父亲熬夜影响雄性后代的代谢健康

昼夜节律是遗传的，父亲的昼夜节律紊乱通过精液中的应激激素影响后代的健康。

　　

                   

摘要

昼夜节律使每个身体功能与环境同步，并调节生理机能。打乱正常的昼夜节律会改变机体生理机能，增加患病风险。最近的流行病学数据和模式生物的研究表明，母体昼夜节律紊乱对后代健康和成年表型非常重要。关于父亲的昼夜节律对后代健康的作用，我们知之甚少。

在这里，我们通过夜间限制喂食破坏了雄性小鼠的昼夜节律，并表明父鼠在受孕时的昼夜节律打断（中断）对后代的进食行为、代谢健康和振荡转录具有重要意义。

从机制上讲，我们的数据表明，父方昼夜节律打断（中断）的影响不是通过生殖细胞传递给子代的，而是由母体在受孕时基于皮质酮的通讯启动的，并在子宫发育期间通过胎儿生长限制的状态进行编程。这些发现表明，父亲的生理健康在受孕时作为一个新确定的决定后代表型。

介绍

我们的生活是24小时循环的，包括光明和黑暗阶段。生物体已经发展出一种先天的时间程序，称为昼夜节律，将睡眠-觉醒和禁食-进食周期与光-暗周期结合起来，使身体能够预测日常环境变化并协调生理活动。

在哺乳动物中，昼夜节律是通过一个内部时钟实现的。下丘脑视交叉上核(SCN)是一个中央振荡器，由光-暗周期同步。然后SCN向周围生物钟(PCCs)发送体液和神经元信号，几乎存在于身体的所有组织和器官中。昼夜节律是由细胞自主转录/翻译反馈回路控制的，这些回路包括转录激活因子(CLOCK/BMAL1)，它们转录自己的阻阻物(PERs/CRYs/ rev - erbb)，以24小时为一个周期。虽然这些周期也会在没有外部线索的情况下持续存在，但昼夜节律对环境刺激作出反应，(3)光线是最重要的ZT，它允许SCN同步PCCs与环境，但其他环境线索，如进食和压力，也通过调节SCN和PCCs之间的相互作用来影响昼夜节律。PCCs和环境之间的失同步被称为昼夜节律中断。

我们生活在一个“24小时社会”，每天24小时都有光和食物，日程安排越来越紧，压力越来越大，这干扰了我们的正常节律，并导致一定程度的昼夜节律紊乱。流行病学研究和更多模式生物的控制性研究已将昼夜节律紊乱与代谢、精神疾病和肿瘤等复杂疾病的风险增加相关联。一个悬而未决的问题是，昼夜节律紊乱的后果是仅限于暴露的一代，还是会持续几代人。尽管越来越多的证据表明，无论是在妊娠前还是妊娠期间，母亲的昼夜节律紊乱会改变后代的表型，但就我们所知，尚未有关于父亲的昼夜节律对后代生理和健康的作用的文章发表。

糖皮质激素(GCs)是一种有效的内部ZT(17)。它们在小鼠和人类的内源性分泌以显著和强劲的昼夜节律振荡为特征，其峰值预示着活动期。这种节律的部分或完全丧失与严重的昼夜节律紊乱有关，这些紊乱会改变多种生理功能，包括能量代谢、应激反应、免疫和认知。GCs对胎儿的发育也至关重要，并可能参与胎儿通过胎盘-胎儿沟通被夹带到环境中。妊娠期间暴露于高水平的GCs会使后代在以后的生活中易患代谢和神经系统疾病，最有可能是通过胎盘功能受损和诱导胎儿生长限制(FGR)。

为了了解父系昼夜节律紊乱对子代健康的影响，我们在雄性小鼠中使用了一个已建立的昼夜节律紊乱环境模型。并分析了后代的新陈代谢。我们的数据显示，父亲的昼夜节律对后代的进食行为、血糖和肝脏和下丘脑的振荡转录非常重要。从机制上说，我们的数据表明，父系昼夜节律紊乱的影响通过精浆传递给后代。他们进一步强调，通过胎盘和胎儿组织的转录改变，精浆皮质酮在FGR发病机制和子代代谢健康发育规划中的潜在作用。

