营养的力量，足以调控基因｜深度营养系列（三）
这是 深度营养系列 的第 3 篇文章
Vol. 3
Hi大家好，今天跟大家继续分享《深度营养》中的内容。这一次，凯特博士带领我们 深入到细胞核 内，探究营养影响基因的奥秘。你会震惊地发现：好好地吃，摄取充足的营养，不仅关乎自己的健康，还会影响你的下一代和下下代。
01
基因真的决定命运吗？
1997年，上映了一部科幻电影《千钧一发》（Gattaca），影片中设定了这么一个基因决定命运的世界：
电影《千钧一发》海报
在电影中，某些人在生儿育女前，可以利用基因技术进行基因筛查，从而得到拥有完美基因的后代。而自然生育出生的人类，没有进行过基因优化，成为劣等人，在生活和求职中遭遇基因歧视，被某些”对基因要求较高”的工作，比如太空探索，拒之门外。
美国太空总署NASA曾经把这部电影评为 “最接近现实的科幻电影” 【1】，感兴趣的同学可以看看，具体的故事这里就不展开讲了。这部电影基于这样的假设：人的能力，性格，健康，寿命，都是由 基因 决定的。
我属于一个新的下等阶级，不再由于社会身份或皮肤的颜色被歧视。现在我们受歧视，是因为科学。
—— 《千钧一发》台词
不仅仅在电影中，这种思想在现实中也一度占据了生物学界的主流。甚至连DNA双螺旋结构的发现者之一James Watson，在1989年接受《时代》杂志采访时，都这样说过：
曾经，我们以为是天上的星宿决定我们的命运。现在我们知道了，基因才决定我们的命运。
We used to think our destiny was in the stars. Now we know it's in our genes.
这种认知也一直影响着大众。那些天生拥有过人美貌或超群智力的幸运儿，被认为是中了“基因彩票”。而且，他们的优质基因做为最宝贵的资产，还可以传递给后代，让孩子赢在子宫里，其他芸芸众生只有羡慕的份儿。
日本前国民偶像木村拓哉（右）15岁的女儿爆出近照，媒体惊呼“基因的力量”
可这是事实吗？人真的生而不平等吗？普通人没有什么努力的余地吗？
不是的。随着近年来对表观遗传学的深入研究，基因决定论渐渐破产。还有很多因素会影响我们的基因，饮食，无疑是最重要因素之一。
在《深度营养》中，凯特博士宣称：其实每个人都有赢得“基因彩票”的潜力，运用营养的力量，普通人也能让后代成为“中大奖”的幸运儿。有这么神奇？往下看吧。
02
基因，人人都有一部有字天书
虽然大家都知道，基因是遗传物质，负责在代际之间传递信息，但基因到底是怎么工作的呢？为了讲清楚，以下我会用一些类比来说明。
我们每个人的细胞核中都存在着染色体，其中体细胞含有46条染色体，精子和卵子各有23条染色体。这些染色体，承载了全部的基因信息。那这些信息是怎么影响生物体的呢？
大家都知道，英语的字母表由26个字符组成，计算机底层的机器语言由“0”、“1”两个字符组成。
类似的，基因也是一种语言，由4个字符组成 —— A, G, C, T。基因组，就可以看做是由这四个字符构成的语言写的一份说明书。按照这份说明书，细胞可以合成各类蛋白质，包括各种酶和激素，因为它们也是蛋白质，这样就可以进行各种生命活动。
这份说明书不能直接使用，DNA会首先被转录为RNA，相当于照着原版拷贝出一份或多份副本。不同的是，副本中，字符T被替换成U。
为什么要这样呢？因为DNA只能待在细胞核中，而副本RNA可以被转移到细胞质里。不仅如此，副本的数量还可以根据需求增减，多份副本还可以同时流通，同时指导蛋白质合成。打个比方，清明上河图的原本被珍藏在故宫博物院，轻易不能借出展览。但可以印制成千上万份副本，被世界各地的人们收藏，观摩。
基因词语都是由三个字符构成，
每个三联体对应一个氨基酸
基因语言中的每个“词语”都是由三个字符构成的三联体， 比如ACT, CAT等等。英语单词dog，意思是 “狗”, 倒装一下变成god，意思就变成了 “上帝” 。同样的道理，基因词语的排列组合不同，含义也不相同。
那基因词语的含义是什么呢？很简单，每一个三联体，都对应着一种氨基酸。比如，ACT对应苏氨酸，CAT对应组氨酸，CGT对应精氨酸。而蛋白质，就是多个氨基酸构成的长链，可以看成用基因语言写下的句子。
