表觀遺傳學 (Epigenetics) 是生物學的一個新興領域。專門研究在沒有改變細胞核 DNA 序列的情況下，細胞如何能經由其他方法，將某些基因的表現 (gene expression) 程度，達到可逆轉、可遺傳的改變，其改變的遺傳遠度，甚至於將超過第三代。這些基因功能的改變和遺傳，能增加生物體及其後代對所處環境的適應力，但也能造成健康上的影響。

希臘字首 epi 的意思是：超過、之上、之外、附加、表面；genetics 是：遺傳學、基因學；所以 Epigenetics 也被翻譯成：擬遺傳學、表遺傳學、外遺傳學、後遺傳學、超遺傳學、表觀基因學等。

DNA 序列，是遺傳的基本根據

人體的非生殖細胞都有 23 對染色體，其中一對在女性是兩個 X 染色體，在男性則是一個 X 和一個 Y 染色體。染色體含有遺傳物質，是長鏈 DNA；而 DNA 又是由 A、C、G、T 四種核苷酸 (Nucltotide) 排列組合，連接而成。

所謂基因就是一段雙鏈 DNA，它的核苷酸序列可以被轉錄 (transcription) 到對應的單鏈 RNA上；而這 RNA 上面的序列資訊，可以被用來決定一個對應的蛋白質的胺基酸的排列組合的次序。一套人體 DNA 有 23,000 個基因，也就是說人體的遺傳資訊總共可以做出大約 23,000 個不同結構的蛋白質。

每一個基因，在不同細胞、或同一細胞的不同時候，表現的程度不同，意思就是說它被轉錄出相對應的 RNA、或製造相對應的蛋白的活躍度，隨著不同細胞或不同時候會各自不同。

我們身體上所有的不同細胞本來都是由單一受精卵經過不斷的分化而形成的，細胞會分化成肝細胞、皮膚細胞、肌肉細胞、骨骼細胞、神經細胞、血液細胞等。雖然，非生殖細胞都擁有人體所有的基因；但是，在不同種類的細胞裡，有完全不同的基因表達的面貌、製造出不同的蛋白、執行不同的任務。

那麼在不改變 DNA 序列下，如何達成細胞的基因表現的改變、和細胞分化
 
表觀遺傳學的研究發現：在不改變 DNA 序列下，要如何達成細胞的基因表現的改變、和細胞分化，可能依賴於兩個主要的方法。第一個方法是由 DNA 甲基轉移酶 (DNA methyltransferase) 將細胞核某些區域的 DNA 的 CpG 雙核苷酸（CpG dinucleotide）部位的 C 鹼基加以甲基化 (methylation)。甲基化發生之後會減少該 DNA 區域的 RNA 轉錄的活躍程度，因此減少該基因所對應的蛋白質的合成，降低該區域的基因表達。

第二個改變基因表達程度的重要方法，是透過組蛋白修飾 (histone modification)。組蛋白富含精胺酸 (arginine) 和離胺酸 (lysine) 兩種帶正電的胺基酸。組蛋白的功能，是讓帶負電的 DNA 纏繞在組蛋白的上面，使 DNA 因此而壓縮了，結構上趨於穩定、安全。當組蛋白被修飾後某些離胺酸會失去正電，使 DNA 壓縮的程度放鬆，因此方便該 DNA 區域的 RNA 轉錄，基因表達的程度也就會被提升。

表觀遺傳學發現，除了以上兩種方法來改變基因表現的程度之外，還有其他方法。例如大部分的 DNA 序列並沒有用來做基因編碼，這些編碼空段往往被用來影響基因表達程度。有些從非基因編碼區域所轉錄出來的RNA，會被切成有特殊三維結構的微 RNA  (micro RNA，簡稱miRNA) 。miRNA 可以干擾他們所調控的對象基因的轉錄和蛋白質製造，以降低對象基因的表達程度；而 miRNA 的產生，又得受到 DNA 甲基化和組蛋白修飾兩種方法的調控。

細胞分化最重要的就是利用上述 DNA 甲基化和組蛋白修飾，使細胞各基因的表達程度受到控制。在胚胎成長的過程中，由一個受精卵分裂成人體不同器官的各種組織細胞，每一代細胞，不斷地增加或減少不同基因的表達程度，來逐漸完成細胞分化，最後造就了一個神奇的人體構造。

細胞的分化通常是無法逆轉的，也就是說增減某個基因的表達程度的指令，在細胞的分化和繁殖過程中是一代一代被傳遞下去，以致於不同組織細胞有不同的功能、不同的器官有他們最終的面貌和位置。

基因表現程度的改變，會被生活環境所影響，也可以被遺傳給後代

雖然細胞的分化通常是無法逆轉的，但是有一個例外；DNA 甲基化和組蛋白修飾的紀錄，在減數分裂 (meiosis，製造精子或卵細胞的步驟) 時會被幾乎完全抹滅，使受精卵回歸完全未分化的全能幹細胞 (Totipotent stem cell) 。但是這項完全抹滅工作並不是百分之百的，所以如果 DNA 甲基化或組蛋白修飾是發生在精子或卵形成之前，某些這樣的紀錄是可以從親代傳到子代、孫代、甚至於好幾代。