方法

代谢表型出现

监测体重和喂养轨迹。F1鼠于3周龄断奶，每笼4只，饲养同一实验组的F1鼠，自由取食和饮水。它们的生长轨迹是通过每两周测量一次体重来监测的，测量的体重精确到小数点后两位。

研究人员每2个月人工测量一次食物摄入量，连续2周，方法是计算放入笼子的食物量减去一天结束时留在笼子里的食物颗粒的重量。每日摄取量用净摄取量除以每天每笼的鼠数间接计算。

间接量热法。每组随机选取10 ~ 12只10月龄小鼠，单独饲养于家笼间接量热系统(TSE Systems)中。在4天的时间里，它们每天被监测21个小时，并喂食自由饮食。从第一天开始的数据被丢弃，以减少由驯化引起的变化。连续几天的数据作为技术重复处理，采集，平均，并以每20分钟为间隔绘制单只小鼠的图表。食物消费量直接作为累积数据来衡量。为了直观地检查动物对光-暗循环的对齐情况，将活动(ActiMot笼框X和Y维度的光束断裂数)和能量消耗(H3，千卡/小时)数据绘制成单只小鼠的热图，并作为时间的函数。

血液收集。每隔6小时从10个月大的小鼠尾静脉采血。每时间点50 μl血液)，使用EDTA血清测定皮质酮[酶联免疫吸附试验(ELISA)， Abcam #108821，根据制造商的说明]和胰岛素(ELISA, msd# K152BZC，根据制造商的说明)。一滴血液被直接用于测量血糖(使用Accu-Check Aviva血糖仪和罗氏试验条纹)。

腹腔内糖耐量试验。将10个月大的小鼠连夜禁食，腹腔注射葡萄糖(1.5 g/kg体重)，每隔15- 30分钟监测血糖浓度，持续120分钟(使用Accu-Check Aviva血糖仪和Roche试验条)。

晚期出血和组织收集。10个月大的小鼠被氯胺酮-吡嗪混合物麻醉，每隔6小时通过心脏穿刺出血，每组3到4只动物，每个时间点。

采集EDTA单片(Sarstedt)中的血液，立即在1.5 ml Eppendorf管中离心分离血浆(10,000g, 4°C, 10 min)，然后直接使用或储存在?80°C用于后续测量。肝脏、肾上腺和下丘脑在RNAlater (Thermo Fisher Scientific)中采集，直接用于RNA提取(TRIzol试剂，Thermo Fisher Scientific)或存储以供进一步分析。

收集精子和附睾液

收集10周龄F0小鼠的精子和附睾液。简单地说，在两侧解剖附睾尾，放入含有精子活力介质的2ml Eppendorf管中，用精密剪刀切成小块。精子是通过双重游泳方法分离出来的。分离精子和附睾液，放入新的Eppendorf管中。稀释后的附睾液进行ELISA检测。附睾液在文中称为精浆。

体外受精和胚胎移植

体外受精(IVF)和卵母细胞分离按照INFRAFRONTIER联盟标准程序进行。简单地说，未暴露的雌性在被宰杀以收集卵母细胞之前，用7.5 U的妊娠母马血清促性腺激素和7.5 U的人绒毛膜促性腺激素进行超排卵。将卵母细胞在37°C和5% CO2条件下转入人输卵管液(HTF)。如前所述，从附睾尾分离出精子。精子和卵母细胞共培养4 ~ 6小时。随后，将卵母细胞转移到高钙HTF培养基中，在37℃、5% CO2条件下培养过夜。在胚胎移植到养母之前，用显微镜检查胚胎的正常发育。如前所述，获得的双细胞胚胎用于外科双侧输卵管移植到养母体内。

RNA测序和数据分析

总RNA由肝脏(F0-ZT0和F1-ZT0/6/12/18)、下丘脑(F1-ZT0/6/12/18)、肾上腺(F1-ZT0/6/12/18)、胎盘和胎儿肝脏按照制造商说明使用TRIzol试剂(Thermo Fisher Scientific)制备。RNA浓度和完整性在生物分析仪系统(Agilent)上进行控制，只有具有RIN (RNA完整性数)值> 7的RNA样本用于下游应用。测序文库使用Nextera F0肝样本的Library Prep Kit (Illumina)或QuantSeq 3’mRNA- seq mRNA Library Prep Kit FWD for Illumina (Lexogen)的i7指数(Lexogen)。文库在Illumina HiSeq 2500上进行75 bp (F0)或50 bp (F1/胎盘/胎肝)单端测序，每个样本的最小输出量为4000 - 5000万reads。阅读定位和差异表达分析使用Sequentia Biotech公司的人工智能RNA-Seq软件进行。

