标准的精子与卵子相遇的故事，描绘的是一个极度简化的图景：精子细胞不过是包裹着DNA的微型运输器，拖着尾巴，任务就是将父亲的基因送入母亲的卵子。除此之外，发育中的胚胎几乎所有的细胞和环境组件都与父亲无关，全部来自母亲。然而，跨越近二十年的独立研究正威胁着要重写这个故事。来自多个实验室的证据表明，父亲的配子运送的不仅仅是DNA：在精子微小的头部内，还潜伏着一些“偷渡”分子，它们进入卵子后，将有关父亲体能的信息——包括饮食、运动习惯和压力水平——传递给后代。这些非DNA的分子传输可能影响受精期间及之后启动的基因组活动，对胚胎发育施加某种控制，并最终影响其成年后的模样-1。

这些发现——目前主要在小鼠模型中描述——最终可能改变我们对遗传本身的思考方式。它们暗示，“我们在这一生中所做的事会影响下一代”，犹他大学医学院生殖与发育生物学家陈奇说道，他是这项研究的先驱之一。换句话说，父亲在备孕前几周至几个月内吃过的食物、喝过的饮品、吸入的物质、承受的压力或其他经历，都可能被编码为分子信号，打包进他的精子细胞并传递给未来的孩子-1。

研究人员逐步将目光锁定在RNA分子上——这些DNA的短暂副本，反映着特定时刻的基因活动。母亲健康对后代的影响——包括分子层面的影响——早已受到长期审视，而父亲一方的影响则长期处于阴影之中。然而，过去约十五年里，父亲经历的非DNA遗传证据在不断强化。喂给雄性小鼠高脂或低蛋白饮食，或在幼年时将幼鼠从其母亲身边带走，其后代都会继承与这些环境条件相关的性状，例如线粒体功能的变化。这些性状并不一定有害。例如，暴露于尼古丁的雄鼠父亲所生的雄性幼仔，其肝脏不仅擅长分解尼古丁，还能够代谢可卡因和其他毒素-1。

这些父系效应的逻辑蕴含着一种生存智慧。马萨诸塞大学陈医学院的表观遗传学家奥利弗·兰多指出，期待后代经历与父母相似的环境是合理的。从生物学上为后代预先适应这些条件，或许能帮助他们更好地存活。“你也许可以把这看作一种方式：告诉你的孩子一些对他们有用的东西，以便他们能更好地应对所继承的世界，”兰多，一位两个男孩的父亲，这样说道-1。

表观遗传学指的是不改变DNA序列本身的遗传过程，它涉及基因何时以及在多大程度上被表达并制成功能性蛋白。表观遗传学家关注那些围绕基因组和染色体框架展开的分子生物学过程，这些过程能够根据内外信号打开或关闭基因。RNA——作为DNA序列的灵活、短暂版本——也可以介入基因表达。由于RNA相对短命，有时仅存活数分钟或数小时就会降解，它们在很长一段时间内被忽视作为表观遗传调节因子的潜力。但自九十年代以来，某些RNA被发现可以存活数周甚至更久。特别是微小RNA，它们能够改变或抑制其他RNA，包括那些本应被翻译成蛋白质的RNA；这一发现于2024年被授予诺贝尔生理学或医学奖-1。

科林·科奈因是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，他一直致力于揭示精子RNA如何将非遗传信息传递给后代。一些故事元素已经清晰，科奈因说：研究人员掌握的重要证据表明，环境可以调控精子RNA，这些分子将性状传递给后代，并且它们可以在受精后调控胚胎发育。关键发现来自几项里程碑式的研究-1。

要确认精子细胞传递表观遗传信息，生物学家需要解决三个核心问题。第一，父亲的身体如何将实际经历——如压力、饮食、运动或尼古丁暴露——以分子的形式（例如反映组织基因表达的循环RNA）进行物理编码。第二，这些被分子编码的经历如何进入精子细胞。第三，精子中的这些信号如何在受精期间及之后成为表观遗传载体，从而在后代身上产生可观察到的性状（即表型）-1。

在2012年开始的一系列研究中，陈奇开始逐一回答这三个问题。在他自称职业生涯中最具偶然性的发现之一中，他在中国科学院的团队使用测序技术对小鼠精子细胞中的短RNA分子进行编目。他们震惊地发现，随着精子细胞的成熟，其中一类RNA的浓度急剧上升，随后这些RNA与DNA一起涌入了精子头部。这一类RNA在从鱼类到人类的各种脊椎动物的血清中也大量存在。所有证据都指向一个可能性：携带信息的分子正在被转运到生殖细胞中-1。

