《自然》:备孕时,父亲吃香喝辣,可能害了儿子代谢!科学家发现,高脂饮食会改变精子线粒体RNA,致30%雄性后代出现代谢紊乱

父母的代谢特征也能遗传。

此前,我国科学家在《自然》杂志发文,研究者们发现孕前糖尿病会影响卵子的表观遗传修饰,致使后代更容易出现胰岛素分泌缺陷

今日,同样发表于《自然》杂志的另一篇论文指出,高脂饮食也会给精子留下“印迹”,通过其携带的线粒体RNA影响后代。实验中,高脂饮食雄性小鼠的雄性后代中,有30%出现了葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗——这是糖尿病的先兆。

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论文题图

虽然孩子的线粒体DNA(mtDNA)完全遗传自母亲,但精子中会携带各种类型的RNA,包括线粒体RNA,这些RNA会受到环境因素的影响,从而影响到后代的特征。

精子受影响有两个重要的窗口期。精子在生精小管中产生,随后在附睾中成熟,两个阶段在小鼠中分别需要35天和7天,这期间精子的表观基因组会受环境影响改变。

研究者在设计实验时对这两个阶段进行了区分。让雄性小鼠在6周龄时接受2周高脂饮食(HFD),随后与雌性小鼠交配,此时受精并产生后代的精子是在附睾成熟阶段受HFD影响(eHFD)。

随后雄性小鼠恢复正常饮食4周再与雌性小鼠交配,此时受精并产生后代的精子是在精子发生阶段受HFD影响(sHFD)。

HFD并不影响雄性小鼠的精子发生和生殖能力,但小鼠长胖了许多,并出现了葡萄糖不耐受的症状。所幸4周正常饮食后这些表现就恢复了。

亲代的高脂饮食似乎也并未影响到子代小鼠的体重,但在eHFD小鼠中,约有30%的雄性子代出现了葡萄糖不耐受的现象(HFDi)。这些小鼠在正常饲养8周后仍然葡萄糖不耐受,且有显著的胰岛素抵抗,可以认为这种代谢紊乱表型是稳定遗传的。

sHFD小鼠的相关指标都很正常。

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eHFD小鼠中30%雄性子代出现了代谢紊乱

研究者分析了HFDi小鼠肌肉和脂肪组织中差异表达的基因,发现约30%的HFDi特征基因在人类脂肪细胞中也有表达,且与儿童肥胖有关。

看来在人类中,也有爹吃太“好”,孩子遭罪的风险。

研究者们分析了LIFE儿童研究的数据(n=3431),发现父亲BMI的确对孩子BMI有独立的影响。在母亲较瘦的家庭中,父亲超重给孩子带来的肥胖风险还会进一步翻倍。

为了找寻背后的机制,研究者分析了小鼠精子中的小非编码RNA(sncRNA),这些短RNA并不会翻译为蛋白质,但对表观遗传有影响。

测序结果令人意外,高脂饮食小鼠精子中,约25% sncRNA上调,其中来自线粒体的tRNA和rsRNA占比颇高,相对的,核来源RNA变化很小。

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线粒体RNA变化幅度很大

研究者分析了18名年轻男性志愿者的精子,同样发现了BMI与线粒体RNA水平有关。

研究者猜测,高脂饮食会诱导精子的线粒体损伤或功能障碍,为了维持精子活力导致了mtDNA的代偿性转录增加。但这却破坏了原本正常的遗传调控。

研究者进一步创造了体外受精的小鼠胚胎,以便通过RNA测序来追踪mt-RNA的亲本起源。分析结果显示,在高脂饮食父代小鼠产生的胚胎中,30%雄性胚胎出现了父系mt-tRNA水平暴增的情况,水平比非高脂饮食的对照组高12倍;而雌性胚胎和其他雄性胚胎中,这一比例仅有2-3倍。

30%的比例与前述实验中代谢紊乱子代的比例一致。虽然没有直接证据,但很难不让人联想胚胎中父系mt-tRNA的增加与子代代谢问题存在联系。

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这项研究留给我们的问题还有很多,比如说精子中的RNA到底通过什么样的分子机制影响胚胎发育呢,控制精子线粒体RNA转录的机制和所需的酶也还没有完全探索清楚。这是未来要解决的问题。

参考资料:

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07472-3

[2]https://www.nature.com/articles/d41586-024-01502-w

[3]https://www.nature.com/articles/d41586-024-01623-2

文章来源:奇点网

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