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健康界

2023-02-02 09:45  

作者：生物世界

目前，塑料生产时使用的许多内分泌干扰化学物质（EDCs）已成为影响健康的重大隐患，塑料基化学双酚A（BPA）和许多邻苯二甲酸酯增塑剂与人类代谢疾病风险增加有关。其中，BPA对健康的不良影响已被广泛研究，邻苯二甲酸酯暴露也被证明与人类心脏代谢疾病风险增加和死亡率增加有关。

除了影响成人健康外，父母接触环境中的有毒物质（包括塑料相关的EDCs）还会导致代谢障碍，包括肥胖和糖尿病，并且这些代谢疾病风险可能会传播给他们的后代。例如，环境压力诱导的表型可以在种系中「记忆」并传递给后代。

不过，这些研究数据大多数来自于产妇接触后对子代健康的影响。然而，新出现的证据表明，表观遗传也可能发生在父系和后代之间，它们以非 DNA 序列为基础的方式传递这种表型。其中，精子小非编码RNA（sncRNAs），包括rRNA衍生的小RNA（rsRNAs）和tRNA衍生的小RNA（tsRNAs）组成的精子RNA密码，它们携带重要的表观遗传信息，可诱导父系获得性代谢障碍的代际传递。

2023年1月23日，加州大学河滨分校的研究团队在 Environment International 期刊发表了题为：Paternal phthalate exposure-elicited offspring metabolic disorders are associated with altered sperm small RNAs in mice 的研究论文。该研究发现，雄性小鼠暴露于塑料中的一种化学物质——邻苯二甲酸二环己酯（DCHP），会影响其后代两代的代谢健康。

邻苯二甲酸二环己酯，是一种用于常见的添加于塑料的化学物质，可以使塑料更结实耐用。研究结果发现，父系接触 DCHP 4 周，会导致 F1 后代小鼠高胰岛素抵抗和胰岛素信号受损，并会造成性别特异性的跨代影响，即在 F2 雌性后代中也观察到了相似的影响。

论文通讯作者 Changcheng Zhou 表示，我们发现父亲接触内分泌干扰邻苯二甲酸酯可能会对其后代的代谢健康产生代际和跨代不利影响，据我们所知，这是首个证明这一点的研究。



父系接触 DCHP 对 F1 后代的产仔数和出生体重没有影响

为了研究父系接触邻苯二甲酸二环己酯（DCHP）对子代健康的潜在影响，雄性野生型（WT）小鼠在前8周喂食正常的饲料（ND），并在与12周大的未接触DCHP的雌性WT小鼠交配前，给予对照或DCHP灌胃4周处理。随后，将怀孕的雌鼠单独圈养并喂食ND。研究结果表明，暴露于DCHP并不影响雄鼠的体重，其对身体成分也无影响，父系DCHP处理对F1后代的产仔数和初生重均无影响。



父系接触 DCHP 导致 F1 后代胰岛素抵抗加剧和胰岛素信号受损

尽管体重和肥胖相似，但是，父系DCHP暴露会导致F1后代糖尿病表型增加。他们对这些小鼠进行了葡萄糖和胰岛素耐量试验（GTT和ITT），发现父系接触DCHP的后代小鼠都有较差的葡萄糖耐量，并且对注射胰岛素的低血糖反应降低。

为了了解父亲接触DCHP对肥胖F1后代胰岛素信号的影响，他们对高脂肪喂养的F1雄性小鼠进行胰岛素治疗，并评估多个组织中的Akt磷酸化的水平。结果表明，父系接触DCHP会损害肝脏、骨骼肌和白色脂肪组织中对胰岛素的Akt磷酸化反应，这表明F1后代多个组织中的胰岛素信号通路受损。



父系暴露于 DCHP 诱导 F1 后代肝脏转录组变化

为了进一步了解父系接触DCHP导致F1后代代谢障碍的关键器官（例如肝脏）的转录组变化，他们从F1雄性小鼠的肝脏中分离出总RNA，并进行转录组测序（RNA-seq）分析。

RNA-seq分析结果显示，父系DCHP暴露导致F1后代肝脏中有289个差异表达基因，对其进行通路富集发现，包括「炎症反应」、「脂质代谢过程」和「细胞对瘦素刺激的反应」在内的代谢疾病风险相关的生物过程被富集。

接下来，他们还利用qPCR实验了验证RNA-seq分析发现的几个差异基因的表达变化。总的来说，这些结果表明父亲接触DCHP会导致后代与胰岛素抵抗或代谢障碍相关的肝脏基因和通路的改变。



