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一份痛苦的遗产:人们的精神创伤会不会从生物层面影响子孙后代?

2019-8-11 17:02| 发布者: admin| 查看: 122| 评论: 0
摘要: 人们的精神创伤会不会从生物层面影响子孙后代?老鼠实验或许会给我们一些提示。原文作者:Andrew Curry原文地址:https://science.sciencemag.org/content/365/6450/212所在期刊:Science Vol 365 Issue 6450, 211-2 ...
人们的精神创伤会不会从生物层面影响子孙后代?老鼠实验或许会给我们一些提示。

原文作者:Andrew Curry

原文地址:https://science.sciencemag.org/content/365/6450/212

所在期刊:Science Vol 365 Issue 6450, 211-215

译者:七八,一个假艺术生(https://www.douban.com/people/jfufufj/)

译者前言:可能是因为在该领域的研究太过前沿,论文都还没有写成,所以文章中几乎没有出现引用,有的研究提到了研究地点和研究者的名字,而有的则连实验者的名字都没有。而文中提到的实验似乎有着许多实验之外的可变因素,但因为没有引用则很难查证到底是文章不严谨还是实验不严谨。所以译者在这里建议大家抱着怀疑态度阅读这篇文章。

(所以欢迎指出文中的任何错误,我会立刻修改,谢谢!)

太长不读

基因科学家们通过实验,在老鼠身上发现精神上的创伤会在基因遗传层面产生改变,从而改变后代的身体和行为。多个实验表明,若老鼠的父辈或祖辈父母有着精神创伤的经历,则这些老鼠有着更高的抑郁水平,并且更易肥胖,而这一影响可能会遗传六代以上。虽然科学家们认为,这有可能是由于老鼠父母经历过创伤后,自身行为的改变致使小鼠的幼年生活环境变差而导致的。但后续的实验证明,在排除了这一可能性后,小鼠的基因与行为依然受到了父辈经历的影响。通过对人类孤儿的观察,科学家们推断这种遗传改变也会在人类身上产生。但这种改变是可逆的,实验表明,通过丰富老鼠的生活环境,精神创伤所造成的影响便不会遗传下去。

原文翻译

对于生活在巴基斯坦SOS孤儿院的孩子们来讲,他们的人生有一个艰难的开始。他们中的很多人都失去了父亲,在一个保守的巴基斯坦社会里,这意味着很有可能同时失去母亲。因为当失去了父亲的支持,单亲妈妈很难找到可以维持家庭的工作,所以她们只好放弃自己的孩子。

在巴基斯坦的一些城市如木尔坦、拉合尔和伊斯兰堡,会给孤儿们提供庇护和医疗,并把孩子们送到当地的学校,以图为孩子们“提供尽可能最好的支持“。在苏黎世大学的神经科学家Ali Jawaid如此说到。“但尽管如此,这些孩子们依然会经历焦虑和抑郁在,这是创伤后压力心理障碍症(post-traumatic stress disorder, PTSD)的表现。”

这些孩子们的经历除了会带来心理层面的负担,还会有其他潜在隐藏的的后果吗?Jawaid对此很好奇。为此,他从孤儿院入手,开始研究一个令人不安的可能性:与父母分离给孩子所带来的精神创伤会引起生物层面的微妙改变,而这个改变会持续影响他们的子孙后代。

这个观点如果在20年前提出,肯定会被笑掉大牙。但如今,一个人的经历会改变他子孙的细胞与行为的假说已被广泛接受。事实证明,动物若经历压力、寒冷或高脂肪饮食,会使得后代的新陈代谢系统发生改变。并且一小部分研究发现,当人类经历精神创伤后,他们后代的健康会发生微妙的改变,如大屠杀幸存者的孩子们。

这个发现有着意义深远的含义。若我们的人生经历会对我们的孩子,以及孩子的孩子产生影响,那么小到抽烟,大到致使孩子与父母分离的移民政策①,将会面对一个有力的反对论据。“这是非常可怕的,如果我们祖辈的经历会改变我们得病的几率,那如今我们本以为会被时间抹去痕迹的行为,实际上正在影响着我们的重重重孙子。“Michael Skinner,一位华盛顿大学的生物学家如此表示。

Skinner的动物研究表明,表观基因组(epigenome)的改变,可以传递许多代(Science, 24 January 2014, p. 361)。若精神创伤会引起人的表观基因组改变,那么这种变化就可以当作生物标记去识别哪些人更容易得精神疾病或其他的健康问题,并且对此进行干预,从而终止这种遗传。

但是,精神创伤和身体层面的压力(physical stress)是有区别的,想要证明前者会遗传是一种挑战。“困难……在于区分哪些是通过社会层面遗传,哪些不是,而社会遗传的影响一定是很大的。” 苏黎世联邦理工学院的神经科学家Johannes Bohacek表示,“对人类的审判还没结束。”

