幾十年來，芭芭拉•奧利弗和她的同卵雙胞胎妹妹克莉絲汀有一段耐人尋味的關系。在她們的整個童年階段，她倆實際上被視為一個人的兩個版本：她們穿同樣的衣服，留同樣的發(fā)型。“我們父母所做的每一件事都在強調我們是有多么的相似。” 芭芭拉回憶說。
但是到了60年代，芭芭拉和克莉絲汀進入了青春期，情況發(fā)生了變化。這兩個女孩可以自己選擇衣服了，她們開始穿得完全不同。“我穿短裙，而克莉絲汀穿長裙和夾克。” 芭芭拉說。同時，她倆的性格差異也變得更加明顯。“克莉絲汀做事更認真，我更自信。隨著時光流逝，這種差別越來越大。”
克莉絲汀同意這一點。“我有更多的自我意識，深受嚴重抑郁癥之苦，芭芭拉身上就沒有這種跡象。也許我們是同卵雙胞胎，但是在很多方面，我們都大不相同。”
這樣的差異看上去也許很奇怪。畢竟，對同卵雙胞胎來說，他們具有完全相同的基因和強調他們相似的成長經(jīng)歷，他們的先天和后天似乎是完全相同的，但是芭芭拉和克莉絲汀最終成為兩個完全不同的人。
“她們并不是特例。”倫敦國王學院雙胞胎研究負責人蒂姆•斯派科特教授說，數(shù)年前，斯派科特招募芭芭拉和克莉絲汀進入其雙胞胎研究部門，她們和其他同卵雙胞胎差不多。在某些方面，例如長相上，這些雙胞胎非常非常相似。但是在其他方面，他們又完全不同——這很難解釋。“我們從多個不同的方面觀察到了這一點。” 斯派科特說，“例如，我們的研究表明，雙胞胎很少死于相同的疾病，盡管他們有著許多像身高這樣相同的身體特征。這不是一件簡單的事情。”
斯派科特研究中的部分雙胞胎
這聽起來令人費解。畢竟，同卵雙胞胎具有相同的基因，它們來自于同一個子宮，擁有相同的童年。“我們研究招募的大多數(shù)雙胞胎都是18歲（左右）以前共同生活在一起的，他們上同一所學校，吃一樣的食物，但是他們后來的生活完全不同。” 斯派科特說，下個月他的這項開拓性研究就滿21年了。
這是一個有趣的探索，它為人們揭示了一項關于基因表現(xiàn)及基因與環(huán)境相互作用的全新認識，也許可以解釋令人困惑的人類變異的根源，盡管斯派科特開始這項研究時，并沒有那么遠大的目標。在20世紀90年代，他研究的是白內障和關節(jié)炎等常見疾病的根源。當時，醫(yī)生認為這些疾病是由于隨著年齡的增長，身體日漸磨損和消耗引起的。人們不得不忍受這些疾病。“我想知道為什么有些人那么早就患上這些疾病，而有些人就沒有。”
這也正是他研究雙胞胎的開始。通過對同卵雙胞胎、異卵雙胞胎以及他們對疾病的敏感性作對比，斯派科特將遺傳根因素和環(huán)境影響分開，單獨進行研究。于是斯派科特開始招募雙胞胎，并在倫敦圣托馬斯醫(yī)院成立了研究部門。他做這些的時候恰逢現(xiàn)代遺傳學首次取得突破性進展。在80年代末和90年代初，使用現(xiàn)代分子生物學工具的研究人員開始針對造成致命但罕見遺傳性疾病（例如囊性纖維化病、亨廷頓氏病和肌肉萎縮癥等）的單個基因進行研究。對于一些普遍性疾病，例如心臟病和糖尿病，雖然它們的根源更加復雜，可能涉及到十幾個基因，但人們預計對它們的研究也將很快跟進。
“科學家將對基因進行分析，然后找出它們和疾病之間的關系。” 斯派科特說。“成千上萬個基因研究如火如荼地開展起來，但是其中大部分都是錯誤的，因為研究人員沒有或不能復制他們的結果。那是一個炒作的時代。如果你得到一個不太好的結果，你根本就不會發(fā)表它們：90%的論文最后被證明是垃圾。”
一項這樣的研究涉及到斯派科特的雙胞胎研究。這項合作研究顯示，維生素D受體基因是引起骨質疏松的單個基因，該基因變異上的一個錯誤會導致人們容易患上這種疾病。這項研究登上了《自然》雜志的封面——這是每個科學家的夢想，不過后來證明這項研究是錯誤的。“這是一個虛假的黎明，” 斯派科特說，“我們都弄錯了。”
然后人類基因組計劃開始了，測序技術和更嚴謹?shù)脑囼灨母锪藗€體差異研究和雙胞胎小組的工作模式。“在我們的記錄里，有7000個雙胞胎，也就是說3500對兄弟姐妹，其中大約有一半都進行了全基因組測序。” 斯派科特補充說道。