当陈奇（于2015年转入美国学术界）和他的团队采集了不同饮食喂养的雄性小鼠的精子RNA后，事情变得更有趣了。高脂饮食的小鼠精子中的RNA集合，与正常饮食的小鼠完全不同。当他们将从高脂饮食小鼠精子中提取的RNA注射到受精卵中后，部分雄性后代表现出与高脂饮食相关的代谢问题。这些实验暗示了一个看似异端的可能性：父亲暴露于某种环境时所获得的某些性状，可以被“记忆”在精子里，并由后代继承。在2019年，陈奇将这条遗传通道命名为“精子RNA密码”，认为它“编写后代的代谢健康”-1。

兰多的团队在2018年发表于《发育细胞》的文章中，采用生化技术对RNA被包装进精子细胞的位置和时间，以及RNA在此过程中可能如何改变，进行了表征。他们试图回答一个问题：“什么组织可能负责选择要‘告诉’精子再‘告诉’孩子的信息？”一个合理的起始点是附睾。在这个附着于睾丸后部的管状器官中，精子细胞经历一个成熟过程，在大多数哺乳动物物种中约需一到两周时间才能随时受精。兰多的数据表明，精子细胞几乎所有的微小RNA都是在附睾中获得的。利用追踪特定RNA分子的技术，科学家们观察到RNA被包装进病毒大小的囊泡（称为附睾小体）中，这些囊泡将分子转运进入精子-1。

兰多说：“这显示了小RNA如何在身体的非生殖细胞（如附睾中的那些细胞）与生殖细胞（如精子）之间进行运输。”他补充道：“附睾正日益突显为父系效应的关键场所。附睾无疑必须被认真对待，作为世界的潜在‘传感器’。”-1

所谓“世界传感器”，兰多指的是推定的父系效应机制的第一阶段——即雄性身体将实际状况（如高脂饮食、严格运动或毒素暴露）转化为分子信号的过程。附睾随后为第二阶段提供通道，即包装这些信号供下一代使用-1。

苏黎世大学和瑞士联邦理工学院的伊莎贝尔·曼苏伊也在紧密追踪相关的分子和细胞机制。她研究创伤压力的分子效应如何通过聚焦于血液中循环的细胞外囊泡（EVs）传递给后代。几乎所有类型的身体细胞都会脱落EVs，包括附睾中的细胞（附睾小体即为EVs的一种）。这些囊泡携带多种分子货物，如RNA、蛋白质、脂质和代谢物。由于EVs在血液中几乎可以流遍全身任何地方，并能穿过细胞膜，它们为分子及其携带的生物信号在身体组织和生殖细胞之间转移提供了潜在途径-1。

曼苏伊通过让小鼠经历束缚或母幼分离等条件来制造创伤，然后搜索生殖细胞中的分子变化，这些变化可能导致创伤的类似后果在直接承受创伤的动物的子代甚至孙代身上表现出来。她已证明，创伤压力改变了暴露的雄性小鼠及其后代的代谢通路，尤其是那些涉及脂质的通路。在人类中，她也发现童年期经历高压力的个体具有相似的代谢特征。在小鼠中，部分代谢变化在五代之后仍可辨别——这是表观遗传级联跨越多代的罕见数据支持-1。

2025年3月，曼苏伊及其同事在一篇上传至biorxiv.org的预印本中报告，小鼠体内的EVs可以将与早期生活压力相关的某些RNA、代谢物和脂质从循环血液运输到精子，对后代产生影响。这些精子细胞产生的后代成年后出现压力相关的代谢功能障碍，并在其自身精子RNA中携带压力特征。曼苏伊团队总结道：“这些变化暗示了精子RNA修饰与后代表型特征之间的机制性联系。”不过，这篇论文尚未经过同行评议-1。

关于诸般变化如何最终转化为成年个体的可观察性状，或许是最棘手的环节。在一种形式的实验中，研究人员从在压力或健康改变条件下饲养的小鼠体内提取全部精子RNA，然后注射到受精卵中。科奈因说，由此产生的幼崽通常“表现出父亲的表型”，这表明仅RNA本身就能将父亲的性状传递给后代。但其中的机制何在-1？

在早期发育阶段，表观遗传过程占主导地位。从一个受精细胞分裂成两个，再到这些细胞再次分裂，如此反复，一套DNA指令被动态且反复地重新编程。正处于生长中的身体特化为不同的细胞类型，并被塑造成一系列越来越复杂的形态。因此，基因组早期的表观遗传改变可能在成年后产生显著的下游效应。科奈因实验室在2024年发表的研究表明，精子微小RNA改变小鼠胚胎中的基因表达。这些实验支持了这样一种观点：后代可以通过精子中非DNA分子偷渡者的转移来继承父亲的性状-1。

最近在2025年11月发表于《细胞代谢》的一篇全面论文更进一步，追溯了父亲小鼠运动方案通过精子微小RNA产生下游分子效应的机制。这些微小RNA靶向发育中胚胎内“对线粒体功能和代谢控制至关重要”的基因。一个由二十多位中国研究人员组成的团队聚焦于运动益处的表观遗传传递，锁定了一组在早期胚胎中重新编程基因表达的微小RNA。这些变化最终导致成年后代骨骼肌的适应性改变，从而增强运动耐力-1。

