上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
许多研究显示，母亲可以将代谢特征传递给自己的后代，那么父亲呢？
早在2016年，中国科学院动物所周琪院士、中国科学院上海生命科学院营养所翟琦巍等在Science期刊发表论文【1】，通过将高脂饮食诱导的肥胖父代小鼠的精子总RNA注射进正常的受精卵，发现这些受精卵发育成的小鼠在正常饮食下也会出现类似于父代肥胖小鼠的糖代谢紊乱，并进一步揭示了肥胖肥胖小鼠精子中的tsRNA可为一种表观遗传信息载体，将高脂饮食诱导的父代代谢紊乱表型传递给子代。
2024年6月5日，德国环境健康研究中心（GmbH）的研究人员在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Epigenetic inheritance of diet-induced and sperm-borne mitochondrial RNAs 的研究论文【2】。
该研究发现，受孕前2周时间的高脂饮食就会影响雄性小鼠的精子中线粒体编码的转运RNA（mt-tRNA），从而导致其雄性后代出现葡萄糖耐受不良等代谢问题。而肥胖的人类父亲的孩子也表现出类似的问题。这表明了父亲的饮食会影响自己的精子和孩子的健康。
总的来说，这项研究进一步证实了父亲在受孕时的健康状况与后代代谢之间的相关性，证明了线粒体编码的tRNA（mt-tRNA）及其片段是饮食诱导的和通过精子传递的，并在生理条件下证明了mt-tRNA的表观遗传的代际传递。这项研究也提示我们，在生命过程中获得的表型（例如糖尿病和肥胖）是通过表观遗传机制跨代传递的。
精子中含有复杂且对环境敏感的小非编码RNA（sncRNA），这些小非编码RNA影响后代发育及其成年表型。精子在睾丸中发生，在附睾中成熟并获得运动能力，而附睾中的精子是否直接易受环境信号的影响尚不完全清楚。在这项研究中，研究团队通过孕前急性高脂饮食模式来分析附睾和睾丸对精子的sncRNA库和后代健康的贡献。
研究团队发现，附睾中的精子对环境敏感（而不是睾丸中发育的生殖细胞），两周的高脂饮食会导致雄性小鼠精子的一种小非编码RNA的变化——线粒体编码的转运RNA（mt-tRNA）及其片段增加。这些2周高脂饮食的小鼠父亲的雄性子代有高达30%的比例出现了葡萄糖耐量不良。
利用线粒体DNA的遗传多样性和单胚胎转录组学，研究团队追踪了早期胚胎中mt-tRNA的亲本来源，发现它们在受精时从精子中转移而来，并参与了早期胚胎的转录调控。因此，研究团队提出了一种模型——急性高脂饮食暴露会诱导体细胞组织和精子中的线粒体功能障碍，而通过上调线粒体DNA的转录来进行补偿，而这会导致mt-tRNA及其片段的积累，这些片段是表观遗传的，可能有助于改变早期胚胎的转录和成年后代的葡萄糖代谢。
父母肥胖，尤其是母亲肥胖，是儿童早发性肥胖的最强危险因素。为了进一步证明父亲对人类子代代谢健康的贡献，研究团队分析了LIFE儿童研究（包含3431名人类儿童）的数据，发现父亲在受孕时体重指数（BMI）较高与后代代谢健康状况较差有关。具体来说，父亲的BMI独立于母亲BMI和子代年龄，对子代BMI有额外影响。在母亲身材瘦弱的家庭中，父亲超重会使子代肥胖的风险增加一倍，而父亲肥胖会进一步加剧这种风险，父亲体重指数的增加还与子代胰岛素抵抗有关。
在小鼠和人类中，父亲在受孕时的体重对后代的代谢有重要影响
这些发现支持了受孕时父亲的健康对后代代谢的重要性，证明了mt-tRNA是饮食诱导的和通过精子传递的，并在生理条件下证明了精子线粒体RNAs在受精时从父亲传递给后代。
最后，研究团队表示，这些发表提示了我们，希望成为父亲的男性的应当在饮食和体重方面有所注意，从而降低后代将来肥胖和糖尿病等疾病的风险。
论文链接：
1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.aad7977
2. https://www.nature.com/articles/s41586-024-07472-3
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