cDNA合成及实时PCR分析

用TRIzol试剂(Thermo Fisher Scientific)提取总RNA，用市售试剂盒(Applied Biosystems)将1 μg逆转录成cDNA。定量PCR采用QuantStudio 6 Real-Time PCR仪(Thermo Fisher Scientific)进行。进行扩增后熔融曲线分析，以检查非特异性产品，并包括仅引物的对照，以确保没有污染。

胎盘组织学分析

小鼠胎盘的定量图像分析。在所有胎盘分析中，将福尔马林固定和石蜡包埋的样本以5 μm平行于子宫系膜-胎儿轴进行切片，并安装在Superfrost Plus玻片上(R. Langenbrinck, Emmendingen, Germany)。染色的玻片用Aperio CS2 ScanScope玻片扫描仪(Leica, Wetzlar, Germany) ×20放大扫描，图像通过Image Scope转换为tiff。打开扫描的幻灯片并使用Fiji/ImageJ进行分析。分别在每组脐带附近的三个不同部位(100-μm间隔)进行胎盘、胎盘室(迷宫和海绵体滋养层)和胎盘糖原细胞的组织学表征。结合迷宫面积和海绵体滋养层面积计算胎盘总面积;如前所述，胎盘腔室组成的差异是通过迷宫与海绵体滋养层面积的比值来测量的。为进行形态学分析和一般形态学评价，切片用苏木精伊红染色(H&E)和三色马松- goldner染色(MGT)。采用周期酸-席夫(PAS)反应观察和定量胎盘糖原存储。

本染色。为进行形态测量分析，切片用MGT染色试剂盒染色。简单地说，切片脱除，再水合，在苏木精铁溶液中孵育3分钟，在流动的自来水中孵育15分钟，然后在Goldner染色剂I中孵育5分钟，Goldner染色剂II中孵育20分钟，和10分钟的Goldner染色III，中间用1%的醋酸溶液冲洗，然后按照标准脱水程序，安装在二甲苯支架。MGT染色用于肌肉和胶原纤维的形态学表征。

PAS染色反应。PAS反应检测胎盘糖原储备。切片脱除，再水合，1%周期酸孵育10分钟，在自来水中洗涤，用希夫试剂孵育20分钟，用亚硫酸盐水(18 ml 10%的二亚硫酸钠溶液+ 300 ml蒸馏水+ 15 ml 1m HCl)处理3 × 2 min，以减少非特异性PAS反应。对海绵体滋养细胞内PAS阳性区域(%)的定量，以及迷宫腔室内PAS阳性细胞的表征，均未对细胞核进行复染。

统计分析

所有的数据和统计分析都使用GraphPad Prism 8(圣地亚哥，CA)生成。

结果

30天的夜间限制喂食打乱了雄性小鼠的昼夜节律

与已发表的时间-RF对昼夜节律的影响数据一致，对6周龄雄性C57BL6/J小鼠进行30天限制喂食(RF;在非活动阶段从早上6:00到下午6:00的食物获取)。经过2 - 3天的适应期后，RF小鼠在12小时内消耗的食物量与CTR小鼠相同，CTR小鼠可以自由获取食物。此外，30天期间的累积摄食量在各组之间没有差异，体重也没有差异。符合一个白天喂养方案,射频小鼠血糖白天和过度24小时昼夜中断的皮质甾酮水平,而失去其古典高峰在晚上的开始阶段，先行夜间喂养和活动的个体在ZT0(早上6:00)进行的肝脏基因表达分析显示，有超过8000个DEGs发生了深刻的转录重编程(超过2000个DEGs，绝对变化超过0.5倍;标注代谢控制的关键通路[如胰岛素、腺苷单磷酸活化蛋白激酶(AMPK)、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)信号通路等]。同时,分析一组50核心生物钟基因(据REACTOME数据库)显示完整的肝脏生理机械转录开关,证实了定量一表达式的分析,选定的候选人(如Cry1、Arntl / Bmal1, Per2)在24小时内,因此，30天的射频足以扰乱雄性小鼠的昼夜节律。