父系 DCHP 暴露引起精子 tsRNA 和 rsRNA 变化

前期的研究数据已经证明，精子sncRNAs，包括tsRNAs和rsRNAs，可以对环境暴露做出敏感反应，并在介导后代代谢表型方面充当致病因子。然而，这些sncRNAs中有许多具有各种RNA修饰，这些RNA修饰（包括RNA甲基化和末端RNA修饰）会干扰cDNA文库的构建过程，这阻碍了高度修饰的rsRNAs和tsRNAs的发现。

为了解决这一问题，研究人员成功开发了一种创新的转录组测序文库构建流程，并称之为 PANDORA-seq（Panoramic RNA Display by Overcoming RNA Modification Aborted Sequencing），以克服RNA修饰引起的序列干扰。

为了确定PANDORA-seq是否可以检测到在DCHP暴露的父系后代中导致代谢功能障碍的新型精子sncRNAs，研究人员从对照组和DCHP暴露的父系精子中分离出的总RNA分别进行传统RNA-seq和PANDORA-seq。

他们发现，PANDORA-seq的确可以揭示传统RNA-seq无法检测到的富含rsRNA和tsRNA的精子sncRNA信息。与传统RNA-seq相比，PANDORA-seq显示特定tsRNA来源的相对表达增加。此外，暴露于DCHP诱导的差异表达tsRNA和rsRNA也仅被PANDORA-seq检测到。这些结果表明，PANDORA-seq可以检测到更多使用传统RNA-seq方法无法检测到的精子tsRNAs和rsRNAs。

虽然说单个tsRNAs或rsRNAs的功能大多未知，但它们在DCHP暴露后的整体变化特征可能会导致DCHP诱导的代际代谢障碍的功能后果，这仍需要进行更加深入的研究。



父系接触 DCHP 可导致 F2 雌性小鼠糖耐量受损

除了F1后代，他们还将正常喂养的F1雄性小鼠（12 周）与年龄匹配的未暴露的雌性WT小鼠交配，以产生F2后代。与之前的结果相似，F0父系接触DCHP对产仔数和后代的出生体重没有影响。此外，F0父系接触DCHP对F2后代的饮食诱导的肥胖和身体成分均无影响。



有趣的是，与对照小鼠相比，接触DCHP的F0亲本所产生的F2后代小鼠中，只有雌性而非雄性小鼠表现出糖耐量受损，但胰岛素耐量结果相当，这表明父本接触DCHP对后代代谢健康具有性别特异性的跨代影响。

他们还分析了肝脏基因表达，以了解在F2雌性小鼠中葡萄糖不耐受表型的潜在机制，结果发现，包括Glut2和Tlr8在内的几个基因，在F1小鼠中被父系DCHP暴露改变，但在F2小鼠中没有改变；不过，另一个葡萄糖转运蛋白家族基因Glut9在F2雌性小鼠的肝脏中被父系DCHP暴露显著下调。此外，父亲接触DCHP显著增加了F2雌性Socs3的肝脏表达，这与F1后代的表达模式一致。这些结果表明，父亲接触DCHP可对肝脏基因表达产生跨代影响，这可能有助于观察到的代谢障碍。



综上所述，在该研究中，他们证实了父系接触邻苯二甲酸二环己酯（DCHP）会对后代代谢健康造成不利影响，诱导F1后代的代谢障碍，F2雌性后代也会出现葡萄糖耐受不良。

此外，他们还使用了创新的PANDORA-seq方法，揭示了父系DCHP暴露会导致精子tsRNA和rsRNA的变化。

总之，该研究表明，接触广泛存在的邻苯二甲酸盐不仅可能对成年人产生不利影响，而且还会增加其后代患代谢性疾病的风险。这些发现也增加了人们对由化学引起的慢性人类疾病的病因学的理解。

论文通讯作者 Changcheng Zhou 说到：这项研究表明，父亲接触塑料中的邻苯二甲酸二环己酯（DCHP）会对后代的代谢健康产生性别特异性的跨代影响，不过，我们目前还不知道为什么这种疾病在F2雄性后代中没有出现。建议我们最好尽量减少塑料制品的使用，这不仅对我们的健康有利，也有助于减少塑料污染。

参考文献：

1. Liu, et al. Paternal phthalate exposure-elicited offspring metabolic disorders are associated with altered sperm small RNAs in mice. Environ Int. 2023.

2. Wang, et al. Association of mitochondrial DNA content, heteroplasmies and inter-generational transmission with autism. Nat. Commun. 2022b.

3. Zhou, et al. Exposure to an environmentally relevant phthalate mixture causes transgenerational effects on female reproduction in mice. Endocrinology. 2017.

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