吸烟、高脂饮食:这些行为可能让你子孙输在起跑线上

　　来源：环球科学ScientificAmerican

　　由于后天行为不会改变DNA序列，因此在相当长一段时间里，科学界普遍认为后天行为对个体造成的影响不会遗传给后代。然而近些年来的一些研究不断揭示出不健康的习惯，例如不良饮食不仅给自己带来疾病，连自己的后代也可能会受到牵连。科学上把这种现象称作“表观遗传”，是一种与DNA序列本身改变无关的遗传作用。

　　19世纪50年代，达尔文提出了经典的进化论用以描述自然选择现象。遗传学和分子生物学经历一个世纪的发展，在当时开启了生物演化理论的新纪元。理论认为DNA序列会随机发生突变，携带能适应环境的特异性序列的个体才能繁殖存活。但是越来越多的研究发现，相对于新表型出现的速率，DNA发生随机突变率还是太低了，两者并不匹配。

　　上世纪中期，英国发育生物学家Conrad Waddington在实验中发现，给予果蝇外界化学刺激或温度改变，会导致后代产生不同的翅膀类型。他首次提出了“表观遗传学”的概念，即不完全由DNA序列控制遗传效应的现象。经过数十年的发展，科学家发现最主要的表观遗传途径包括基因甲基化或者组蛋白修饰。任何外界环境造成的影响，都可能永久地被个体遗传信息记录下来，并以表观遗传的形式传递给自己的后代。


表观遗传学提出者Conrad Waddington

　　吸烟对后代影响颇深

　　2015年首次有基于实际人群的研究表示，吸烟会对后代造成影响。在当年的欧洲呼吸学会国际会议上，有学者提出祖母辈在怀孕期间吸烟，与孙辈哮喘发病有相当大的联系。哮喘发病率持续50年都保持上涨，学界一直认为环境的改变是最主要的原因，因此在之前所有的研究都没有对个体在时间上展开纵向研究。

　　科学界对吸烟会影响基因功能这一观点都保持赞同，在当时已经有学者开始考虑这种影响是否会传递给人类的后代。他们收集了来自上世纪80年代44853例祖母辈的数据。与孙辈哮喘病例数据进行交叉比较后发现，如果祖母这一代在孕期有吸烟的行为，即使母亲这一代没有抽烟，孙辈患哮喘的几率也会提升10%-22%。

　　这项研究的主要作者Caroline Lodge表示：“老一辈人的抽烟行为会直接影响自己后几代个体哮喘的发病。此外，也不排除这种影响会提升其他疾病的发生率。”


吸烟造成的影响可能遗传三代。图片来源：pixabay

　　不想Lodge一语成谶，去年发表于 《科学报告》的一篇文章同样提出了类似观点，来自布里斯托大学的科学家进行了一项包含14500名志愿者的调查分析，发现如果祖母在孕期有过吸烟的行为，则在孙女中更容易出现社交障碍的症状，例如自闭症的几率会提高53%。

　　母系影响如此之深，父亲吸烟就能躲在避风港了吗？就在本周发表于《美国公共科学图书馆?生物学》上的一篇文章提出，父系长期摄入尼古丁类物质将给自己的子代甚至孙辈带来认知缺陷。研究团队来自于佛罗里达州立大学的Pradeep Bhide实验室。文章表示这种影响并不是因为儿童吸收了父亲的“二手烟”，而是父亲的尼古丁摄入导致自己精子某些关键基因的表观遗传发生了改变。

　　Bhide谈到：“通常健康科学界都比较关注母亲一方的尼古丁或者香烟成分摄入对后代的影响，并把其列为后代出现行为失常、注意缺陷多动障碍（ADHD）的重要风险因素。” 父亲一方的影响在风险因素中一直被淡化，当然部分也出于科学技术的局限性。目前想要从环境影响因素中单独将基因影响提出来讨论还很困难，比如吸烟的亲代中何种基因倾向会让后代患上ADHD，或者吸烟会导致哪些特定基因改变，还很难给出答案。