神经科学领域中的许多知名人士担心这种观点可能带来的危险后果。来自西奈山伊坎医学院的Rachel Yehuda在研究过40名从大屠杀中幸存的孩子后,她发现这些孩子的压力荷尔蒙——皮质醇(stress hormone cortisol)的基线水平(baseline level)更低,她还发现这些孩子有着不同的DNA甲基化(methylation)图案——一个表观基因的标志。但是,她在去年的一篇论文表示,对于精神创伤是否会影响遗传这件事下结论还为时尚早,而媒体的疯狂误导,会让大众陷入绝望。

“对当下的实验结果的过度解读实在太多了。”哥伦比亚大学,研究蟋蟀非基因遗传的生物学家Katherine Crocker对此表示:“目前大众对表观基因的看法可能永远无法被证实。”

为调查,Jawaid正在提取巴基斯坦孤儿以及他们那些有父母的同学的的血液和唾液样本。作为Isabelle Mansuy实验室的研究者之一,他希望搞清楚被迫与父母分离所带来的精神创伤是否会在细胞层面留下痕迹。但是想要证明这一点,他必须要等很多年,等到这些孤儿有了自己的孩子才行。因此,Mansuy开始从老鼠身上着手研究。

就在最近的某天下午,Mansuy在自己位于UZH的实验室,她穿上了全新的实验室大衣和干净的蓝靴子,轻轻地推开了一间昏暗房间的门。随后一股温暖的空气吹了出来,这股空气闻着像狗的咀嚼物。“我们让整个房间保持昏暗,以便我们在做实验时保持它们(实验鼠)的生物钟,”Mansuy用平静的声音说道:“这是我们的第三十一实验组。”

Mansuy认为,并不是所有的遗传特征都根植在DNA里,而这一观点要追溯到50多年前的一个有趣的发现。人们发现,有着相同DNA的玉米,却可以有着不同的特征,比如玉米粒的颜色,而这一不同可以延续好几百代。这一发现在一开始饱受争议。在基因学家看来,这简直就是反达尔文主义的复活。

但许多生物实验表明,表观基因遗传是真的。在一些结构简单的生物当中,如秀丽隐杆线虫,研究者发现,一但改变基因所产生的RNA,它就会关闭并沉默80代以上。而有的例子则更具戏剧性:将水蚤放置在充满猎食者气味的环境当中后,它们的后代会长出有刺壳的脑袋。而在老鼠的实验当中,Skinner与其他实验者们发现,当改变老鼠的饮食,将它们放在低温环境或有毒环境中后,它们产出的后代的行为以及重量产生了不同。

在流行病学当中,一些对人的研究发现了相似的结果。其中最有名的研究来自于荷兰冬季大饥荒,这是一场发生在二战末期的饥荒。如果孩子们的妈妈在大饥荒期间怀上了他们,那么他们可能比同龄人死的更早,并且更有可能患上肥胖症和精神分裂症。一些其他的研究表示,有的孩子的父母有着饥荒的经历,哪怕这种经历是在是在子宫里,也会使他们更容易得心脏病。而历史纪录的统计显示,那些在战争监狱里服过邢的内战士兵的儿子们,比起那些父亲没有蹲过监狱的人来说,死得更早。

但是,这些研究存在着一个明显的反对理由:这些不同是由父母的教育所致,而非表观基因遗传。比如说,在战争监狱的经历,让这些士兵变成了坏父亲,致使他们儿子的生活遭受不幸。而与经历过饥荒的父母一起成长,本身就足以影响一个孩子的行为。为了回答这个反对理由,我们就要用老鼠来做实验。

从2001年开始,Mansuy开始着手设计一项重现幼年精神创伤的实验。她不定期地将老鼠妈妈和老鼠宝宝分离,为了进一步的模拟精神创伤,她还将鼠妈妈监禁在管道里或者丢进水里,对于老鼠来说,这都会产生极大的精神压力,而鼠妈妈和她们的孩子团圆后,因为那些可怕的经历,让它们发了疯且无暇照顾它们的孩子。Mansuy表示这些老鼠所经受的折磨是有意义的。“我们这么做是为了模仿人类的苦难经历,加深在这个问题上的理解,让我们的孩子更好的成长。”

意料之内的是,这些小老鼠长大后,行为发生了改变。但出乎Mansuy意料的是,这种行为的改变会在它们后代以及后代的后代身上延续。最开始,她以为这可能依然是通过行为影响的方式遗传的。小时候经历精神创伤的老鼠,长大后成了坏父母,将它们的创伤传递至了下一代。在人类的案例中,也可以如此解释。

为了排除这种可能性。Mansuy将目光移至到了公鼠身上。她将有着精神创伤经历的公鼠与正常的母鼠配种,然后将公鼠从母属的笼子里移除,以免公鼠的行为影响到它的后代,为了不让它们的垃圾兄弟(litter mates)互相影响对方,她将断奶后的小鼠和其他小鼠混在一起成长。