令人驚訝的是，基因表現程度的暫時改變無論是 DNA 甲基化或組蛋白修飾都很容易被細胞的外在環境所影響。例如我們的生活習慣，像飲食、菸酒、運動、睡眠和情緒都可以帶來表觀遺傳上的變化，不但影響自己的健康，也影響後代。

從生物適應環境的角度來看，這種不改變 DNA 序列，只靠 DNA 甲基化或組蛋白修飾的暫時性影響及暫時性遺傳，是有它的優點。因為親代可以較迅速適應環境，然後把適應環境所得到表觀基因紀錄傳給子代。而又可以在一代或數代之後，由因應新環境而改回來、或繼續進一步演變，不至於像改變 DNA 序列那樣變成硬性、近乎是永遠的改變。

表觀遺傳會影響後代疾病的發生，例如新生兒體重不足、肥胖、糖尿病

• 心理因素也可以帶來表觀遺傳：有研究證明，孕婦罹患憂鬱症容易造成新生兒體重不足；孕婦抽菸也會造成嬰兒許多基因表達的改變。
• 妊娠時期經歷飢荒的媽媽，其所生下的小孩在成年後較易罹患某些疾病，如葡萄糖不耐症和心血管疾病。
• 以上孕婦帶給胎兒的改變，已證明包括 DNA 甲基化、組蛋白修飾、和 miRNA 等機制。
• 與成人細胞比較下，早期發展階段的胚胎細胞，較容易被食物造成的表觀基因改變所影響。
• 表觀遺傳也可以透過父親—精子的路線。雄鼠被過度餵食而出現代謝症候群後，有些雄鼠會將這些特徵傳給後代。
• 表觀遺傳可以傳幾代呢？史丹佛大學的研究者發表在 2011 年 Nature 期刊一份研究報告說，一代的食物條件，能對連續三個世代的線蟲 (C. elegans) 在壽命方面能持續地產生影響。

表觀遺傳和癌症的關聯

有害的超遺傳或表觀遺傳也會帶來癌症：如果在抑癌基因的 DNA 有過度的甲基化，就容易關閉抑癌基因的表達，使該細胞容易變成癌細胞，或使癌細胞容易發展成惡性癌；相反地，如果致癌基因 DNA 所結合的組蛋白過度被修飾，則會增加這個致癌基因的表達，而使得該細胞容易變成癌細胞，或使癌的發展惡化。

有些食物成分，例如茶葉的epigallocatechingallate (EGCG)、咖哩的薑黃素(curcumin)、葡萄的白藜蘆醇 (resveratrol)、大豆中的金雀異黃酮 (genistein，為大豆中的主要異黃酮)、十字花科蔬菜的異硫氰酸鹽 (isothiocyanates)，可以減少某些抑癌基因的 DNA 甲基化，因此可以增加抑癌基因的表達，減少正常細胞變成癌細胞、或正常幹細胞變成癌、正常細胞變成癌幹細胞的機會。實驗室也證明，這些防癌的食物成分和化療藥合用時，可以增加化療藥抑制癌細胞的功效。

Ref: 
Introduction to genetics.
Epigenetics.
Your Diet Affects Your Grandchildren's DNA, Scientists Say.
Epigenetic diet: impact on the epigenome and cancer.
Impact on DNA methylation in cancer prevention and therapy by bioactive dietary components.


 

隨著工業化，加上工作和生活習慣的改變，許多人白天長時間坐辦公桌，下班後超過 90% 的休閒娛樂時間，又是坐著看電視、上網、或玩電子遊戲，造成許多人每天坐姿超過 12 小時。有一連串的臨床報告說，久坐少動會帶來肥胖、糖尿病、心血管疾病、憂鬱症、癌症、和提早死亡。而且這些報告說，只要久坐少動就會多病、減壽，即使久坐者另外有做運動。以下簡介幾篇最近的、具有代表性的相關論文。

一個美國的大型臨床實驗報告說，休閒時間久坐少動會減壽

這篇文章是由美國癌症學會的研究人員，發表於 2010 年 8 月 15 日的 Am J Epidemiol 期刊。

研究者從無重大疾病的 53,440 位男性和 69,776 位女性，以問卷方式取得他們每天坐著多久和是否有做運動等相關資料，然後追蹤受試者達 14 年。在追蹤期間內，共有 11,307 位男性和 7,923 位女性受試者死亡。

研究者在利用統計方式，消除抽煙、身體質量指數 (BMI) 和一些其他因素的影響之後，發現：

• 每天坐姿 6 小時以上者，其死亡率高於每天坐姿少於 3 小時者，其中女性增加 34%，男性增加 17%
• 如果每天坐姿超過 6 小時、而且平常不運動，則其死亡率比每天坐姿少於 3 小時、而且有運動者高出更多，女性增加達 94%，男性增加達 48%。
• 在各種死亡原因中，以心血管疾病死亡率的增加最為顯著。

