表观遗传学

研究报告表明，猴子在其群体中的排名以及伴随其地位而来的压力，极大地改变了其近1000个基因的表达形式。这项研究首次证明了灵长类动物的社会地位和遗传调节之间的关系，揭示了社会环境和生物之间强大的、可塑的联系。


      通过对高等级雌性恒河猴和它的低等级同伴进行对比，研究人员发现，它们的免疫反应和其它功能在基因上都呈现出巨大的差异。当雌性动物的等级提高时，它的基因表达也会在几周之内发生变化，这表明，社会力量可以迅速影响遗传调节。


      芝加哥生物科学大学的人类遗传学助理教授，同时也是美国国家科学院院刊的资深作者Yoav Gilad博士说道：“基于不同的等级，我们可以使用基因表达来对个体进行分类。揭示这些可塑的、短期的变化，是非常新奇和有趣的。”


      由芝加哥大学的博士后研究员Jenny Tung领导的这项研究，将生长于亚特兰大耶基斯国家灵长类动物研究中心的恒河猴分成五组。在野外，每一组都自我组织形成一个独立的等级结构，根据对于食物、水和梳理毛发伙伴的竞争的排名。如果是圈养，那么统治地位是根据进入群体的时间次序。基于此，在野外环境中，研究人员就有机会研究排名变化如何导致生物效应。


      杜克大学进化人类学助理教授Tung博士说道，“在野外，雌性动物通常自其出生起都不会离开其所在的社会群体，它们从母亲那里继承社会地位。但在这种非自然情况下，进入群体的次序决定了它们的等级，新进入者一般地位较低。”


      以前对恒河猴的研究发现，社会等级会影响应激反应、大脑和免疫系统。Tung，Gilad和他们在耶基斯大学、埃默里大学、约翰霍普金斯大学的同事，利用基因芯片技术对超过6000个不同基因表达进行了测量，以此来首次探寻灵长类动物社会等级对基因功能的影响。


      通过对49只来自于不同等级的雌性猴子的对比研究，他们揭示出，987个基因的表达方式存在巨大差异，这其中包括112个与免疫系统相关的基因。这一结果与之前对猴子的研究数据相符合，即低排名和慢性压力会导致免疫功能受损。进一步而言，在对人类的研究中，低的社会经济地位和高的社会压力会加重疾病风险。


      基因表达变化的研究非常强大，研究人员可以仅仅根据猴子的基因表达资料，精确预测它在群体中的社会等级。这种预测能力同样支持另一种非预期的实验，即，是否基因表达可以反映出事先未计划的统治等级的改变。


      Gilad说道，“不管什么原因，当几只动物离开笼子，一些新的动物加入群体，这最终会改变一些猴子的排名。我们可以受益于这一变化，因为我们可以观察我们的分类工作是否有效。”通过对猴子离开前后的血液样本进行分析，研究人员能够利用基因表达签名正确预测六、七只猴子的排名变化。结果表明，社会诱因的基因表达变化是不稳定的，但是基于社会环境变化的基因表达变化是非常迅速的。


      Tung说道，“这一研究有一个非常奇怪的地方，即个人社会排名决定其健康状况。但是，也有有利的一面。对于七只雌性猴子来说，排名的变化会带来基因状态的改变。我认为，这意味着变化所具有的更加广泛的能力。”


      研究人员还研究了社会状态影响基因表达的机制。优势等级影响糖皮质激素“压力荷尔蒙”信号系统以及血液样本的细胞成分，这两项都对于基因表达有影响。


      实验还首次表明，社会等级影响许多基因的DNA甲基化状态，这是一种基因短暂开关的表观遗传机制。随着排名状态而发生变化的基因表达与未受影响的基因相比，更易甲基化，这意味着，这一机制同样在遗传调控的社会影响方面发挥作用。


      Gilad说道，“这是一种新奇的机制，人们还没有在灵长类动物中进行研究。我知道，甲基化改变在时间标度上的可能性有所保留，但是，这也是这一机制有效的证明。”


      作者警告说，实验使用了圈养的猴子，并强调，在野外环境下，这一结果或许是不同的。Gilad说道，社会影响在人类基因中的作用有待测试，在人类中控制其他一些变量，仅就测量状态进行研究是非常困难的。但如果社会压力的确会影响人类健康，当前的研究前景非常乐观。


      Gilad说道，“对人类来说一个令人鼓舞的消息就是，这一影响是可塑的、可逆的、等级变化引起的一系列变化是巨大的。不论是什么导致了社会环境的压力，你都能够解决。”


      该研究由美国国家卫生研究院提供资金。