环境会影响基因！环保义不容辞

环境问题牵涉到地球的永续发展，不仅影响人类，也包含其他动植物、微生物的存活。无论是空气污染、水污染或全球暖化等，都是当今人类面临的重大议题。如今也有研究结果表明，个体若是处在不良环境下，其基因会受影响甚至遗传给下一代。

2018 年 3 月 6 日，《Nature Communications》刊登一篇由加拿大安大略省癌症研究机构（Ontario Institute for Cancer Research）进行的最新研究，描述环境影响人类罹患疾病的风险，并造成个体适应环境变迁时的遗传变异。在面对复杂疾病的研究，想要厘清环境与遗传变异，在个体对疾病敏感性的影响仍是相当具有挑战。目前环境与基因的交互作用被认为是普遍存在的，而且可能会遗传并造成后代罹患疾病的风险。究竟环境暴露是如何影响个体的基因型呢 ?

环境因子对基因的影响超过血缘

先前一项由加拿大精准医药（Canada’s precision medicine）所主导的计画－Canadian Partnership for Tomorrow Project（CPTP），为了厘清环境、遗传因子在慢性病的影响，长期追踪超过 315000 位加拿大人。
研究人员收集受试者的血液样本进行定序，并在全基因体分型上，将这些法裔加拿大人分为本地型（FC-locals）和区域移民型（FC-regional migrants），前者指的是与居住地区有着相似血统的个体，后者则是其祖先来自不同地区的移民，欲分析血缘和环境对基因表现的影响。

透过转录体分析，发现居住在城市（MTL）和居住在小镇（SAG）的法裔加拿大人里，其表现量有差异的基因子目最多，高达 6649 个基因。相较之下，Montreal 和 Quebec City 的组别只有 505 个，而 Quebec City 和 Saguenay-Lac-Saint-Jean 的组别则是 2167 个。在同一地区，本地型和区域移民型的法裔加拿大人相比，其基因表现量有差异的数目则相当小。这些表现量有所差异的部分包含许多涉及氧气与气体交换、G 蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptors）以及炎症反应的有关基因。

结果指出，环境暴露对于基因表现的影响竟比血缘关系还大，而且可能影响潜在的表型变异以及疾病的发展。

空污影响表观遗传调控

他们进一步收集了魁北克省的各种相关资讯，包括空气品质方面的 PM2.5、NO2、O3 和 SO2，以及社会经济指数、人口密度、环境绿化、食物取得性、步行能力、公园密度和街道网络等面向，共 12 项作量化分析，发现其中几个可能造成基因表现量差异的关键因子。例如，受试者的临床指标中，动脉硬化、气喘、低密度脂蛋白（LDL）、呼吸功能（FEV1）、肝酶（ALT、AST、GGT）水平等，皆与环境中的 SO2 和 O3 浓度有强烈相关性。当中牵涉多达 170 个表现差异基因，包括与氧气运输活性、白血球迁移、慢性发炎，以及 CXCR 趋化因子活性和 G 蛋白偶联受体相关的部分，揭示空气污染对健康状况的不利影响。

他们也利用转录体分析，发现许多与不同空气污染源（PM2.5、NO2、SO2、O3）有关的基因，指出糟糕的空气品质可能作用于部分基因和途径的调节，并直接导致个体心肺功能障碍或促炎症（pro-inflammatory）的状态。其中，一个 atad2 基因，其蛋白产物是ATPase家族的一员，可读取染色质上的表观遗传标记（epigenetics marks），影响基因调控，它被认为与多种人类疾病有关，并可作为多种不同癌症的不良预后标记。

本篇研究主要说明了居住地区对转录体的影响超过血缘上的影响，尤其暴露在空气污染较严重的环境，更解释了区域间某些临床病症的差异（例如气喘发病率）。幸运的是，空气品质在 80 年代后逐渐获得改善。反倒是许多亚洲国家因为工业快速发展和石化燃料的使用，使空污日趋严重，导致更高的发病率和死亡率。

人与环境的共存共荣

其他类似研究还有 2016 的《Science》，有一期基因与环境的特刊，提及许多例子说明遗传和表观遗传如何改变人类对环境的反应，并可能在疾病中发挥作用。例如喜马拉雅山的居民－夏尔巴人，终年在寒冷、低气压的环境中生活，是外地人想要登上珠穆朗玛峰不可或缺的向导与帮手，研究表明他们的血压较低、肺活量较高，皆是遗传下来的特性。

还有各种生物为了适应极端气候、疾病威胁、有毒环境等所演变出的适应力。以及非序列遗传的基础，透过表观遗传学，将亲代有利的生存经验遗传给子代，使其更能适应环境，避免致命威胁。除了本篇研究，还有许多环境与基因交互作用的例子，未来可望有更多后续研究能进一步厘清环境影响生物的详细机制，正视环境保护的重要性，追求永续发展，维护生物多样性。

延伸阅读：遗留雪地中的线索：环境 DNA

参考资料：
1. Favé MJ, et al. Nature Communications. 2018; 9 (1) doi:10.1038/s41467-018-03202-2
2. Fan S, et al. Science. 2016 Oct 7; 354(6308): 54–59
3. Miska EA, et al. Science. 2016 Oct 7;354(6308):59-63

文 / Biker