父系昼夜节律紊乱会重新调整雄性后代的进食行为、代谢健康以及肝脏和下丘脑中的振荡转录

10周大的RF雄性小鼠(3个独立实验中n = 4)与同基因、年龄匹配、未暴露的雌性小鼠配对，产生F1队列。F1雄鼠出生发育正常，断奶至~10月龄体重监测显示生长曲线正常，F1组间体重无显著差异。出乎意料的是，在同一时间框架内监测每个笼的日间和夜间摄食量，发现摄食节律的年龄依赖性中断，RF雄鼠后代的日间摄食量显著增加(F1-RF)。以间接量热法为基础的单只动物能量代谢分析(从每个独立实验中随机选取每窝1只，即n = 10 ~ 12)证实了F1-RF雄性动物的总体过度吞噬。在24小时内，F1-RF雄性也表现出更高的代谢率[或碳水化合物氧化率，如呼吸交换比(RER)所示]，在ZT0附近有选择性地轻度但显著增加的能量消耗，并在暗期保持低活性。能量消耗和运动活动均与昼夜转换相一致，提示完整的光感机制和昼夜节律没有明显改变。F1-RF雄性也处于高血糖状态，但通过正常和正常循环的胰岛素水平和腹腔内糖耐量测试可以看出，它们仍具有糖耐量。

虽然没有过度的昼夜节律中断，F1-RF雄性皮质甾体肥大，节律明显减弱和编码肾上腺皮质酮(GC)生物合成机制(如StAR、Cyp11a1和Cyp11b1)关键成分的基因反相表达。

父系昼夜节律紊乱的影响仅在雌性后代中部分可见。尽管在摄食行为、代谢率和能量消耗方面没有差异，但与对照雄鼠的后代相比，昼夜节律紊乱的雄鼠的雌性后代活性较低，有趣的是体重较轻。光诱导的昼夜节律保持不变。此外，尽管在活动期血糖高、胰岛素水平高，如正常糖耐量试验所示，它们仍保持糖耐量。有趣的是，这些结果与最近报道的研究结果一致，显示表型性状、亲本效应和昼夜节律存在深刻的性别二型性。为了减少研究中使用的动物的总数，我们决定机械地跟踪摄食行为表现型，作为最强和最性别二型;因此，其余的结果都是由雄性后代产生的。

这些研究结果表明，父系昼夜节律的中断会改变雄性后代的进食行为和代谢健康。虽然没有过度昼夜节律紊乱，但昼夜节律紊乱的父亲的后代表现出GC节律和GR信号的改变，肝脏中GR靶基因的表达有显著的变化。

为了了解F1-RF雄性中GC节律的改变是否与整体振荡转录的改变有关，我们进行了24小时的肝脏RNA测序(RNA-seq)，并使用JTK_CYCLE来识别具有稳定振荡表达谱的转录本(adj. P值< 0.05)。我们发现F1-RF肝的转录转移约6小时(F1-C峰~ZT18;有超过2000个转录本失去或获得节律性， 1390个转录本保持节律性，峰值表达整体6小时的变化。差异振荡转录本和ZT0处DEGs的功能注释显示，与葡萄糖、脂质和氨基酸代谢以及线粒体氧化能力有关的基因富集，表明F1-RF雄性的肝脏对每日快速/喂养周期的适应发生了改变。

为了进一步了解F1-RF雄性的过度吞噬和昼夜表型特征，我们通过RNA-seq分析了下丘脑的昼夜转录，并使用JTK_CYCLE来识别振荡转录本。我们观察到F1-RF雄鼠下丘脑节律性转录的深刻改变。振荡下丘脑转录本在F1-C的ZT18附近和F1-RF雄性的ZT0处达到峰值，维持节律性的基因数量较少。对ZT0的DEGs的功能分析显示，脂质代谢和脂肪细胞因子信号通路显著富集，有趣的是，这些信号通路包括厌食和厌食信号级联的关键成分。如Npy和Hcrt(两种主要食欲素1和2的前体)以及carpt、Bdnf和Pomc等厌食神经肽的下调。这些差异只发生在ZT0——夜行动物停止进食时——表明F1-RF雄性的进食周期延长和中断。对一天中不同阶段的食物摄入量进行量化后发现，尽管总体上暴饮暴食，但F1 - RF雄性在夜间-白天过渡时期(ZT0左右)和一天的第一个小时摄入的食物明显更多。