Mansuy的实验室反复重复了这一实验,有时她会让这些老鼠繁衍六代以上。“立竿见影,”她拿着实验报告说:“我们发现(在这些后代当中)许多症状是和那些自己分离的动物一样。“那些有着精神创伤经历的父亲的老鼠们,展示了更多的冒险行为,比如探索那些明显是悬崖的区域。而将它们在溺水时,会比控制组的老鼠更早的放弃挣扎,这是抑郁行为的表现。“Mansuy绝对是个先驱者,“哥本哈根大学的分子生物学家Romain Barrès如此表示。其他的研究者,也进行了类似的实验,如改变公鼠的饮食结构或者让公鼠大量接触尼古丁,并观察它们新陈代谢的变化和历代后代的行为变化。

“你要是问‘父母的人生经历是否会影响后代的发展?’那么答案是肯定的”,麦吉尔大学的表观基因研究者Michael Meaney如此表示,他的研究表明,母亲照顾方式的不同,会在表观基因层面影响大脑的发展:“Isabelle和其他人的记录了显示了精神创伤的经历会在多大的程度上会遗传,但关键问题在于它是如何遗传的。”

在Mansuy办公室走廊的尽头,三个巨大的冰箱装满了老鼠的血液、肝脏、乳汁、微生物和其他身体组织的样本。这些保存在-80°的样本是这十年多来的实验数据。Mansuy估计,这些行为数据和身体组织数据是从上千只老鼠身上收集的。她希望,精神创伤的生物标志就隐藏在这些冰箱当中等待被发现。许多早期的哺乳动物的表观基因实验都聚焦在DNA的甲基化作用上,认为是DNA和甲基化群(methyl groups)关闭了基因。但这些改变似乎是被直接遗传的:因为在哺乳动物中,当卵子和精子结合形成胚胎后,大部分甲基化作用就被去除了。

Mansuy和其他人仍认为甲基化作用在这当中扮演了某种角色。但他们同样在将包含许多信息的分子归零,这些分子被称作小非编码RNAs,也就是sncRNAs。大部分RNA是从DNA中复制的,它们扮演着信息传递者的角色,指导细胞的核糖体去生成特定的蛋白质。但是细胞又包含一股不生产蛋白质的RNA。这些非编码RNAs会骑在那些扮演着信息传递者的RNAs身上,影响或者放大它们的作用,因此产生更多或更少的蛋白质。

Mansuy和其他研究者认为,压力既会影响sncRNAs,还会在生物化学层面产生改变,从更高等的皮质醇到炎症。他们的研究聚焦在精子中的RNA上,当这些精子在睾丸扭曲的管道中生成时,面对压力带来的改变,是特别脆弱的。而后,当这些精子与卵子结合后,被改变的sncRNAs可以在胚胎发育的早期改变其蛋白质的产生,而这种改变会涟漪般的影响百万计的细胞分裂活动。“影响的信号(Hosts of signals)会在细胞成为受精卵时产生,“马里兰大学的表观基因学家Tracy Bale表示:”如果爸爸携带的小非编码RNAs对妈妈的RNAs有影响,那么这将改变胎儿发育的轨迹。

Bale发现的证据表明,精神创伤会影响精子中的sncRNAs,而这一影响会在后代中传递。她通过狐狸的气味、噪音和强光来折磨正处青春期的小鼠。而后检测他们精子里和它后代的sncRNAs。从中,她发现了九种不同的sncRNAs发生了改变,其中包括会影响新陈代谢与细胞生长的SIRT1。

之后她又制造了一些RNA分子,这些分子与上述分子相同,并将它们注入早期胚胎中。当这些胚胎长大成鼠后,它们的RNA有着同样的改变。而这些老虎的后代在压抑的狭窄管道中待一阵子的话,就会有着更低的肾上腺酮,而这相当于人类体内的皮质醇。“如果你有着同样的RNA变化,那你会生出有着和你一样的显性特征的后代。”Bale说到。

在幼年经历创伤的公鼠身上,Manuy发现了类似的RNA变化。它们身上中一些sncRNAs有着更高的水平,这其中就包括miR-375,它负责调控压力反应。Mansuy认为这些分子层面的变化正是她之前所观察到的性格遗传的起因。在一项实验中,她的团队将受过精神创伤的公鼠的精子注入正常公母鼠的所产的受精卵当中,而后也在出生的小鼠身上发现了行为的改变。尽管在老鼠的实验当中,我们可明显辨认出其中的因果关系——RNA层面的变化引起了行为和生理层面的变化,但想要在人类身上证明这一点,却是极难的。“这5年我们走了很远的路,”Bale说:“但我们还是不知道同样的结论是否在人身上也适用,因为我们没有一个可控环境(译注:就是无法合理合法的折磨人)。