研究人员发现，运动活跃的小鼠精子中这些微小RNA的含量高于久坐不动的小鼠。当这些微小RNA被转入受精卵后，发育成的成年小鼠体能更佳，骨骼肌中线粒体数量更多，耐力也更强。那么，这些分子是如何产生运动阳性表型的？在实验中，研究人员发现这些微小RNA抑制了一种特定蛋白——核受体辅抑制因子1（NCoR1），这种抑制效应进而增强了与线粒体活性和代谢相关的基因的表达。引人注目的是，体能训练后的男性人类精子中，许多相同的微小RNA水平也高于未训练对照组。研究者写道：“这种跨物种的保守性表明，这些精子微小RNA可能在人类代际运动适应中发挥着潜在作用。”-1

陈奇虽未参与这项研究，但评价道：“这项研究表明，父系运动可以赋予后代益处——增强的耐力和代谢健康。这有力地提醒我们，许多由精子介导的表观遗传效应具有深刻的适应性本质。”-1

父亲的实际经历能够被身体记录、传递至配子并传递给后代——这一观点如今已不再像过去那样显得荒谬。许多研究人员愿意提出关于可能发生的机制的推测性愿景，即使他们承认仍有空白等待填补。兰多提出：“我们的假设是，附睾‘看见’世界，并据此改变其产生的小RNA。这些RNA随后在受精时被递送到受精卵，控制早期基因调控和发育，从而塑造后代的健康和疾病。”-1

科奈因推测，一旦某些RNA进入卵子，它们会触发“发育基因表达的级联变化，然后导致这些父亲的表型在下一代中出现”。值得注意的是，这一切的发生，是在精子的内容物体积——包括RNA的相对量——远远小于卵子内容物的情况下实现的-1。

当然，父亲经历和行为如何通过表观遗传影响后代的完整图景远未清晰。研究人员目前正逐一实验地拼凑故事，而非在同一生物体中按步骤逐一验证每一个环节。曼苏伊指出，其中一个空白在于，至今仍未完全搞清RNA以及可能的其他表观遗传因子在受精卵中到底做什么，从而在发育过程中修改基因组活动。“我们仍然是第一次描述同一头大象不同部位的盲人，”陈奇说，“其底层机制几乎必定是一支由精子RNA密码及其之外因素组成的交响乐队。”-1

在人类中确认这些发现需要付出巨大努力，但这是将这些小鼠研究转化为“明智的医学建议”的关键步骤，陈奇说。这将需要精心控制的实验，跟踪多代人，记录饮食、运动、衰老和环境暴露，同时使用先进工具解码精子中包装的分子——然后寻找分子数据与表型数据之间的强相关性-1。

即使面临不确定性，研究人员仍在谨慎前行，学会相信自己的实验结果。如果他们是对的，他们就将发现一个关于生命的全新事实，兰多说。当他想到他的两个儿子时，他常常会想，年轻时——在孩子出生之前——他本可以做些什么不同的事情，从而微调他的RNA图谱，以今天能影响孩子的方式。“我们目前的知识还不足以制定那样的指导意见，”兰多说，“也许我们最终会达到那一步。”-1

将精子RNA定位为连接父亲环境经历与其后代性状的分子桥梁，从“精子不只是DNA的包裹”这一修正性命题出发，经由陈奇的偶然发现（成熟精子中特定RNA类的浓度急剧上升）、兰多的附睾包装机制（附睾小体的发现）、曼苏伊的创伤跨代传递证据（EVs从血液至精子的运输），最终汇聚于2025年11月《细胞代谢》论文所揭示的因果链条：父亲运动→PGC-1α调控→精子微小RNA变化→受精卵中NCoR1抑制→胚胎线粒体基因激活→成年后代骨骼肌线粒体增多→运动耐力增强。每一步都有实验锚点，逻辑推进层次分明。

获得性性状的跨代遗传牢牢锁定在分子机制的语境中，避免了“拉马克主义复活”的耸动叙事。始终在追问“如何可能”，而非停留在“是否可能”。这个策略使得文章在科学上是谨慎的，在传播上却是有效的。

在呈现证据时，对正向结果的报道密度远高于反向或零结果的缺失。多名被引用的核心研究者——科奈因、兰多、陈奇——均在正文中以直接引语形式表达了对机制未解、证据不够完备的谨慎态度，但这种态度被密集的实验成功叙事所淹没。读者容易形成的印象是“这些发现已经相当确凿”，而实际上，该领域目前仍处于假设驱动的探索阶段，距离人类生殖健康得以指导的时间点还很远。