为了与整体振荡转录的改变相一致，对肝脏和下丘脑中的50个核心时钟基因(由REACTOME数据库报道)进行进一步的分析，证实了这两个组织中时钟机制的转录改变核心时钟基因集的无监督聚类在肝脏和下丘脑中确定了三个不同的聚类。在肝脏中，簇1包括日表达基因，在F1-RF雄鼠中出现了延迟的转录高峰;相反，簇2和簇3包含了那些在白天-夜晚转换过程中转录主要发生变化的基因，显示F1-RF雄鼠转录节律减弱(如Dbp和Clock)或转录峰值延迟(如Per2)。相反，在下丘脑中，两个主要的基因簇是由ZT0(簇1，上调，包括Nr1d1;集群3，下调，包括Nr3c1和Per2)和第三簇(集群2)未受影响的基因，包括时钟。

父系昼夜节律中断的代际效应可以通过父系核心时钟基因Clock的遗传改变来体现。杂合子ClockD19突变体父亲的野生型后代(CLOCKWT)尽管体重显著降低，但仍会过度进食。代谢率较高，活性低下，总能量消耗减少。这些动物似乎具有正常的受光诱导的昼夜节律，而GC节律减弱和葡萄糖振荡行为逆转。因此，环境或遗传因素对父系昼夜节律的破坏，通过肝脏和下丘脑中振荡基因和核心时钟成分的转录改变，重新编程了雄性后代的进食行为、代谢健康和皮质酮节律。

父系昼夜节律中断的代际效应与FGR的胎盘和发育信号有关

到目前为止，我们的研究结果表明，父亲的生理健康在受孕时对后代代谢和生理稳态有重要作用。尽管父系时钟突变的结果表明，在代际传递中，核心时钟系统直接参与，但在男性生殖细胞中，相同的系统似乎与关键核心时钟组件(即Cry1, Arntl/Bmal1，和Per2)在24小时内不振荡，不受RF的影响。

另一方面，根据健康和疾病的发育起源假说(51)，大多数个体代谢表型是在子宫内确定的。特别是，暴露于恶劣的子宫环境——在人类和模型生物中——与成人过度摄取和迟发性代谢紊乱有关，这是由于胎盘发育和功能受损(52,53)。为了了解父系昼夜节律紊乱对子代健康的影响是否可能在子宫内就被设定好，我们建立了一个F0雄性独立队列，将它们与年龄匹配且未暴露的雌性进行配对，并在胚胎日18.5 (E18.5)分析了雄性胎盘和胎儿肝脏转录组。胎盘,RNA-seq显示超过6500度(超过1500与绝对的褶皱变化超过0.5)之间F1-RF F1-C雄性胎盘，集群细胞衰老的途径(p53、胰岛素和PI3K-Akt)、缺氧和氧化应激(Forkhead盒O通路(FoxO),低氧诱导因子(HIF),和血管内皮生长因子(VEGF)]和能量剥夺(AMPK)，包括与内吞作用和内质网(ER)应激有关的关键基因。进一步查询MGI (Mouse Genome Informatics)数据库中哺乳动物基因/表型关联，发现DEGs与FGR哺乳动物模型中的胎盘改变密切相关。尽管明显FGR的分子签名,F1-RF胎盘和胎儿并没有显示出明显的发育和形态变化除了轻微减少胎盘效率(20 ~ 10%,n = 19),测量胎儿和胎盘重量之间的比率。fgr相关的KEGG和MGI也显著富集于F1-RF和F1-C胎儿肝脏的约8000个deg(3000个deg的绝对倍数变化超过0.5)中，这表明，尽管从形态表型分离，胎盘FGR特征被发育中的胎儿感知。