彙集 8 篇論文數據：久坐看電視，會增加糖尿病、心血管病罹患率，和增加總死亡率

這篇文章是由丹麥 University of Southern Demark 大學的研究人員，發表於 2011 年 6 月 15 日 JAMA 期刊。

研究者從 8 篇論文的資料 (共近 1,000,000 人的追蹤) 整理出看電視小時數和各種疾病罹患率或死亡率的關係。結果發現，每天看電視超過 2 小時，會增加 20% 糖尿病罹患率、15% 心血管疾病罹患率、和 13% 任何原因的總死亡率。

中小學生久坐看電視，會影響其身心健康

這篇文章是由加拿大 Eastern Ontario Research Institute 的研究人員，發表於 2011 年 9 月 21 日 Int J Behav Nutr Phys Act. 期刊。

研究者從醫學資料庫裡，尋找中小學生看電視和健康的關係的臨床資料，包括 232 篇文獻，包含將近 100 萬學生的資料。綜合分析結果發現，每天看電視超過 2 小時的中小學生，不但身體質量指數偏高，而且自尊心較低、社交能力較差、功課成績也比較落後。

久坐少動者到中年時，心血管疾病指標、和代謝症候群罹患率都會惡化

這篇文章是由英國 University College London, Institute of Child Health 的研究者，發表於 2012 年 2 月 9 日電子版的 PLoS One 期刊。

研究者分析 7,660 位 1958 年出生的英國人，在 45 歲時的好膽固醇、壞膽固醇、三酸甘油脂、血壓、代謝症候群等指標，和這些人工作時久坐小時數或下班後看電視的小時數之間的關係。

結果發現，在統計上消除了其他因素，例如經濟狀況、其他疾病、肥胖、飲食和其他生活習性等因素之後，受試者心血管疾病和糖尿病的生化指標的高低，與受試者是否久坐少動有關聯：

• 一般來說，社會經濟地位或生活習性較差者，其看電視的時間比較長，但是其上班時間久坐小時數反而稍短。
• 看電視時間較長者，一般來說身體質量指數較高，好的膽固醇較低。
• 在男性方面，上班時間是否久坐，對好的膽固醇偏低的影響不像因為看電視那麼顯著，但是仍然稍微降低好的膽固醇。
• 在男性方面，代謝症候群罹患率會因為看電視太久而增加 82%，也會因為辦公時久坐 (每天 3 小時以上) 而比非久坐者 (每天 1 小時以下) 增加 33%。

久坐少動對美國人預期終身壽命的影響

這篇文章是由美國 Louisiana State University 的研究者發表於 2012 年 7 月 9 日的 BMJ Open 期刊。

研究者彙集了以美國人為對象、研究久坐少動和預期壽命之間的關聯性的多篇論文，綜合分析其數據。結果發現，如果能夠把每天久坐少動的時間降低為小於 3 小時，可以增加終身壽命 2.00 年；如果能夠降低每天看電視的時間到小於 2 小時，則可以增加壽命 1.38 年。

結語

久坐少動為什麼會增加死亡率，而且增加心血管疾病、糖尿病、及其他重大疾病，其原因尚不清楚。有可能是久坐少動不但會降低血液循環效率，而且會減緩身體的新陳代謝率，和增加身體慢性發炎。曾經有研究發現，如果能夠時常以起立或走動來中斷久坐，即使是每次只有一分鐘，都可以降低腰圍、發炎指數、血脂肪、和血糖。

長時間看電視對身體的影響似乎是比辦公室久坐還嚴重，其中一個原因可能是許多人在看電視時會兼有吃零食的惡習。另一方面，坐姿正確與否也會影響到久坐少動的禍害程度，而看電視時的坐姿也往往比上班時還糟糕。

以上這些引用的文獻帶給我們的最重要的訊息是，久坐少動本身就是健康的危險因子，在其他時間內有運動並不能抵銷久坐的禍害；即使每天運動 30 分鐘，如果每天坐著超過 8 小時仍然對身體有重大的傷害。但是如果不運動又長時間久坐少動，結果將是最嚴重。久坐少動到極端時會對身體造成嚴重影響，例如曾經有研究發現，每天保持坐姿 11 小時以上者，比每天坐姿少於 4 小時者，在 3 年內的死亡率會增加 40%。

Ref:
Leisure Time Spent Sitting in Relation to Total Mortality in a Prospective Cohort of US Adults.
Systematic review of sedentary behaviour and health indicators in school-aged children and youth.
Sedentary Behaviour and Biomarkers for Cardiovascular Disease and Diabetes in Mid-Life: The Role of Television-Viewing and Sitting at Work.
Sedentary behaviour and life expectancy in the USA: a cause-deleted life table analysis.
The No. 1 Habit That's Harming Your Health.
Sitting Ourselves to Death? Study Says Cutting Couch and TV Time Could Bump Up Life Expectancy.