父亲的孕前行为，已经悄悄改变了孩子的未来

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精子在遗传中究竟扮演着什么角色？在这篇来自《环球科学》2026年4月新刊的文章中，伊万·阿马托讲述了科学家近期在大量小鼠研究中发现，父亲的饮食和运动等生活状况可以由精子中的RNA编码，并通过表观遗传学影响其后代。

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撰文 | 伊万·阿马托（Ivan Amato）翻译｜施以乐审校｜陈琦

在经典的精子与卵子相遇的故事中，精子扮演的角色似乎只是一个长有尾巴、缩小版的DNA递送包裹。它们的使命很简单：将父亲的基因输送给卵子，实现有性生殖。而有关受精卵发育的其他所有方面，包括细胞成分以及所处的发育环境等，都与父亲毫无关联——因为这些全都来自母亲。


然而近二十年来，多个独立实验室的研究恐怕正在重新改写这个故事。这些研究表明，父亲的精子不仅会传递DNA，其微小的头部还搭载着一些分子：它们在进入卵子之后，会将一些有关父亲健康状况的信息——比如饮食状况、运动习惯和压力水平传递给后代。对于胚胎而言，这些非DNA信息的传递，可能会影响受精期间以及随后开启的各种基因组活动，并在一定程度上控制胚胎发育，最终影响成年后的个体。


这些发现主要源自小鼠研究，最终可能会改变我们对遗传的看法。美国犹他大学医学院的生殖与发育生物学家陈琦是该研究领域的先驱之一，他表示：“这些发现表明，我们此生所做之事会影响下一代”。换而言之，父亲在参与孕育后代之前数周乃至数月内的饮食和呼吸状况、遭受的压力或者其他经历，都可能被编码为分子，封装进精子之中，并传递给未来的孩子。研究人员的焦点主要集中于RNA分子——它们是由DNA序列转录形成的核酸片段，是这些序列的拷贝，由于存在时间较短，可以反映特定时刻的基因活动。


尽管研究前景十分诱人。但其中具体的生物学机制，比如男性的经历会如何编码到精子中，又是如何传递给卵子，它是否以及如何影响发育中的胚胎，目前仍处于迷雾中。尤其是针对人类受试者的研究，仍存在不少挑战。此外，考虑到这些发现可能具有改写教科书的重大意义，研究人员对于过度宣扬这些成果相对谨慎。


“相关的研究仍然较为模糊，”美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院和费城儿童医院的表观遗传学家科林·科奈恩（Colin Conine）表示。他一直试图揭示精子将非DNA信息传递给后代的底层机制。他表示，一些线索已经十分清晰：研究人员已经掌握了重要证据，表明环境因素可以调节精子中的RNA。而RNA可以将一些特征传递给后代，调节受精后的胚胎发育。但是对于具体的作用机制，相关认知还比较模糊。


不过，相关证据正在累积。2025年11月，《细胞·代谢》（Cell Metabolism）发布了一篇综合性论文，追溯了父代小鼠进行规律系统的锻炼后，其精子中的微RNA（microRNA）所产生的下游分子效应：在胚胎发育中，这些微RNA会靶向对线粒体功能和代谢控制至关重要的基因。研究人员发现，经常锻炼的男性的精子中也存在很多相同的RNA分子，且会过度表达。


“这项研究表明，父亲多运动可以给后代带来一些健康益处，比如增强耐力和促进代谢健康。”陈琦表示，“这是一个强有力的提醒，揭示了精子介导的许多表观遗传效应本质上是高度适应性的（可以帮助后代更好地适应环境变化）。”他并未参与这项研究。如今，研究人员已经难以忽视这样一种可能性：一个先前未知的遗传途径可能正在其中发挥着关键作用。正因如此，他们在实验室中埋头苦干，试图厘清其中关键的分子过程。

精子中的表观遗传信息

在绝大多数动物中，精子的体积都远小于卵子。人类卵子的体积是精子的一千万倍，为两者融合形成的合子（zygote，尚未开始分裂的新受精卵）提供了大部分细胞成分，比如营养物质、细胞质和各种细胞器。此外，母亲还会为胚胎的发育和生长提供内在环境。长期以来，母亲健康对子女的影响都获得了深入研究，包括大量分子层面的研究。不过在过去大约15年里，有关父亲的经历会通过非DNA形式遗传的证据，也在不断增加。


此前，学界认为RNA的寿命相对较短，会在几分钟或几小时内降解，因此鲜少关注它们在表观遗传调控中的作用。不过自20世纪90年代以来，随着RNA的作用被逐渐阐明，科学家对它们的寿命有了全新认知：某些特定的RNA可以存在数周甚至更久。还有一些RNA，例如长链非编码RNA（lncRNA）能通过修饰DNA或相关蛋白质，调控基因表达。微RNA可以改变或抑制其他RNA的功能，比如信使RNA。2024年诺贝尔生理学或医学奖就授予了发现微RNA及其功能的科学家。可以说，RNA分子也会干预基因表达。那么精子是否会携带RNA或其他分子，进而参与胚胎的表观遗传过程？