本文呈现的所有核心证据均来源于小鼠模型。这一点至关重要，却极易被非专业读者所忽视。小鼠与人类的精子成熟周期（小鼠约两周，人类约两月）、精子RNA的装载模式、胚胎早期发育的时序以及附睾的解剖学结构，均存在显著差异。这意味着，从“小鼠精子微小RNA可通过附睾小体装载”到“人类精子微小RNA以相同方式传递环境信息”之间，跨越的是一个充满未知的灰色地带。

2025年《细胞代谢》研究的一个重要卖点在于，同时检测了运动训练后人类男性精子中相同微小RNA的表达水平，并发现了类似的升高趋势。这正是前文逻辑链条中第零步到第一步的最初环节——父亲的经历如何在分子层面被记录于精子。一旦确认这一跨物种保守性，精子RNA作为父系环境经历的通用分子读点这一假说，将获得迄今为止最强的证据支撑。这一观察构成当前论证中最接近人类相关性的证据节点。然而有必要指出，“相同微小RNA升高”这一相关事实，与“这些相同微小RNA在人类受精卵中产生相同下游效应”这一因果推断之间，存在着当前技术条件下几乎不可能跨越的实验鸿沟——人类受精卵不允许被用于此类操作实验。因此，该研究在人类方面的证据仅仅证明了保守性的一个侧面（小RNA的变化），而非保守性的全部（因果通路）。即使仅就变化本身而言，相关性也不等于因果性——这些变化究竟是PGC-1α通路激活的直接结果还是次要现象，目前仍需要更多证据来区分。

遗留下一个生物物理学层面的根本问题：信息编码的内容与剂量。

假设父亲的高脂饮食确实改变了附睾中某几类微小RNA的表达谱。然后这些微小RNA被装载到精子上。然后它们进入卵子并底物胚胎基因表达。那么，究竟有多少分子的这些微小RNA是“有意义的”？每个微小RNA分子能导致多大的基因表达偏移？这些基因表达偏移的最终下游效应（成年后代的代谢异常）与这些微小RNA的初始剂量之间，是线性关系还是阈值关系？这些问题的答案全部是未知的。

在运动研究中，一个更具体的量化问题随之浮现：运动精子微小RNA的变化幅度（相对于久坐对照组）有多大？这种幅度是否足以在受精后驱动生理学上有意义的线粒体基因激活？从统计学显著到生理学显著之间的距离，始终未予丈量。

文章引入曼苏伊的创伤研究，将论证从“代际”（父至子）扩展至“跨代”（五代仍可检验）。这是一个重要的延伸，因为触及了表观遗传信息在多大程度上可以长期保存的问题。曼苏伊的观察是，部分代谢变化在五代之后仍可辨别。文章也引述了曼苏伊2025年预印本的最新发现：EVs将从血液到精子的压力相关RNA和代谢物传递给后代，且后代的精子中也携带着压力签名。

然而，在缺乏独立复制的条件下，这些发现应被视为前沿探索，而非既成事实。进化生物学家对此类跨代效应的普遍质疑是：如果环境诱导的表观遗传标记可以如此稳定地跨越多代，那么自然选择面对的将不再是一个相对稳定的遗传环境，而是一个持续被上一代环境经验所“污染”的遗传承载体系。这会对主流进化理论构成何种冲击，尚未有系统评估。

另外一个需要追问的机制是：如果每一代都在父亲的环境经验中重新写入精子RNA，那么这些信息如何在多次重新编辑的过程中保持定向而不被洗白？每一次配子发生过程都伴随着深刻的表观遗传重编程，大多数RNA标记在这一过程中会被清除。曼苏伊的观察恰恰与此矛盾——标记保留了下来，甚至跨越了五代。对这个矛盾的合理解释，需要在总重编程与选择性标记保留之间找到一个尚未被发现的机制。

“父亲的行为通过RNA影响后代”这一命题，一旦脱离其复杂的实验限制条件，极易简化为一种指责性的社会叙事——父亲必须为自己的后代的健康负责。这会让那些因疾病、时间、社会经济等限制而无法优化生活方式的父亲感到不安，也容易导致对个体责任的过度强调而忽视结构性因素。

科学研究者在公开场合反复提醒“我们还不知道足够多，还不足以制定指导意见”——兰多口中那句未言明的缺失恰恰有助于平衡这类解读。但将这样一个“仍在进行中”的故事展示给普通人群，应更明确地区分“基本科学发现”与“潜在的社会意义”之间的界限。这对于负责任地传播科学发现是必要的。文章在结尾处将兰多对自己两个儿子的个人反思作为收束，虽然在故事弧线上完成了情感闭环，但在认识论层面，却可能无意间强化了“这些发现已经足以影响日常生活决策”的含混暗示。

在个人层面，这些发现确实提供了反思生活方式的契机——对于一个即将成为父亲的人来说，运动或许不仅仅是自我投资，这条理论层面的信息传递路径，至少在生物学上是可以设想的。但这一思路本身仍停留于假设，需要在临床试验中得到检验之后，才能成为可操作的建议。

