2020年3月发表在该杂志上的一项新研究报告称,父母的饮食是后代未来代谢健康的一个关键因素。
健康与疾病的发育起源假说
人们已经知道,如果父母的饮食中蛋白质不足或脂肪含量高,那么一旦后代成年,他们就会为后代未来的代谢紊乱打下基础。目前在老鼠身上进行的研究增加了导致这种情况发生的分子机制的知识。
一些科学家遵循健康和疾病发展起源的哲学,其中父母的压力和产前饮食等因素是成年期疾病发展的关键。这一观点得到了一些实验支持,因为研究表明,除了遗传因素之外,环境因素在决定后代成年健康方面也发挥了重要作用。一个特别重要的产前暴露是父母摄入低蛋白饮食,这与儿童未来的代谢紊乱有关。
饮食暴露是通过表观遗传调节起作用的。这是指在不改变基因本身结构的情况下,由DNA分子上不同侧基的改变所介导的各种基因表达水平的变化。这一机制的实际工作仍是未知的,这也是当前研究的动机。
这项研究
目前的研究在老鼠模型中观察了父母的饮食和未来后代的健康。科学家们给雄性和雌性老鼠喂食普通的老鼠食物或缺乏足够蛋白质的食物。然后让这些老鼠交配,让它们的后代长大成人。
然后,研究人员观察了这些后代在成年期间的基因表达模式,这些后代是吃常规饮食或低蛋白质饮食的雄鼠所生的。
他们还用转基因雄鼠重复了这个实验,雄鼠的基因组中缺少一个基因的单一副本,编码一种叫做ATF7的转录因子,因此,ATF7是在任何给定时间决定基因活动状态的基因之一。
研究结果
科学家们发现,在两组成年后代中,肝脏中的数百个基因以不同的水平表达。这些基因中有许多调节体内胆固醇代谢的各个步骤。
然而,当父本只有一个ATF7基因副本时,所产生的后代表现出与正常雄鼠相同的基因表达模式。
科学家们认为,这一发现表明,雄鼠父母的饮食对未来成年后代的健康有影响。在受孕后,父本无法引起后代代谢谱的任何变化,这一事实意味着,这些结果可能是由父本精子携带的DNA的表观遗传改变引起的。而ATF7基因缺失后基因表达没有发生有害变化,说明该蛋白在此过程中起着至关重要的作用。
事实上,研究人员随后继续检查精子细胞中的基因组,寻找ATF7明确调控的基因。这包括肝脏细胞内脂肪代谢和胆固醇生成的基因。
结果很有趣:在低蛋白质饮食的雄性小鼠中,精子细胞中的ATF7未能与它们本应调控的基因紧密结合。结果,某些组蛋白发生了特定的变化,这些组蛋白是附着在DNA链上的基本蛋白质,以稳定DNA链。组蛋白的改变导致ATF7未能在精子内调节的基因“打开”,而这些基因通常被认为是关闭的。
日本理化学研究所(RIKEN)开创性研究集群(CPR)的研究员石井俊介(Shunsuke Ishii)指出:“最令人惊讶和兴奋的发现是,在精子发生期间,由父亲低蛋白质饮食引起的表观遗传变化在成熟精子中得以维持,并传递给下一代。”
影响
因此,在老鼠身上进行的这项研究支持了健康和疾病的发育起源假说,并阐明了可能导致后代患糖尿病等生活方式疾病的营养失衡类型。更重要的是,对这项研究中发现的基因中精子细胞表观遗传变化的评估,将使预测下一代将出现的代谢功能障碍类型成为可能。
研究人员总结道:“我们希望人们,尤其是那些选择营养不良的人,在为下一代做计划时,能更多地注意他们的饮食。”我们的研究结果表明,蛋白质多、脂肪少的饮食不仅对每个人的身体更健康,对精子和潜在孩子的健康也更健康。”
期刊引用:Yoshida Keisuke, Toshio Maekawa, Nhung Hong Ly, shinichiro Fujita, Masafumi Muratani, Minami Ando, Yuki Katou, Hiromitsu Araki, Fumihito Miura, Katsuhiko shirhige, Mariko Okada, Takashi Ito, Bruno Chatton, Shunsuke Ishii, atf7依赖的表观遗传变化是父亲低蛋白质饮食的代际效应所必需的,分子细胞,2020,http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276520301489