有趣的是，我们还发现胎儿肝脏中昼夜节律KEGG通路(包括核心时钟基因Per1-3、Cry1、clock、Bmal1、Nr1d1和Rora)显著且特异性的丰富，表明子宫内也存在成人昼夜节律的编程。虽然少数时钟基因在胎盘中也有差异表达，但该通路并不显著富集，相同的基因仅轻度差异表达。在全球范围内，胎盘和胎儿肝脏的DEGs占38%，而属于显著富集的KEGG通路的DEGs最多达到60%。此外，比较胎儿和成人肝脏(ZT0)对父方昼夜节律中断的转录反应，显示有超过2000个共享的deg(768个，绝对倍数变化大于0.5)，这些deg显著协同调控，聚类到葡萄糖(Gck、G6pc和Idh1)，脂质(Hmgcr、Acss2、Ces1d、Acacb、Ckmt1、Lpin3和Ndufa4)和氨基酸代谢途径(Ido2和Mthfr)。这些发现提供了fgr样宫内环境的证据，作为父亲预先的昼夜节律中断的结果，并提示它是一个潜在的机制，与观察到的子代表型的联系。

GCs和亲代应激在FGR发病机制和成人代谢表型规划中发挥重要作用。同样与我们的实验问题和模型相关的是，gcs在诱导昼夜节律方面很重要，并可能转化昼夜节律中断的影响。GR目标基因(46)在全球范围内抑制在胎盘胎儿肝脏的但不是F1-RF雄性,其中60%以上是差异表达在胎盘或胎儿肝脏(20%与绝对的褶皱变化超过0.5)和42%(1286 3039个基因)重叠的组织。差异表达GR靶基因的KEGG和基因型/表型关联分析显示，与细胞代谢相关的通路显著富集[PPAR和三羧酸(TCA)循环]和衰老(FoxO和p53）。并突出了FGR的遗传特征。

因此，父系昼夜节律的中断可能通过FGR和雌性生殖道GC/GR信号的改变导致所观察到的子代表型。仍有两个问题有待回答:(i)女性的GC来源是什么?(ii)改变的GC/GR信号是否足以影响代际表型?

在受孕时皮质酮信号对于父亲昼夜节律中断对后代表型的影响是重要的

精浆包含成熟精子的营养因子和一组细胞因子、激素和对受精、着床、胎盘和妊娠结果重要的代谢物。大约十年前，精浆被认为是父母获取信息给后代的潜在载体。为了验证孕时女性精浆可能是GC来源的假说，我们测定了不同ZT下CTR和RF F0雄性精浆皮质酮浓度。皮质酮确实存在于精血浆中，其浓度与血清相当，其出现在24小时内振荡，在夜相开始时达到峰值。精浆中的因子对于父系昼夜节律中断对后代表型的影响是重要的。有趣的是，通过对父系昼夜节律的干扰进行表型复制，试管受精实验也表明精液血浆起着保护作用。这两项发现都与昼夜节律紊乱的雄性精浆皮质酮水平的降低相一致，因此支持我们的假设，皮质酮可能是调节因素。

讨论

父亲的昼夜节律对后代的代谢健康非常重要

昼夜节律控制着生理，而正常昼夜节律的破坏会改变整个身体的稳态，并易导致多种复杂的情况，包括代谢、肿瘤和神经系统疾病。怀孕时父母的健康或怀孕期间母亲的健康是后代发育和成人健康的重要决定因素。在影响代际健康的一系列环境挑战中，最近的报告强调了人类和模式生物中产妇昼夜节律与怀孕成功和后代健康的相关性(13-16)。相反，到目前为止，还不知道父亲的昼夜节律的相关性。在这里，我们使用了一个经过验证的环境模型，通过夜间rf对父亲进行昼夜节律破坏，并表明父亲的昼夜节律对后代的摄食行为、葡萄糖控制和振荡转录非常重要。在正常的光-暗周期和自由喂养下，父亲的短至30天的夜间rf就足以引起雄性后代的暴食、高血糖和皮质酮节律紊乱。暴食主要是由夜间-白天过渡时期(ZT0左右)的食物消耗造成的。与下丘脑转录谱在同一时间点显示放松食欲和厌食回路。这些表型提示发育程序性暴饮暴食和易患代谢性疾病是子宫内不利条件和FGR的结果(52,53,65 - 68)。对胎盘和胎儿肝脏的分析显示，昼夜节律紊乱的父亲的后代中存在FGR的转录信号，有趣的是，这与明显的形态和发育改变(胎盘形态、胎盘和胎儿重量正常)无关，但与胎盘效率降低相关，与成人表型一致。FGR是成年期HPA(下丘脑-垂体轴)轴活动的决定因素之一，而昼夜节律紊乱的父亲的后代持续高糖皮质激素化，皮质酮昼夜节律部分减弱，皮质酮生物合成机制肾上腺成分的表达改变，肝脏中GR靶基因的表达不同步，在ZT0时下丘脑中GR显著下调[这对感知循环皮质酮和控制HPA轴活性至关重要]。因此，父亲的昼夜节律可能通过改变子宫内的发育环境来控制后代的代谢。