本文将复杂的表观遗传跨代研究脉络以高度可读的方式呈现，在避免过度简化与呈现科学魅力之间取得了罕见的平衡。既非对某一个前沿突破的孤立报道，也非对这一领域的系统综述，而是以一个核心假设——精子RNA密码——为锚点，纵向追溯其十年的实验积累。这种叙事结构既能感受到科学的进展性，又能理解其不确定性。

然而，这种叙事结构也存在一个被压抑的层面：整个故事的叙述口径是由该领域内部的研究者所定义的。文章并未引入对精子RNA跨代遗传假说持怀疑立场的独立专家，也未提及那些未能观察到效应的研究。现实中的科学争议往往并非因为某个观点站不住脚，而是因为证据的强度尚未达到足以排它的程度。若能纳入不同类型的证据，将更有助于理解该领域目前所处的阶段——与其说是一场革命性的胜利，不如说是一次充满希望的远征。

D:2026.04.26>

表观遗传学

关于父亲的选择（例如饮食、运动、压力、尼古丁使用）如何将某些特征传递给孩子的研究已经变得不容忽视。*

根据对小鼠的研究，父亲的健康状况（以饮食和运动来衡量）由精子 RNA 编码，并通过表观遗传学影响其后代。 ##
 伊万·阿马托 2025年12月22日 — 标准的精卵结合理论认为，精子细胞只不过是包裹着DNA的带尾丝的线团，其使命很简单：将父亲的基因传递给母亲的卵子，完成有性生殖。发育中的胚胎的其他几乎所有方面，包括其细胞和环境成分，都与父亲无关，都来自母亲。 但近二十年来，多家独立实验室的研究成果有可能改写这一说法。这些研究表明，父亲的配子传递的不仅仅是DNA：精子微小的头部内藏有“搭便车”的分子，这些分子会进入卵子，将父亲的健康状况信息（例如饮食、运动习惯和压力水平）传递给后代。这些非DNA信息传递可能影响受精过程中及受精后启动的基因组活动，从而对胚胎发育施加一定程度的控制，并最终影响其成年后的形态。 #### 小鼠模型中越来越多的证据表明，非DNA精子分子可以在受孕时将父亲的健康状况传递给后代。 — 目前的研究结果主要基于小鼠模型，但最终可能会改变我们对遗传的认知。犹他大学医学院的生殖与发育生物学家是这项研究的先驱之一齐晨表示，这些发现表明“我们今生的所作所为会影响下一代”。换句话说：父亲在受孕前几周甚至几个月内所吃的食物、饮料、吸入的物质、承受的压力或其他经历，都可能被编码到分子中，包装到精子细胞中，传递给未来的孩子。研究人员主要关注的是RNA分子，这些短暂存在的DNA拷贝反映了特定时间的遗传活动。 这是一个引人入胜的想法。但其中的机制细节——经验是如何编码的，如何从精子传递到卵子，以及是否以及如何影响胚胎发育——并不容易厘清，尤其是在人体研究面临诸多挑战的情况下。正因如此，也因为这些发现可能对教科书的修订产生重大影响，包括该研究的牵头人在内的研究人员都对过度宣传他们的研究成果持谨慎态度。

科林·科宁的研究表明，精子中包装的 RNA 会改变小鼠胚胎的基因表达，这揭示了父亲的选择可以通过表观遗传学影响后代的途径。 “这仍然非常笼统，”表观遗传学家科林·科宁说道。 宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院和费城儿童医院的科宁教授一直致力于揭示精子RNA如何将非遗传信息传递给后代的机制。他表示，有些方面已经很清楚：研究人员掌握了大量证据，表明环境可以调控精子RNA，这些分子可以将性状传递给后代，并且它们还可以调控受精后的胚胎发育。“但我们对RNA如何做到这一点却知之甚少，这正是其中最模糊不清的地方，”科宁说道。 但证据仍在不断积累。最近，在2025年11月，一份综合性报告发表在《细胞代谢》杂志上的一项研究追踪了雄性小鼠的运动方案对精子中靶向基因的微RNA的下游分子效应，这些基因在发育中的胚胎中“对线粒体功能和代谢控制至关重要”。研究人员发现，在经常锻炼的男性精子中，许多相同的微RNA也过度表达。 “这项研究表明，父亲的运动可以给后代带来益处——增强耐力和代谢健康，”陈说，他并未参与这项研究。“这有力地提醒我们，许多精子介导的表观遗传效应本质上具有很强的适应性。” 此前未被记录的遗传途径可能正在发挥作用，这种可能性不容忽视。因此，研究人员目前正埋头于实验室，追踪父亲当下经历如何转化为发育指令并传递给伴侣卵子的分子过程。 ## 表观遗传学途径 在大多数动物中，精子细胞与卵细胞相比非常小。而在人类中，卵子的体积是精子的1000万倍，为受精卵（尚未开始分裂的受精卵）提供大部分细胞成分，包括营养物质、细胞质、线粒体和其他细胞器、合成蛋白质的分子机制等等。此外，母亲还为胚胎乃至胎儿的发育和成长提供必要的环境。因此，母亲的健康状况对子女的影响长期以来一直备受关注。包括分子水平但在过去 15 年左右的时间里，关于父系经验的非 DNA 遗传的证据也越来越有力。 “许多不同的实验室都进行过饮食和压力方面的研究，通常下一代小鼠的代谢或行为变化就是这些研究结果的体现，”科宁说。给雄性小鼠喂食高脂肪或低蛋白饮食，或者当雄性小鼠年轻时把他从他妈妈身边带走，其后代会继承一些与环境条件相关的特征，例如线粒体功能的变化。这些特征并非一定有害。例如，  暴露于尼古丁的雄性小鼠繁育雄性幼仔，使其肝脏不仅能有效清除尼古丁，还能有效清除可卡因和其他毒素。 领导这项尼古丁研究的马萨诸塞大学陈曾熙医学院的表观遗传学家奥利弗·兰多说，这里面存在一种生存逻辑。后代会经历与父母相似的环境，这是合理的预期。因此，通过生物学手段让他们适应这些环境，或许有助于他们的生存。

