗传特征。“我们能够显示患有痴呆症和未患有痴呆症的个体之间DNA甲基化的显著差异；DNA甲基化情况与他们大脑中的病理数量密切相关。”当然，现在还不能说这些差异是病理的原因还是结果，但它们提供了有关疾病过程中被破坏的机制和基因的信息，有望指导开发新型诊断测试和治疗的方法。此外，如果还能在血液里发现与他们检测到的大脑信号相关的信息，那么他们就有可能构建起一套预测痴呆症的血液测试方法。
虽然伯德等人认为表观基因组主要受基因控制，但一些研究人员对某些环境影响留下的遗传痕迹很感兴趣，例如，吸烟具有明显的表观遗传特征。米尔表示：“根据他们的DNA甲基化图谱，我可以非常准确地告诉你某人是否吸烟，以及他们总吸入量和烟龄。”
表观基因组与癌症风险
伦敦帝国理工学院的詹姆斯 · 弗拉纳根（James Flanagan）正尝试利用表观基因组了解吸烟、饮酒和肥胖状况等生活方面的因素如何影响癌症风险。在弗拉纳根看来，将表观遗传学应用于癌症预防是一桩令人期待的美事，如果一个人被精确告知他们的哪些不良生活习惯带来了何种及多少癌症风险，他就能有的放矢地调整自我以降低风险。
现阶段已经有能重塑表观基因组的药物被用于治疗癌症患者，不过它们往往具有不良副作用，因为它们的表观遗传影响过于广泛。此外，其他副作用很少的常用处方药物也可能（至少部分地）通过表观基因组起作用。
另一方面，弗拉纳根的团队正基于一项惊人的观察结果——长期服用糖尿病药物二甲双胍的糖尿病患者患乳腺癌的风险降低了五成以上——研究二甲双胍的防乳腺癌作用是否与表观遗传模式相关。
与此同时，刚被DNA测序巨头Illumina收购的美国生物技术和制药公司GRAIL已经提出了一项针对50多种癌症的测试，可检测血液内自由循环的DNA甲基化模式的改变。
波兰波美拉尼亚医科大学的临床表观遗传学研究者托马斯 · 沃伊达茨（Tomasz K. Wojdacz）指出，基于有关其假阳性和假阴性率的公开数据，GRAIL测试看起来很有希望，但需要更多数据，目前也正在英国国家医疗服务体系（NHS）的一项重大临床试验中收集数据。
GRAIL测试未来将用于筛查人群，识别有风险的个体，然后引导他们进行更经典的诊断程序，例如组织特异性活检。
表观基因组测序正在开辟一个新世界
表观基因组测序一直以来都是件过程缓慢且成本高昂的事情。例如，你若想识别基因组上的所有甲基标签，需要进行两次不同的测序工作，两次测序之间还少不了其他化学操作。但近两年情况有所改变，同时对基因组及其甲基化模式进行测序已成为可能，成本减半，速度加倍。
英国牛津纳米孔公司（ONT）正致力于开发高精尖的纳米孔测序产品用于DNA和RNA的测序。其工作原理是将DNA推过纳米孔，同时电流通过任一侧。DNA由4种碱基A、C、G、T组成。由于每个碱基在纳米孔中都有各自独特的形状，因此它们能以独特且可测量的方式扭曲电流，最终工作人员可以通过分析被扭曲的电流确定碱基种类。而甲基化的碱基在纳米孔中的形状不同于常规的A、C、G、T，这意味着它还可以检测第5种碱基。
引领全球DNA测序市场的Illumina公司提供了另一类不同的技术。剑桥大学的化学家香卡 · 巴拉苏布拉曼尼安（Shankar Balasubramanian）则称，他创办的生物科技公司Cambridge Epigenetix将很快推出自己的表观遗传测序技术，可检测第6种碱基——羟甲基化的碱基。
蛋白质修饰仍然需要单独测序，但一些人在他们的表观遗传学定义中包含了RNA修饰，一些技术也可以检测RNA修饰——这意味着科学家有能力获得大量关于人类遗传物质被如何修饰的新信息。这就是为什么欧洲生物信息学研究所的联合负责人之一、牛津纳米孔公司顾问伊万 · 伯尼（Ewan Birney）认为表观遗传测序有望彻底改变科学。“我们正在开辟一个全新的世界。”
资料来源 The Guardian