但毕竟手上有着老鼠的数据,Mansuy没有放弃寻找人类表观基因变化的证据。她随后采集并分析了在2005至2008年期间驻扎在阿富汗的荷兰士兵的血液样本,这些样本分别是在他们驻扎前和归国后采集的。而她正和来自法国尼斯的临床医生一起,化验2015年恐怖袭击幸存者的血液样本。

研究者发现从这些士兵的血液样本中发现了sncRNAs的变化。比如说,在2017年,荷兰研究者表明那些经历过战斗精神创伤的士兵有着多种明显不同的sncRNA群,其中的一些与创伤后压力心理障碍症(post-traumatic stress disorder,PTSD)有关。但Mansuy却在实验室里的老鼠身上找不到相同的变化。这可能是因为这些士兵的样本已经放了好几年,又或许是人和老鼠本身就是不一样的——老鼠实验的局限性在此显示了出来。但Manusy依旧希望这类精神创伤在发生时,会带来表观基因的变化。老鼠实验永远不能完全复制人类的痛苦,但她表示:“最好的办法就是去选择一群和实验室里老鼠有着尽可能相同经历的人去研究。”

这就是为什么我们要研究巴基斯坦的孤儿们。这些孩子们有着和实验室中老鼠相同的经历,比如突然与他们的母亲分离。早期的发现令人振奋。“我们找到了与老鼠实验相同的结论,”Jawid说。就在上个月,Mansuy和Jawaid共同在bioRxiv发表了一篇文档,这篇文档记录了孤儿和受过精神创伤的老鼠的血液和唾液样本有着相同的脂肪酸水平,并且sncRNA的变化也是一样。“这些类似的生物标记表明,精神创伤会给这些孤儿们带来类似于老鼠实验中的后果。”Mansuy说。

塔夫茨大学的生物学家Larry Feig也进行了类似的实验,他通过频繁更换同笼老鼠的方式来给公鼠施加社交压力。在这些公鼠的精子中,他也发现了sncRNA群的变化,并且它们的后代更容易焦虑更少地社交——尽管这种变化与Mansuy所发现的不同。

通过与精子库合作,Feig随后试图在人类精子中寻找类似的sncRNAs变化。他同样请求精子捐献者去填一份有关幼年家庭经历的问卷,问卷的内容和家暴与家庭功能失调有关。Feig发现,在这份调查问卷中得分越高的人,他们当中的精子就越可能与实验室中老鼠的精子有着同样的sncRNA变化。显然,这份研究并没有说服所有人。爱因斯坦医学院的基因学家John Greally口头表达了对这种观点的批评,他指出这些研究当中的样本过小,并且过度依赖对流行病的研究。就目前来讲,他说:“老鼠实验还有很长的一段路要走。“他表示他甚至还没在老鼠身上看到确定性的实验:“我希望看到我们勇敢地从初步研究迈入到确定性研究上,并且也要欣然接受这种理论并不成立的可能性。”

在Mansuy办公室走廊的尽头的一间黑屋子里,就在老鼠繁殖区的外面,两个笼子并排放着。其中一个是实验室标配的老鼠箱,比鞋盒子大不了多少。大部分实验室的老鼠,就在这充满木头碎屑的盒子当中度过了一生。

而在它的旁边,一只有着黑色毛发,粉色尾巴的老鼠正在它双层、配备着跑步轮和小型迷宫的老鼠“大别墅”中活蹦乱跳。这环境是设计来让老鼠们持续玩耍和探索,刺激它们的感官和大脑(Science, 9 February 2018, p. 624)。

在2016年,Mansuy发布了一则实验证据:当受过精神创伤的老鼠在这种活动丰富的环境下成长起来后,并没有将他的精神创伤症状遗传给下一代。尽管数据有限,但Mansuy表示他们会扩大在这方面的研究。这表明人生经历对分子层面的影响既可以治愈也可以伤害。“通过在正确的时间节点体验丰富生活的环境,最终将有助于矫正精神创伤所带来的改变,”Mansuy说。

研究者表示,包括该研究以内的一系列研究表明,表观基因的变化是可逆的,这有可能改变当前在这一问题上的“末日情绪”。“若表观基因会受环境影响,”做过类似实验的Feig说:“这意味着负面的环境影响是也可逆的。”

在公开演讲和采访当中,Mansuy说她并不会保证太多。尽管她对他的实验数据很有信心,但她说,还有很多工作需要完成。“我并不认为这个领域前进的太快了,“Mansuy说:”我认为它前进的太慢了。“

注①:这里的政策应该指的是近年来英国的难民政策。该政策规定只允许年龄较小的儿童与孩子入境避难,而将其父母留在难民营,使得许多家庭被迫分离。

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