表观遗传学家奥利弗·兰多怀疑精子RNA控制着胚胎早期的基因调控。 如果他的推测正确，他将有助于发现生命的一个新事实。 “你可以把这看作是一种告诉孩子们一些对他们有用的东西的方式，这样他们就能更好地应对他们所继承的世界，”有两个儿子的兰多说道。 但逻辑并不能证明故事的正确性。正因如此，陈、兰多、科宁和其他研究人员一直在努力揭示父系表观遗传的机制，以补充目前对母系表观遗传过程的认知。“表观遗传学”指的是不改变基因DNA序列，而是涉及基因何时以及在何种程度上表达并转化为功能性蛋白质的遗传过程。表观遗传学家专注于基因组和染色体框架周围的分子生物学，这些框架能够响应内外信号而开启或关闭基因。 这种差异性基因表达是生物学一些最伟大奇迹的核心——例如，人体内所有细胞都拥有相同的DNA，但脑细胞却与肝细胞、皮肤细胞和血细胞截然不同。一些触发基因表达改变的信号被预先写入DNA，而另一些则来自环境——例如，食物匮乏导致的热量或营养不足，或因缺乏父母照料等压力因素导致的皮质醇水平升高。这些因素会影响体内循环的代谢物和其他分子的种类，进而影响细胞能够进行的反应和基因组过程。 一些参与表观遗传过程的分子，例如甲基或乙酰基，可以直接与DNA相互作用，或与附着在DNA上的蛋白质结合。这些作用会使基因组的某些部分松动或收缩，类似于打开或关闭特定基因的“门”。 RNA分子——DNA序列的柔性、短暂版本——也能参与基因表达。但由于寿命相对较短，有时仅能存活几分钟或几小时便会降解，因此它们作为表观遗传调控因子的作用一直被忽视。自20世纪90年代以来，人们逐渐阐明了RNA的作用及其寿命：某些RNA可以存活数周甚至更久。一些RNA（例如长链非编码RNA，简称lncRNA）通过修饰DNA或其蛋白质来调控基因表达。另一些RNA，即microRNA，则能够改变或抑制其他RNA，包括那些原本会被翻译成蛋白质的RNA；这一发现荣获了2024年诺贝尔生理学或医学奖。

精子是否可能携带RNA或其他分子，从而参与胚胎的表观遗传过程？一些研究人员认为这很有可能，但要证实这一点，还需要大量的实验工作。 ## 一包RNA 要证实精子细胞能够传递表观遗传信息，生物学家需要解决三个核心问题。第一个问题是，父亲的身体如何将生活经历（例如压力、饮食、运动或尼古丁使用）以分子形式（例如，以血液中循环的RNA形式）进行物理编码。（在新标签页中打开）这反映了组织中的基因表达。接下来将探讨分子编码的经验如何传递到精子细胞中。第三部分将追溯精子中的这些信号如何在受精过程中和受精后成为表观遗传载体，从而决定后代的可观察性状，即表型。 从2012年开始的一系列研究中，齐晨着手解答这三个问题。他称这是他职业生涯中最偶然的发现之一：他在北京中国科学院的团队利用测序技术清点了小鼠精子细胞中存在的短RNA分子。