另外有四个特殊的三联体，分别是一个基因的起始标志和终止标志。ATG是起始，TAA，TAG，TGA中任意一个出现，代表这个基因的终止。起始和终止标志之间的就是一个完整的基因，是合成这种蛋白质的说明书。最终，蛋白质形成器官组织，执行生物功能——基因就是这样来影响生物体的。
这就是生物信息的“中心法则”。不管是真菌，果蝇，实验小鼠，各种动物，还是人类，DNA都遵循中心法则，生物信息在每个生命体系中，有条不紊地传递和流动着。
03
除了突变，环境也能影响基因
经典的达尔文进化论认为，进化是随机产生的突变和自然选择共同作用的结果。只有基因突变，才会影响生物的生理功能或性状，而进化要经过漫长的自然选择的洗礼才能完成，可能要历经几百代。
基因突变相当于基因说明书中的字符被改变，这种改变自然会反应在生理上。举个例子，镰刀形红细胞贫血症是一种遗传性疾病，患者体内指导血红蛋白合成的基因上，某个“单词”发生了变异。正常人的是GAG，而患有这种疾病的人变成了GTG，血红蛋白对应位置上本来应该是谷氨酸，结果被换成了缬氨酸。红细胞也从正常的圆盘形，变成了镰刀形【2】。
但基因突变是唯一影响生理表征的方式吗？
不是。
近年来，科学家们发现，环境（比如饥饿、吸烟等）可以在基因上留下 标记 ，这种标记也可以在代际之间传递。好比不同颜色的荧光笔和贴纸在这份基因说明书上做出各种记号，并不需要真的改变原有的字符。而说明书会带着这些标记传递给后一代人，甚至后两代人。
例一 “冬日饥荒”
1944年9月，第二次世界大战期间，荷兰被德军占领。由于德军全面封锁了城市交通，阿姆斯特丹、鹿特丹等一些城市食品供应短缺，爆发了饥荒。饥荒一直持续到1945年初，最后，饥饿的人们被迫用郁金香球茎、桦树皮、野草充饥，每天的能量摄入不足400卡路里。这段历史被称为“冬日饥荒”，三万人被饿死。
幸存者中的儿童在成长过程中，出现了比普通人群更多的健康问题，包括抑郁、焦虑、骨质疏松、牙龈病、心脏病、糖尿病等。著名演员奥黛丽·赫本也是亲历者，她本人终身饱受慢性病的折磨，63岁查出罹患阑尾癌，64岁去世【2】。
1980年代，一些研究者们考察这场饥荒对亲历者后代的影响发现，经历过“冬日饥荒”的孕妇们，她们的子代和孙辈不仅出生时个头比正常婴儿更小，而且成年后肥胖症和心脏病的发病率也更高。这次饥荒的影响，竟然延续了至少三代人。
例二 “少年烟民”
英国布里斯托尔大学，自1991年起开展了一项父母和子女的纵向研究（ALSPAC, Avon Longitudinal Study of Parents and Children），在长达20个月的志愿者招募期间，共有14, 024名孕妇志愿参与ALSPAC研究。此后每年一次，这些志愿家庭的父母和孩子都接受一次全面的体检和心理测试。
其中一项研究成果2006年发表在《欧洲人类遗传学》期刊上。这些研究发现，在14,024名父亲中，有166名于11岁前开始吸烟，这正好是青春期开始之前。与女性自出生起体内就有卵子不同，男性是从青春期开始，体内才形成精子的。11岁开始吸烟，意味着这会在Y染色体上留下基因标记。
事实也证明，这些男性的儿子（儿子才会继承Y染色体），在9岁前比其他男孩有更高的BMI指数，意味着他们成年后肥胖的风险更高，其它潜在的健康风险也更高，而且可能预期寿命也更短【3】。
例三 “基因之外”
其实早在1950年代，英国学者Conrad Waddington注意到了这种现象。毕竟，胚胎干细胞会分化成神经细胞，肝脏细胞，肾脏细胞，血细胞……，而这些细胞的DNA是完全相同的。但胚胎在子宫内发育的过程中，不同的基因标记使它们最终分化成了不同类型的细胞。Waddington把这种现象命名为“表观遗传”，意思是“基因之外”。
04
标记基因的荧光笔：甲基
给基因做标记当然不是用荧光笔，而是一种叫“甲基”的化学基团。它的作用类似开关。
染色体长得像一个纺锤，而DNA长链就像棉线一样缠绕在纺锤上。稍有不同的是，DNA长链先缠绕在一种叫做“组蛋白”的小纺锤上，这些小纺锤构成的长链再缠绕到染色体这个大纺锤上。
当某些缠绕的部分松开时，甲基基团就可以和这部分的DNA或组蛋白结合，这叫做甲基化。甲基化可以调控基因表达，也就是关闭或开启基因。甲基化并不是唯一的基因调控方法，但是是最普遍的。
怎么能排除基因的因素来考察环境的影响呢？生物学家常用的办法是观察DNA完全相同的同卵双胞胎。