精液因素预示着父亲的昼夜节律状态

遗传和获得的信息主要通过受精时的配子从亲代传递给后代。终身的环境挑战确实会重新编程生殖细胞的表观基因组，而表观遗传的改变要么转移到发育中的胚胎，要么间接影响发育和成人表型。大约在十年前，同样是精液的非细胞部分——精浆被认为是父母向后代传递信息的潜在载体。在这里，我们进行了体外受精实验，在受孕时消除精浆，从而消除其对母体通道的影响，以分离生殖细胞在将父系昼夜节律中断的影响传递给后代方面的作用。出乎意料的是，这组实验的结果表明，体外受精本身就影响了父亲的昼夜节律中断，实验组之间没有差异。他们进一步提出，不仅生殖细胞不足以介导父系昼夜节律中断的影响，而且精浆中的一些因素可能作为表型的开/关开关。

精浆包含成熟精子的营养因子和一组细胞因子、激素和对受精、着床、胎盘和妊娠结果重要的代谢物。精浆的成分有很高的周转率，表明有能力快速调节液体成分以应对环境挑战研究表明，在怀孕时，精浆对女性生殖道具有主要的免疫调节作用，有利于女性接受能力和胚胎植入，从而改善妊娠结局。在肥胖小鼠和男性中，精浆成分发生改变怀孕时精浆的缺失改变了胎盘的结构和功能，并诱导后代的代谢表型。我们的体外受精数据表明，精浆对控制食物摄入、血糖，可能还有HPA轴的活性也很重要，因为通过体外受精生成的对照雄性小鼠存在过度摄取、高血糖和高糖皮质激素血症。

在啮齿动物和人类的精浆中也可以检测到类固醇。在人类中，精浆中的皮质醇浓度高达血清水平的60%。考虑到皮质酮(啮齿动物的主要GC)作为ZT的作用及其对夜间rf的反应，我们还测量了精浆皮质酮，这在实验组之间有显著差异。精浆皮质酮浓度在24小时内振荡，并遵循血清中观察到的模式，在夜期开始时，活动和食物摄入量(可能还有交媾活动)达到预期峰值。与限制性喂养动物中观察到的昼夜节律紊乱一致的是，精浆中皮质酮节律也变钝了，受限喂养的小鼠在昼夜转换期间皮质酮水平显著降低。当受孕时，在昼夜节律紊乱和正常对照小鼠的精浆皮质酮没有差异时，雄性后代的暴饮暴食、高血糖和皮质酮节律恢复正常。

皮质酮对妊娠和胎儿发育的影响已经在模型生物和人类中被广泛研究。妊娠期间皮质酮水平的改变和GR调节因子的治疗与FGR和胎盘异常有关，并对后代健康造成影响。对小鼠精浆中皮质酮的作用知之甚少。鉴于皮质甾酮浓度在精浆遵循一个24小时的节奏和响应night-RF在小鼠中,我们假设可以是交流的一个重要的信号分子的状态的昼夜节律在概念和影响后代健康通过修改在子宫内环境。胎盘中的GR靶基因——仅在胎盘中——在RF父亲的雄性后代中显著且全面下调，这表明在妊娠期胎盘和胎盘转录程序中皮质酮水平降低的功能后果。此外，雌性生殖道中GR表达的基因减少足以再现父系昼夜节律紊乱对雄性后代的影响。尽管没有携带该基因的改变，gret母亲的野生型后代在怀孕时GR信号不足的环境中发育，因此，至少在一定程度上模仿了我们认为发生在昼夜节律紊乱的父亲身上的情况。这些发现——虽然不构成正式的证据——强烈提出了在精子血浆中的皮质酮和怀孕时母体通道中的皮质酮信号，作为父亲昼夜节律的传感器和后代代谢健康的决定因素。

原文检索：Disruption of paternal circadian rhythm affects metabolic health in male offspring via nongerm cell factors