服用尼古丁小鼠的后代出现特殊基因表观遗传修饰的免疫荧光标记。图片来源文献。

　　为了克服这一困难，Bhide和实验团队给性成熟刚生产精子的雄鼠喂食含有低量尼古丁的水，之后和正常雌鼠放置在一起。尽管雄性小鼠本身并没有表现异常，但是其后代无论性别都会表现出极度活跃、注意力缺陷以及认知僵化等症状。雄性亲本精子的分析结果显示，许多基因的启动子区域都出现了表观遗传修饰，包括对脑发育和认知起重要作用的多巴胺D2基因。这表明这些基因修饰对后代造成了潜在的认知缺陷。

　　Bhide表示：“吸烟人群中男性是女性的两倍，我们的发现提示，为了后代的健康也应该关注父亲吸烟会造成何种影响。”

　　高脂饮食让后代也会肥胖

　　雌性高脂饮食小鼠后代也会受到肥胖症的影响，除此之外还伴有胰岛素抵抗和成瘾行为。本月《转化精神病学》的一项研究报道表示，这种现象甚至可发生在第三代小鼠身上。

　　瑞士苏黎世理工学院的研究人员发现，对祖母代小鼠进行高脂饮食培育后，第二代雌性小鼠在怀孕之后的新陈代谢效率会有极大改变，伴随肥胖症的一些特征。同时小鼠还会表现出一些成瘾行为，例如喜欢摄入特殊药物。在第三代小鼠中，研究人员观察到，即使提供的是正常的饮食结构，雌性小鼠仍然会表现出肥胖症状和成瘾行为，雄性则没有。

　　文章相关作者Daria Peleg-Raibstein博士表示：“大多数针对肥胖和糖尿病的长期影响研究都局限于第二代，我们将目光投向了第三代个体。研究发现只要祖母代饮食摄入过多，在第三代子代中也会出现肥胖症。”这项研究并没有揭示具体的分子机制，Peleg-Raibstein目前正在继续进行深入探究。


高脂饮食F2、F3后代（HFD组）表现出对酒精和兴奋剂依赖性。图片来源文献。

　　运动对后代有利

　　坏习惯会影响后代，那好习惯呢？今年来自德国神经退行疾病研究中心的团队指出，身体或者脑力训练除了对自己有好处，同样会给后代的认知能力带去有益影响。文章于4月发表于《细胞报告》上，André Fischer教授表示，目前医学界都认为经常锻炼对于预防阿尔兹海默症有着显著作用，但是实验中发现这种影响可能还会继承给后代。


运动的益处也会遗传给后代。图片来源：pixabay

　　Fischer团队通过特殊条件构建了一组小鼠模型，这些小鼠被置于刺激环境下，因此运动量要比对照小鼠高很多。通过对两组小鼠的后代分析发现，运动量大的小鼠后代学习能力明显要更强。脑部结构剖析显示，这些后代海马体的突触可塑性得到了增强。海马体对于认知学习行为有重要作用，同时突触可塑性也能展示出神经细胞的交流程度，这些都是个体学习能力的细胞基础。

　　随后，研究团队将雄性运动小鼠精子中的RNA提取出来，并注射进了受精卵。如此新生出的小鼠同样表现出更佳的突触可塑性以及学习能力。分析发现其中起着关键性作用的是一种被称作微小RNA（MicroRNA）的分子，其可以显著影响基因的表达。在提升认知行为中miRNA212以及miRNA132起到了部分作用。“这是第一次，将表观遗传学和特定的miRNA联系起来。”Fisher表示。

　　更多因素

　　除开主动参与行为，被动接受造成的影响同样也会被遗传。2018年内分泌学会100周年大会上，伊利诺斯大学厄巴纳香槟分校的Radwa Barakat博士对最新研究发表了演讲，研究指出在被动暴露于广谱增塑剂DEHP环境下的小鼠，其生产的后代也明显表现出生育能力低下症状。DEHP是PVC制品中必须添加的试剂，涉及产品包括许多塑料管道、医疗用品和玩具等等。

　　而社会行为中，哈佛大学Andrea Roberts研究团队对数十名少年时期遭受过虐待的个体进行分析，发现他们成年后，精子DNA中出现了12处集中甲基化。而在小鼠模型中数个相对应位点甲基化会造成后代出现焦虑症类似的症状。随着越来越多证据表明，环境作用可以直接绕开基因，作用于个体表型。我们在进行行为选择时，是否也开始需要思考：这样做会不会对后代也有影响？或许答案要在几十年后才能揭晓，但选择权还是在你手中。