2005年，西班牙的研究者考察了两对同卵双胞胎的基因组标记。
其中一对双胞胎3岁，正如预想的一样，她们的甲基基团几乎完全相同。
而另一对50岁的双胞胎，基因组上的甲基基团差异非常大，好像在过去的几十年里，她们的基因组分别上了完全不同的化学课。
左：3岁同卵双胞胎的基因标记对比
右：50岁同卵双胞胎的基因标记对比
可以看出50岁组的差异非常大。
—— 我们的生活方式真的会影响基因的行为。而且正如前面所说，这些生活方式，在基因上留下的印记，还会传递给后代。
05
营养的力量，足以调控基因
看到这里了？谢谢你的耐心。那么我们要回到最开始的问题，营养跟这些基因调控什么的，到底有什么关系呢？
2003年，杜克大学的肿瘤学家Randy Jirtle做了一项非常有启发性的动物实验。
他的团队给实验豚鼠植入了一种叫做agouti的基因，这种基因除了会让豚鼠的毛色变为黄色，还会使它们容易患上肥胖症和糖尿病。实验把携带这种基因的怀孕豚鼠分为两组：一组喂食富含叶酸和维生素B12的饮食；另一组则没有额外补充这些B族维生素。
B族维生素的作用正是甲基供体——它们可以使甲基更频繁地与豚鼠胚胎的基因结合，从而调控豚鼠幼崽的基因。结果，饮食中富含B族维生素的那组母鼠生育出毛色为棕色的幼崽，而且体重正常，不易患糖尿病。不需要改变基因，只需要提供正确的营养素，这些小豚鼠的健康状况就如此不同。这是营养影响基因调控的一个有力证明。
喂食富含B族维生素的饮食后，带有agouti基因的肥胖黄色母鼠产下体重正常的棕色幼崽
已经有足够的证据说明，环境确实会通过表观遗传作用开启或关闭基因。而“饮食”，更确切地说，饮食中包含的营养素，正是非常重要的环境因素。对基因的调控不当，比如低甲基化，会导致各种慢性疾病的发生。甲基化失衡也是肿瘤发生的表观遗传标记之一【4】。
造成低甲基化的原因之一就是甲基化的原材料不足。这些原材料，也叫“甲基供体”，包括叶酸，维生素B12，胆碱（一种B族维生素复合物），omega-3脂肪酸，以及多种矿物质和必需氨基酸。
在DNA复制的过程中，有大量负责“校对”的酶保证几乎完美的“字符”复制，但对于基因标记的复制，就不那么完美了。
除了 年纪增长 会增加标记复制时出错的概率，制造“标记”所需的 原材料不足，当然也会造成标记复制不完美。这也合理地解释了，为什么年长或营养状况不佳（男女都包括）的情况下生育后代，孩子罹患孤独症，双相情感障碍或精神分裂症的风险会上升。
而哪些食物富含“甲基供体”呢？
—— 动物内脏，贝类，蛋类，蔬菜。
动物内脏
贝类
蛋类
蔬菜
除了营养之外的环境因素，还包括长期慢性压力，炎症等。高糖饮食会上调炎症反应蛋白，反过来造成甲基化失衡。
06
结语
野兽生活曾经从考古学和人类学方面阐释低碳水饮食的合理性。《深度营养》又提供了一个全新的视角，从最根本的基因层面，解释了为什么 提供丰富营养的饮食 ，对我们的健康，包括我们后代的健康，是如此的重要。
那些赢得了“基因彩票”的幸运儿，并不是因为他们有更多的“优秀”基因，而是因为他们的基因得到了最合理的调控。吃正确的、富含“甲基供体”的食物。
而你，也可以通过合理调控自己的基因，改变自己的健康状态，以及下一代、下下代人的健康。
下一篇，我们会告诉你：如何摄取营养丰富、富含甲基供体的食物？这些食物，就是前两期提过的——“人类饮食”，下一期中会有更详细的介绍，请持续关注。
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参考文献：
【1】http://www.slashfilm.com/nasa-2012-absurd-scifi-movie-gattaca-plausible/
【2】悉达多·穆克吉，《基因传：众生之源》，中信出版集团
【3】 http://content.time.com/time/subscriber/article/0,33009,1952313-1,00.html
【4】 https://en.wikipedia.org/wiki/DNA_methylation_in_cancer
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