自2012年起，陈琦通过一系列研究，尝试回答了这些问题。根据他的描述，这是他学术生涯中最偶然的发现之一：当时他在中国科学院领导一个研究团队，他们采用测序技术全面盘点了小鼠精子中所有的短链RNA分子。他们惊讶地发现，随着精子逐渐成熟，一部分RNA的浓度会急剧增加，并与DNA一起聚集在精子头部。不仅如此，这些RNA还广泛存在于从鱼到人等多种脊椎动物的血清中，且含量十分丰富。这些都指向了一种可能性：这些携带信息的分子被转移到了生殖细胞。


2015年，陈琦搬到了美国继续学术研究。他的团队收集了由不同饲料喂食的小鼠的精子RNA，事情也因此变得有趣起来。与食用常规饲料的小鼠相比，高脂饮食小鼠的精子RNA组成会发生明显变化，当他们将这些RNA注射给一些受精卵后，部分发育的雄性后代出现了与高脂饮食相关的代谢问题。


陈琦表示，这些实验暗示了一种看似离经叛道的可能性：“父亲因暴露于特定环境而获得的某些性状，可以被精子‘记住’并遗传给后代。”在描绘出一条调控精子RNA的分子途径后，陈琦在2019年将这个遗传过程称为“精子RNA密码”（sperm RNA code），并认为该RNA密码影响了后代的代谢健康。


并非只有他一人专注于这个想法。2018年，兰多的研究团队在《发育细胞》（Developmental Cell）上发表论文称，他们采用一些生物化学技术，追踪了RNA会在何时何地被封装到精子之中，以及这些分子可能发生的变化。兰多说，他们试图回答一个问题：“哪个组织可能负责选择精子传递给后代的信息？”一个合适的起点是附睾。对大多数哺乳动物来说，附睾是附着于睾丸后部的管状器官，精子在准备受精之前，会在这里停留大约一两周的时间以完全成熟。


兰多的实验显示，精子从附睾中获得了几乎全部的短链RNA分子。利用追踪特定RNA的技术，他们观察到RNA会被封装进病毒大小的囊泡中。这些囊泡也被称为附睾小体（epididymosome），它们随后会将这些RNA转运到精子。“这个过程揭示了在雄性体内，RNA分子是如何在非生殖细胞（比如附睾中的细胞）和生殖系细胞（比如精子）之间运输的。”兰多说，“附睾正在逐渐成为父本效应产生的关键场所。显然，我们必须认真对待附睾，将其视为一个潜在的环境感受器。”


 “环境感受器”指的是预设情况下，在父本效应的第一阶段，雄性身体会将生活状况，如高脂饮食、剧烈运动或接触毒素等信息转化为分子信号。随后在第二阶段中，附睾会提供一条途径，将这些信号打包传递给下一代。这也是伊莎贝尔·芒叙（Isabelle Mansuy）多项研究的切入点，她在瑞士苏黎世大学和苏黎世联邦理工学院研究哺乳动物表观遗传的分子与细胞机制。


在一项研究中，她关注了创伤性应激反应，并观察了这种现象产生的分子效应如何借助血液中的细胞外囊泡传递给后代。体内几乎所有类型的细胞都会释放这种囊泡。这些囊泡会携带多种分子，比如各种RNA、蛋白质、脂质和代谢物。由于它们可以借助血液循环到达全身，并穿过细胞膜，因此可以作为一种潜在的途径，在身体组织和生殖细胞之间传递分子信号。当RNA分子被包裹在囊泡中时，存活时间也会更长。


芒叙通过让小鼠经历一些负面事件，比如受到束缚或者在幼年时与母亲分离等，给它们制造了创伤。随后，她在小鼠的生殖细胞中寻找会引发类似创伤后果的分子变化。她的研究显示，创伤性应激会改变雄性小鼠及其后代的部分代谢通路，特别是脂质代谢。她还发现那些童年时期经历高压环境的人，也会有类似的代谢特征。在小鼠中，一些代谢变化即使历经五代也依然清晰可辨。这项罕见的、有数据支持的研究揭示了表观遗传可以跨代产生级联效应。


2025年3月，芒叙和同事发布了一篇预印本论文（未经过同行评审），揭示小鼠体内的细胞外囊泡可以借助血液循环，将与其早期生活压力相关的RNA、代谢物和脂质转运至精子，并对后代产生影响。这些精子孕育的后代会在成年后出现与应激相关的代谢功能障碍，而它们自身的精子RNA也会携带同样的应激特征。她在论文中总结道：“这些现象暗示精子RNA的变化与后代的表型特征之间，存在一种机制上的关联。”

