2013年,一名肥胖男子來到丹麥的哈維德夫醫院(Hvidovre Hospital)接受胃旁路手術。總的來說,這是一次普通的減肥手術——只有一點例外。
手術前一周、術后一周以及術后一年,該男子分別向丹麥的科學家們提供了精子樣本。
科學家們正在調查的是一個誘人但飽受爭議的假設:男性的經歷能夠改變他的精子,而這些變化反過來將會改變他的后代。
這與遺傳學“常識”背道而馳——過去人們一直認為,父母只將基因遺傳給自己的孩子。人們繼承到的基因致使他們容易/或不易肥胖、緊張或是患癌癥。無論這個人的父母實際上是否肥胖或經常焦慮都不會改寫這些基因。
然而,近年來的大量動物實驗表明,還有一些其他的東西參與了遺傳,這對上述傳統觀念提出了挑戰。
例如,2010年,哥本哈根大學的羅邁因•巴雷斯(Romain Barres)博士和他的同事們以高脂肪飲食飼喂雄性大鼠,然后讓其與雌性交配。與飼喂正常飲食的雄性大鼠相比,飼喂高脂肪飲食的大鼠的后代往往更容易增重,更容易合成脂肪,在調節胰島素水平方面也存在更多的問題。
食用高脂肪食物只是一個例子,除此之外,還有一些父親的經歷會給后代帶來改變,譬如,壓力。暴露于應激環境(比如聞到狐貍的氣味等)的雄性大鼠的后代對壓力的反應有所降低。
為了尋找父親的經歷與其后代的生物學性狀之間的聯系,科學家們仔細研究了父親們的精子。我們都知道,精子將父親的DNA帶進了卵細胞。但這些基因會受到眾多的分子,即所謂的表觀遺傳學因素的調節。
這些分子可對環境的影響作出應答,根據需要令一些基因沉默,并激活其他基因。一些研究表明,表觀遺傳因素的變化可以通過精子傳給后代。
例如,賓夕法尼亞大學(University of Pennsylvania)的神經科學家特蕾西•L•貝爾(Tracy L. Bale)博士和她的同事們在觀察了應激狀態下的雄性大鼠的精子后,發現名為microRNA(微小RNA)的表觀遺傳學分子水平異常。
他們制造了這些microRNA的混合物,并將其注射入成熟雄鼠授精產生的胚胎中。貝爾博士和她的同事們最近報告稱,這些胚胎發育而來的大鼠的應激反應也發生了改變。
環境很可能也是在以類似的方式影響人類的健康,這個概念的提出具有深遠的意義。不過,科學家們對父親表觀遺傳學因素的調查才剛剛起步。當實驗從動物轉向人類,常常能獲得令人振奮的結果,卻幾乎都不明確。
2013年,比利時荷語天主教魯汶大學(KU Leuven University)的分子流行病學家阿德爾海德•蘇布賴(Adelheid Soubry)和她的同事們研究了79名新生兒。他們發現,肥胖父親與精瘦父親的后代之間存在著表觀遺傳學差異。
但這些變化確實是由他們父親的肥胖引起的么?巴雷斯博士和同事們以兩種方式調查了其間的潛在關聯。
首先,他們收集了10名肥胖的丹麥男性和13名精瘦的丹麥男性的精子,發現其間存在很多表觀遺傳學差異。其中一種表觀遺傳學因素涉及甲基化過程中被加在DNA上的“分子帽子”。巴雷斯博士和同事們發現,精瘦男性與肥胖男性間有9000多個基因的甲基化模式都有所不同。
其后,科學家們招募了六名將要接受減肥手術的肥胖男子,以調查減肥會給這些甲基化模式帶來怎樣的改變。在
在這些發生了表觀遺傳學改變的基因中,有一些可以影響食欲控制等行為。不過,該研究并沒有顯示這些變化是否會影響他們的孩子,巴雷斯博士說。
“我不想去妄加揣測這對下一代會有正面還是負面的作用。”他說。
巴雷斯博士和同事們現在正進一步深化研究,對肥胖父親與其后代的血細胞中的表觀遺傳學模式進行比較。巴雷斯博士說:“我們想要看看有沒有什么東西遺傳了下來。”
其他科學家對該研究的看法不一。一方面,他們都認同研究人員采用了周密的方法來調查精子中的表觀遺傳學差異。但另一方面,他們也表示應慎下結論。
阿爾伯特•愛因斯坦醫學院(Albert Einstein College of Medicine)的表觀遺傳學專家約翰•M•格里歷(John M. Greally)博士說,在這些男子的精子中發現的差異可能是他們之間的遺傳差異造成的。
此外,他與貝爾博士以及蘇布賴博士都認為,該研究的被試過少。這么小的樣本量,差異可能是隨機產生的。
“說實話,我覺得其中很多都是噪音,”格里歷博士說。
但這并不代表格里歷博士認為丹麥科學家們的觀點是錯誤的,他只是認為,要證實父親遺傳給孩子們的這些表觀遺傳學效應,還需要進行更多的工作。
“我想說,讓我們來做一個納入幾百名被試的研究吧,”格里歷博士說。“這應該是可行的,只要我們大膽去做就好。”
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