2012年，齐晨发现精子头部聚集着大量的RNA和DNA。他毕生致力于记录他所谓的“精子RNA密码”。 他们震惊地发现，随着精子细胞的成熟，一部分RNA的浓度急剧增加。然后它们与DNA一起涌入精子头部。这类RNA在血清中含量丰富。他们发现，从鱼类到人类的各种脊椎动物体内都存在这种现象。所有这些都表明，携带信息的分子有可能被转移到生殖细胞中。 更令人感兴趣的是，2015年移居美国学术界的陈教授及其团队收集了喂食不同饮食的雄性小鼠的精子RNA。喂食高脂食物的小鼠的精子RNA组成与喂食正常饮食的小鼠的精子RNA组成存在显著差异。当研究人员将这些高脂饮食小鼠的精子RNA注射到受精卵中时，与高脂肪饮食有关的一些雄性后代出现了代谢问题。 陈表示，这些实验暗示了一种看似离经叛道的可能性：“某些在父系接触期间获得的性状可以被‘记忆’在精子中，并遗传给后代。” 在阐明这一途径之后。2019年，陈将调控精子RNA的这一遗传通道命名为“精子RNA密码”。他认为，这“可以调节后代的代谢健康”。 他并非唯一一个对这个想法着迷的人。大约在同一时期，兰多（Rando）的团队在2018年发表于《发育细胞》（Developmental Cell）杂志的一篇文章中，报告了他们利用生物化学技术来表征RNA在精子细胞中的包装位置和时间以及这些RNA在此过程中可能发生的变化。他们试图回答的问题是：“究竟是什么组织负责决定精子应该向后代传递什么信息？” 他说。一个合乎逻辑的研究起点是附睾。在这个附着于睾丸后部的管状器官中，精子细胞会经历一个成熟过程，在大多数哺乳动物中，这个过程大约需要一到两周，之后它们才能准备好受精。

；来源：International Journal of Molecular Sciences  21, 5377 (2020)（在新标签页中打开）;  BMC Biology  17, 35 (2019) 兰多的研究表明，精子细胞几乎所有的小RNA都是在附睾内获得的。科学家们利用追踪特定RNA分子的技术，观察到RNA被包装成病毒大小的囊状结构，称为附睾小体，这些小体将这些分子运送到精子中。 兰多说：“这表明小RNA如何在人体的非生殖细胞（例如附睾中的细胞）和生殖细胞（例如精子）之间进行运输。附睾正逐渐成为父系效应的关键部位。附睾作为一种潜在的感知世界的方式，绝对值得我们认真对待。” ## 分子快照 兰多所说的“世界传感器”指的是假定的父系效应机制的第一阶段——男性身体将诸如高脂肪饮食、剧烈运动或毒素暴露等生活环境转化为分子信号。附睾随后为第二阶段提供途径，将这些信号包装起来传递给下一代。 这也是伊莎贝尔·曼苏伊的调查所在。 她在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和细胞机制。

Isabelle Mansuy 通过对五代小鼠的研究，追踪了早期生活创伤带来的压力如何改变代谢途径。 她的研究方向之一是聚焦于创伤应激分子效应传递给后代的过程，重点关注血液循环中的细胞外囊泡（EVs）。几乎所有类型的细胞都会释放细胞外囊泡，包括附睾中的细胞（附睾小体也属于细胞外囊泡），它们携带多种分子物质，例如RNA、蛋白质、脂质和代谢物。由于细胞外囊泡几乎遍布全身，并且可以穿过细胞膜，因此它们为在身体组织和生殖细胞之间传递分子及其携带的生物信号提供了一种潜在途径。值得注意的是，RNA在细胞外囊泡中往往能存活更长时间。 曼苏伊通过在小鼠幼年时期对其进行诸如束缚或母子分离等处理，人为制造创伤。然后，她研究生殖细胞中的分子变化，这些变化可能导致与创伤类似的后果在直接遭受创伤的小鼠的后代甚至孙辈身上显现。 她已经证明，创伤性压力会改变代谢途径。 尤其是在暴露于高压力环境的雄性小鼠及其后代中，她发现了与脂质相关的代谢变化。她还在童年时期经历过高压力的人类身上发现了类似的代谢特征。在小鼠中，一些代谢变化在五代之内仍然清晰可见。— 一项罕见的、有数据支持的发现，证明了表观遗传可以代代相传。

