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父母的饮食会影响精子和后代的健康

当父母吃低蛋白或高脂饮食时,可能导致成年后代的代谢紊乱。现在,由RIKEN创业研究集群(CPR)的研究人员领导的国际团队已经确定了关键因素,并确定了小鼠中这种现象的潜在分子事件。

健康与疾病的发展起源是一门思想流派,其重点是在儿童成年后,诸如压力和饮食等产前因素如何影响疾病的发展。实验证据表明,影响父母的环境因素确实在重生其后代的健康中发挥了作用。特别是,已知父母的低蛋白饮食与孩子的代谢紊乱有关,例如糖尿病。

人们认为这种现象是通过表观遗传学来调节的-可遗传的变化,即在不实际改变个体DNA的情况下打开和关闭基因。但是,直到现在,该过程的细节还是未知的。RIKEN CPR的吉田敬介和石井俊介领导的小组在《分子细胞》杂志上发表的研究在小鼠模型中解决了这个问题,并发现一种叫做ATF7的蛋白质对于世代效应至关重要。ATF7是一种转录因子,意味着它可以调节基因的开启和关闭时间。

研究人员以正常饮食或低蛋白饮食喂养雄性和雌性小鼠,然后使其交配。他们比较了两种饮食下的雄性小鼠成年后代的基因表达-哪些基因被打开-发现肝脏中数百种基因的表达有所不同,其中许多基因参与胆固醇代谢。但是,当他们使用缺少一个ATF7基因拷贝的基因工程雄性小鼠时,后代的基因表达与父母饮食正常的后代的表达没有区别。

这一结果意味着雄性老鼠的饮食会影响未来儿童的健康。由于雄性小鼠不能影响怀孕雌性的后代,研究人员得出结论,最可能的情况是在受精前雄性精子发生了表观遗传变化,并且ATF7在此过程中起关键作用。

基于这种逻辑,研究小组在由ATF7控制的精子细胞中搜索并找到了基因,包括那些肝脏脂肪代谢和胆固醇生成的基因。实验表明,当准父亲食用低蛋白饮食时,ATF7变得松散,不再与这些基因结合。反过来,这减少了对组蛋白的特定修饰,产生的净效果是这些精子细胞基因被打开,而不是正常情况下被关闭。石井说:“最令人惊讶和令人兴奋的发现是,由父本低蛋白饮食诱导的表观遗传变化在生精过程中保持在成熟的精子中,并传递给下一代。”

使用小鼠模型,这项研究有助于解释健康与疾病的发展起源理论的分子细节,以及可能导致儿童与生活方式有关的疾病(例如糖尿病)的营养状况。此外,现在应该可以通过测量已鉴定的父本精细胞基因的表观遗传学变化来预测下一代的代谢变化。“我们希望人们,特别是那些营养不良的人们,在计划下一代时会更加关注自己的饮食。我们的结果表明,蛋白质含量更高,脂肪更少的饮食不仅对每个人的身体都更健康,而且也为了精子和潜在孩子的健康。”

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