从早期开始影响

或许最难理解的部分在于，精子携带的分子会如何影响一个成年个体的性状。在一系列实验中，研究人员挑选出在压力等环境下成长的小鼠，并从它们的精子中提取出所有RNA。然后，他们将RNA注射给了新的受精卵。科奈恩说，由此诞生的幼崽通常会获得“这些父亲的表型”，这表明仅凭RNA就足以实现性状特征的传递。不过这又是如何实现的？


最近，一项发表于《细胞·代谢》的研究进一步追溯了实现这一过程的具体机制。来自南京医科大学等机构的20多位研究人员参与了这项研究，主要关注了运动益处的表观遗传传递。他们通过研究早期小鼠胚胎，锁定了一组能重编程基因表达的微RNA。这些分子会促使小鼠成年后代的骨骼肌产生适应性改变，从而增强运动耐力。相对于长期不动的小鼠，经常运动的小鼠精子中这些微RNA含量也会更高。当他们将这些微RNA转移到新的受精卵后，发育而成的成年个体不仅体能更佳，骨骼肌中线粒体更多，耐力也更强。


这些分子究竟如何影响运动表型呢？研究发现，这些微RNA会抑制一种特定的蛋白质，间接促进线粒体的生物合成和氧化代谢。有趣的是，在接受体能训练的男性的精子中，这类微RNA的水平也更高。“这种跨物种的保守性表明，精子中这些微RNA可能在运动适应性的代际传递中，发挥着潜在作用，”研究人员写道。


父辈的生活经历可以被记录，并经由精子传递给他们的后代，这一观念已不再难以接受。该领域的许多研究者也十分愿意针对这个过程，提出一些推测性设想，即便他们承认仍然存在很多空白。


“我们的假设是附睾负责‘感知’世界，并能根据环境变化调整其产生的RNA分子。”兰多说，“这些RNA会被传递给受精卵，影响胚胎早期的基因调控和发育，从而塑造后代的健康与疾病状况。”科奈恩推测，一旦某些RNA进入卵子，它们就会触发“发育基因表达的一系列级联变化，推动父亲的多种表型在下一代中显现”。值得注意的是，这种影响是在精子内容物（包括RNA的相对含量）远远少于卵子的情况下实现的。


“现阶段我们仍然如同‘盲人摸象’一样，正在尝试描述同一头大象的不同部位。”陈琦表示，“但几乎可以肯定的是，其背后的机制是一场由‘精子RNA密码’等因素共同奏响的交响乐。”考虑到随着雄性衰老，它们的精子可能会积累更多的表观遗传变化，陈琦的团队也关注了衰老对小鼠精子RNA的影响。


近期，在一项发表于《欧洲分子生物学学会杂志》（The EMBO journal）的研究中，他们通过先进的测序技术PANDORA-seq，发现了小鼠精子中一些特定的RNA，比如tsRNA和rsRNA的种类和丰度，或能作为揭示精子衰老状态的时钟。这两种分子是由参与蛋白质翻译的tRNA和rRNA经过酶切后形成的小片段。当将代表衰老状态的tsRNA/rsRNA分子组合导入模拟早期胚胎的胚胎干细胞后，他们发现，这些RNA可明显改变细胞中与代谢及神经系统变性疾病相关的基因表达。这一结果与此前的观察相呼应：高龄父亲的后代面临更高的神经系统疾病和代谢疾病风险。


不过陈琦提到，想要在人类中证实这些发现还需要付出巨大的努力，但这是将基于小鼠研究的成果转化为“可靠医学建议”的关键。我们需要开展大量严格控制的多代跟踪实验，记录受试者的饮食、运动等因素，以及使用先进工具解码精子中封装的分子，并找到这些分子与表型数据的显著关联。


虽然存在诸多不确定性，但他们仍在谨慎前行，且正在学会相信实验发现的出人意料的结果。兰多表示，如果我们是正确的，那么我们将揭示生命中的一个全新事实。当他想到自己的两个儿子时，他很好奇在自己年轻时，是否有过什么异常行为。它们可能改变了他的RNA图谱，并时至今日一直影响着他的小孩。“我们现在了解得还不够，无法给出一些指导性建议，”兰多说，“但有一天，我们或终将能做到。”     


本文节选自《环球科学》2026年4月刊《精子RNA的隐秘遗传》一文。


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kingfirefly

精子RNA遗传机制咋确定？

walysj

我结婚前后那几年，用双脚走遍广东省多个市和长沙市区众多大街小巷跑业务，现在大女儿初二已经中长跑国家二级运动员，小女儿四年级代表学校参加市运动会，看到这篇文章，我也能理解了

voo

@元宝 总结一下

wifai

孩子的未来一定由父亲的社会地位经济实力决定，其它的可以忽略😛😛🤭🤭

咖啡豆

平台使命！

standme

感觉这些理论非常正确，父亲在受孕前的状态也能遗传给后代，很奇妙

疯了吧

还研究个毛？古人都说 : 龙生龙，凤生凤，生个老鼠儿会打洞！

voo

瞎扯淡

神隐之左手

男人育后已经够可怜了，现在育前都要控制起来