与精子细胞相比，卵细胞体积庞大，并且根据最近的研究，它为正在发育的胚胎提供几乎所有的细胞成分——除了精子的一半基因组，以及可能存在的胚胎和表观遗传调控因子。 2025年3月， Mansuy及其同事报告称，小鼠体内的细胞外囊泡（EVs）可以将某些与早期生活压力相关的RNA、代谢物和脂质从血液循环输送到精子，从而对后代产生影响。这些精子产生的后代成年后会出现与压力相关的代谢功能障碍，并且其精子RNA中也带有压力标记。Mansuy团队在尚未经过同行评审的论文中总结道：“这些变化表明精子RNA修饰与后代表型特征之间存在机制联系。” ## 表型转化 或许最难理解的是，精子携带的分子如何影响成年个体的可观察特征。在一项实验中，研究人员从在压力或健康状况受损的环境下饲养的小鼠中提取所有精子RNA。然后，他们将这些分离的RNA注射到受精卵中。科宁表示，孵化出的幼崽通常会“继承父亲的表型”，这表明RNA本身就能将父亲的特征传递给后代。 但究竟是如何实现的呢？在早期发育过程中，表观遗传过程起主导作用。（在新标签页中打开）当一个受精卵分裂成两个，这两个细胞再次分裂，如此循环往复时，一套DNA指令会动态且反复地被重新编程。不断生长的机体分化成不同的细胞类型，并逐渐塑造成一系列日益复杂的形态。因此，早期基因组的表观遗传改变有可能对成年个体产生显著的后续影响。

包括南京大学的金鑫（上）和陈曦在内的一组研究人员追踪了父亲运动对小鼠的表观遗传影响。 科宁实验室于2024年发表的研究表明，精子微RNA会改变基因表达。（在新标签页中打开）在小鼠胚胎中也观察到了这种现象。他说，这类实验支持这样一种观点，即后代可以通过精子中非DNA分子“偷渡者”的转移来继承父系特征。 最近发表在《细胞代谢》杂志上的一篇论文通过追踪一种机制，将这一想法向前推进了一步。这项研究揭示了运动益处的表观遗传传递机制。一个由二十多位中国研究人员组成的团队专注于研究运动益处的表观遗传传递，重点关注一组能够重编程早期胚胎基因表达的microRNA。这些改变最终会导致成年后代骨骼肌的适应性改变，从而增强运动耐力。研究人员发现，经常运动的小鼠精子中这类microRNA的含量高于久坐不动的小鼠。当这些microRNA被转移到受精卵中时，它们发育成的成年个体体能更佳，骨骼肌中线粒体数量更多，耐力也更强。 但是这些分子是如何产生运动促进表型的呢？在实验中，研究人员发现微RNA抑制了一种特定的蛋白质，从而增强了与线粒体活性和代谢相关的基因表达。 有趣的是，接受过体育锻炼的男性精子中，许多相同的微RNA含量也高于未接受过锻炼的男性。“这种跨物种的保守性表明，这些精子微RNA可能在人类的代际运动适应中发挥作用，”研究人员写道。 ##
父亲的生活经历会被记录在他的身体里，传递给他的精子，最终遗传给后代，这种观点如今已不再像过去那样匪夷所思。该领域的许多研究人员愿意提出各种推测，探讨可能存在的现象，尽管他们也承认其中仍存在一些空白。 兰多说：“我们的假设是，附睾能够‘感知’外界环境， 据此改变其产生的小RNA。这些RNA在受精后会被输送到受精卵，控制早期基因调控和发育，从而影响后代的健康和疾病。” 科宁推测，一旦某些RNA进入卵子，就会引发“一系列发育基因表达的变化，最终导致下一代出现父亲的这些表型”。值得注意的是，即使精子的内容物总量远少于卵子，包括RNA的相对含量，这一过程仍然能够发生。 父亲的经历和行为如何通过表观遗传影响后代， 目前还远未掌握全貌。研究人员目前正通过一项又一项实验逐步拼凑出真相，而不是在同一组生物体中按顺序验证每个步骤。曼苏伊表示，其中一个空白在于，我们尚不清楚RNA以及其他表观遗传因子在受精卵中如何作用于基因组，从而在发育过程中改变基因组活性。 “我们就像盲人摸象，第一次描述同一头大象的不同部位，”陈说。“其潜在机制几乎可以肯定是由精子RNA编码以及其他因素共同作用的结果。” ## 有关的： — 1. 新陈代谢如何塑造细胞命运 2. 生命之树上的细胞利用RNA交换“短信”。 3. 关于“垃圾DNA”的复杂真相 陈教授表示，要在人体中验证这些发现需要付出巨大的努力，但这对于将小鼠的研究结果转化为“有依据的医疗建议”至关重要。这需要开展控制良好的实验，追踪多代小鼠的饮食、运动、衰老和环境暴露情况，同时还要运用先进的工具对精子包装的分子进行解码——然后寻找分子数据和表型数据之间的强相关性。 即便面临诸多不确定因素，研究人员仍在谨慎地推进研究，逐步建立起对自身实验结果的信任。兰多说，如果他们的发现是正确的，他们将揭示生命的新奥秘。每当想起自己的两个儿子，他都会思考，如果年轻时，在他们出生之前，自己做了哪些不同的选择，或许就能改变自身的RNA谱，从而影响到他们今天的状况。 兰多说：“我们目前掌握的信息还不足以制定这样的指导方针。也许以后会实现。” https://www.quantamagazine.org/how-dads-fitness-may-be-packaged-and-passed-down-in-sperm-rna-20251222/

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D:2026.04.26
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