每年，研究人員要為雙胞胎群體舉行為期一天的測量聚會，他們采取血液樣本，計算骨密度，評估肺功能，照射X射線，進行全身掃描，同時進行一系列心理測試，對大量的參數(shù)進行分析研究。“我們每年參加一次這樣的活動，非常有趣。整個活動期間，我和我妹妹一直都在一起。” 克莉絲汀說。
但是通過這些聚會以及在雙胞胎身上開展的研究讓遺傳學家感到疑惑。他們發(fā)現(xiàn)，導致肥胖等常見病癥的并不是十幾個基因，而是與數(shù)百個基因有關。“就拿骨質疏松來說，我們曾經(jīng)以為它是由單個基因突變造成的，現(xiàn)在我們認為可能有500個基因參與——它們相互作用導致人們在不同的年齡患上這個疾病。” 斯派科特說。
“這些基因單獨對某種疾病患病風險的貢獻只占0.1%，但是把這些所有的基因加起來，它們對患病風險的貢獻也只占我們在人群中看到的普遍性和嚴重性疾病的一小部分。這種現(xiàn)象有一個名字：丟失的遺傳性。”
這種結果你可以直接從圣托馬斯開展的同卵雙胞胎研究中看出來。“我們現(xiàn)在沒有觀察同卵雙胞胎的相似性，而是開始觀察他們的差異性，這是我們觀察上的一個轉變。我們的工作表明，死亡年齡的遺傳率只有25%，同樣，當同卵雙胞胎中的一個得心臟病時，另一個得心臟病的機會只有30%，類風濕性關節(jié)炎的數(shù)字只有15%左右。”
這是一個令人費解的觀察：具有相同基因和相似成長經(jīng)歷的人具有非常不同的人生結果。這是什么原因呢？斯派科特說，4年前一個顛覆性的答案出現(xiàn)了，他意識到這些差異是由于人類表觀基因組的變化引起的。
“從本質上講，表觀遺傳學是環(huán)境變化會改變我們基因表現(xiàn)的一種機制。”他說。“這涉及到一個被稱為甲基化的過程，該過程是甲基附著到我們DNA上時發(fā)生的。當甲基化發(fā)生時，它能夠抑制或降低基因的活性，并阻止它在我們體內制造特定的蛋白質。”更重要的是，各種類型的生活事件都會影響到我們體內的DNA甲基化水平：飲食、疾病、衰老、環(huán)境中的化學物質、吸煙、毒品和藥物。
因此，表觀遺傳變異讓疾病模式發(fā)生了變化。在斯派科特及其同事最近開展的試驗里，他們觀察了多對同卵雙胞胎的甲基化水平，結果支持這一理論。“我們對具有不同疼痛耐受性的同卵雙胞胎進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)他們具有不同的甲基化狀態(tài)。我們對抑郁癥、糖尿病和乳腺癌的研究也產(chǎn)生了類似的結果。在不同情況下，我們發(fā)現(xiàn)對于同一對雙胞胎，基因在一個人身上處于打開狀態(tài)，在另一個人身上處于關閉狀態(tài)。這往往決定了他們是否有可能患上某種疾病。”
然而，表觀遺傳變異并不是簡單的環(huán)境變化。它們影響一個人的基因，在極端情況下，它們能夠持續(xù)影響兩到三代人。例如，科學家曾經(jīng)對一些特殊孕婦（在第二次世界大戰(zhàn)和50年代中國大饑荒時期忍饑挨餓過）的孩子及其孫子進行研究發(fā)現(xiàn)，這些后代傾向于個頭更小，更容易患上糖尿病和精神病。這些趨勢都歸因于表觀遺傳變異。
“從本質上講，它們是一種讓一代人發(fā)生短期變化的方法。” 斯派科特說。“一場饑荒來臨，你不能瞬間改變你的基因，但表觀遺傳變異能讓你的孩子們變胖、變瘦或者變成其他樣子以達到最適應新形勢的狀態(tài)，這些變化至少將持續(xù)兩到三代，當然，它也有可能不會發(fā)生。”
不管怎樣說，“表觀遺傳變異解釋了雙胞胎行為和疾病的可變性”這一理論得到了克莉絲汀的認同。“‘我不同于我的同卵雙胞胎是由于生活事件造成的’這一說法很有道理。芭芭拉比我先結婚。很多雙胞胎都會告訴你當這樣的事情發(fā)生時，另一個人會悲傷。我就是這樣。后來我患上了白血病，我也離婚了。這樣的事情放在任何人身上都會留下痕跡——運氣也是會起到一定作用的。”
