Nature遺傳學：不良飲食習慣禍延子孫

生物通報道：近年來越來越多的證據表明，特定的獲得性性狀可以遺傳給下一代。不過，獲得性性狀的遺傳仍然存在爭議，因為人們還不了解這一現象背後的確切分子機制。

表觀遺傳學修飾可以在不改變DNA序列的情況下調控基因的活性，對於人類發育、人類疾病和環境影響有深遠的意義，是生命科學領域最近的一大研究熱點。不少生物學研究表明，個體的表觀遺傳學改變都可以傳遞到下一代。

三月十四日的三月十四日Nature Genetics雜誌發表的一項研究證實，父母的行為會通過表觀遺傳影響孩子的健康。科學家們發現，雖然不良飲食習慣沒有引入基因突變，但它的健康影響能通過卵子和精子延續到下一代。

德國科學家Peter Huypens及其同事將遺傳背景相同的小鼠分為三組，在六周時間內給它們分別提供高脂、低脂和正常飲食。可想而知，高脂飲食的小鼠越來越胖，並且表現出葡萄糖耐受不良（二型糖尿病的早期表現）。

研究人員收集這些小鼠的卵子和精子進行體外授精（IVF），並將IVF胚胎移植到健康母鼠體內。他們通過這種方式排除了包括微生物組在內的各種混淆因素，IVF小鼠表現出的性狀或行為只可能來自於卵子和精子。

研究人員在IVF小鼠成年後為其提供高脂飲食。他們發現，父母都胖的小鼠更容易增重和葡萄糖耐受不良，父母都瘦的小鼠體重增加得最少。也就是說，父母不良飲食對後代的健康影響是可以疊加的。

這項研究顯示，IVF小鼠之間還存在性別差異。在父母肥胖的情況下，雌性IVF小鼠更容易增重，而雄性IVF小鼠更容易葡萄糖耐受不良。此外，與父親的飲食習慣相比，母親的飲食習慣對孩子的代謝影響更大。此前的一些人類流行病研究也發現了類似的現象。

那麼，這些性狀究竟是如何傳遞下去的呢？目前人們提出的表觀遺傳機制主要有兩個：DNA甲基化和microRNA。DNA甲基化是最常見的一種表觀遺傳學修飾，廣泛參與了細胞對基因表達的控制，在細胞生長、細胞分化、細胞增殖和疾病狀態中起到了關鍵性的作用。MicroRNA是長約22nt的非編碼RNA，廣泛存在於從病毒到人類的各種生物中。這些小RNA能夠與mRNA結合阻斷蛋白編碼基因的表達，防止它們翻譯成為蛋白。

研究人員就這兩種途徑展開了研究。他們發現，肥胖小鼠和健康小鼠的甲基化模式和RNA轉錄本的確存在差異，但還不清楚這些差異是否就是IVF後代受到影響的原因。

自然界所有父母們都能將自己的DNA留給後代，然而父母對孩子的影響遠遠不止於此，比如表觀遺傳、妊娠和分娩、母乳餵養以及育兒過程。正是這些超越基因的饋贈讓孩子們得以健康成長，應對這個世界上的各種挑戰。Science雜誌之前推出的育兒特刊通過一系列文章向人們指出，養孩子已經不只是為孩子提供食物、住所、保護和教育，廣義上的育兒實際上從受孕之前就已經開始。（更多詳細信息參見：Science好父母養成攻略：超越基因的饋贈）

2014年中科院孫青原研究組曾在PNAS雜誌上發表文章指出，父親的糖尿病前期癥狀影響了後代的表觀遺傳學修飾，這樣的影響能遺傳好幾代。研究人員構建了不涉及基因的小鼠糖尿病前期模型。他們發現，父本的前期糖尿病會通過精子的表觀遺傳學改變，提高後代對糖尿病的敏感性。如果小鼠具有糖尿病前期的癥狀，其後代會出現葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗。這項研究不僅為獲得性性狀的遺傳提供了分子基礎，還揭示了肥胖症、二型糖尿病和其他慢性代謝疾病如此普遍的原因。（更多詳細信息參見：中科院孫青原研究組PNAS解析糖尿病的跨代遺傳）

2015年Science雜誌發表的兩篇文章表明，父親的飲食會影響精子中的小tRNA片段（tsRNA），實現獲得性代謝紊亂的跨代遺傳。近年來人們逐漸意識到，男性能通過多種途徑對自己的後代產生影響，比如精子表觀基因組、微生物組轉移和精液信號傳導。這兩項研究相輔相成地展示了父親飲食對精子RNA的重要影響，這種影響能改變後代的基因調控，引起相應的代謝紊亂。（更多信息請參見：兩篇Science：父親飲食會通過精子RNA影響後代）

生物通編輯：葉予

生物通推薦原文：Epigenetic germline inheritance of diet-induced obesity and insulin resistance

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