父系多代高脂饮食通过代际DNA甲基化作用导致肥胖和代谢紊乱

《Frontiers in Nutrition》：Paternally multi-generational high-fat diet causes obesity and metabolic disorder through intergenerational DNA methylation

本研究通过建立父代多代高脂饮食（HFD）小鼠模型，发现HFD可导致子代（F9代）肥胖及糖脂代谢紊乱，并揭示DNA甲基化通过调控Spns2、Lonp1和Hk1等基因表达介导表观遗传传递的机制。实验显示，HFD经多代父系传递引起体重累积性增加（F9代较对照组高5-9%）、肝脏脂质堆积及胰岛素抵抗，微阵列和MeDIP芯片分析表明，父代HFD导致子代肝脏基因表达谱改变及DNA甲基化异常，其中Spns2、Lonp1和Hk1基因的甲基化水平升高与表达下调显著相关，验证了表观遗传调控在跨代代谢异常中的核心作用。

　　这项研究探讨了父亲长期食用高脂肪饮食（HFD）对后代的跨代影响，特别是在肥胖和糖脂代谢紊乱方面的累积效应，以及其背后的表观遗传机制。通过建立一种新颖的父系多代高脂肪饮食模型，研究人员在C57BL/6J小鼠中系统地分析了这种饮食模式如何影响后代的生理表现和基因表达，同时排除了母体妊娠期和女性其他可能的干扰因素。研究的核心在于揭示HFD如何通过DNA甲基化等表观遗传机制，在不改变基因序列的情况下，将代谢异常的特征传递给后代，从而为理解饮食对健康的影响提供了新的视角。

肥胖作为一种复杂的代谢疾病，已经成为21世纪全球范围内的重大健康问题，影响了世界范围内接近一半的成年人。它不仅与高血糖、高血脂、脂肪肝、胰岛素抵抗和慢性炎症等代谢紊乱密切相关，还显著增加了患2型糖尿病（T2DM）和心血管疾病（CVD）的风险。西方饮食模式，尤其是高脂肪、高能量的食物，已被广泛认为是导致肥胖和代谢综合征的重要环境因素之一。此外，研究发现，肥胖父母的孩子更容易出现肥胖和代谢疾病的趋势，这种现象可能部分归因于父母饮食模式和营养状况对后代代谢表型的影响。例如，1944–1945年荷兰饥荒期间出生的儿童，相较于对照组，表现出更高的T2DM、心血管疾病和认知障碍等疾病风险。类似地，Overkalix队列研究也显示，父系祖父母的食物供应与后代的代谢特征存在关联，而父系祖母的食物供应则影响了其孙女的健康结果。这些研究为表观遗传学在代谢疾病跨代传递中的作用提供了重要证据。

DNA甲基化作为表观遗传调控的重要机制之一，能够影响基因表达，而不会改变DNA序列。它主要发生在基因启动子区域的CpG二核苷酸上，通过添加甲基基团来调控基因活性。DNA甲基化在肥胖和糖脂代谢过程中发挥关键作用，其异常状态可能与代谢紊乱密切相关。例如，一些研究发现，肥胖或HFD的摄入可能改变与代谢失衡相关的基因甲基化状态，这些改变可能在后代中保留，导致基因表达模式与父母相似，并伴随体重增加和代谢异常。然而，目前关于父系饮食对后代影响的研究大多集中在两代，且未观察到显著的肥胖表型，因此关于多代HFD暴露如何导致后代肥胖及代谢紊乱的具体机制仍不明确。

本研究采用了一种独特的父系多代HFD模型，通过多代连续饲养HFD小鼠并将其与正常饮食的雌鼠交配，从而获得后代。研究重点在于分析后代体重变化和代谢指标的演变，同时排除母体和女性的干扰因素。结果显示，父系HFD暴露导致了后代体重的逐步积累，尤其在第6代、第8代和第9代小鼠中，体重显著高于对照组。这表明，父系HFD的持续影响可能通过表观遗传机制在多个世代中逐渐显现。此外，研究还发现，HFD暴露不仅导致体重增加，还影响了后代的糖脂代谢功能，包括糖耐量受损、胰岛素敏感性降低以及血脂异常，如甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）的升高，以及高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）的下降。

为了深入探讨HFD对后代代谢表型的影响，研究人员采用了多种分子生物学方法，包括基因表达芯片、MeDIP-chip、亚硫酸盐测序、RT-qPCR和Western blot等。通过这些方法，研究团队发现，HFD显著改变了后代肝脏和精子中的基因表达和DNA甲基化模式。多数差异基因在启动子区域表现出超甲基化，而在肝脏中呈现表达水平下降的趋势，这些变化与糖脂代谢信号通路密切相关。此外，研究还确认了某些关键基因，如Spns2、Lonp1和Hk1，其启动子区域的甲基化和表达状态在后代中得以继承。这些基因在糖脂代谢过程中发挥重要作用，其表达水平的下降可能进一步加剧代谢紊乱。

研究还通过生物信息学分析，对差异表达基因（DEGs）和差异甲基化基因（DMGs）进行了功能注释和通路富集分析。结果显示，这些基因主要涉及细胞结构、分子功能和生物过程，包括与胰岛素分泌、T2DM、昼夜节律和胆固醇代谢相关的通路。这表明，HFD主要通过调控与糖脂代谢和能量代谢相关的基因，影响后代的代谢表型。进一步的验证实验显示，Spns2、Lonp1和Hk1等基因的甲基化水平在HFD组中显著升高，而其表达水平则相应下降，这一结果通过RT-qPCR和Western blot进一步确认。

本研究还强调了DNA甲基化在跨代遗传中的重要性。在HFD暴露的父系小鼠中，精子的甲基化模式发生了显著变化，这些变化可能在后代中得以保留，从而影响其基因表达和代谢功能。此外，研究发现，HFD暴露可能通过影响表观遗传调控机制，如DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA，导致后代出现代谢异常。这些表观遗传变化可能在后代中累积，最终表现为体重增加和代谢紊乱。这种机制为解释跨代代谢疾病传递提供了新的科学依据，并可能对制定健康饮食和生活方式策略具有重要指导意义。

综上所述，本研究通过构建父系多代HFD模型，系统地揭示了HFD对后代体重和代谢功能的跨代影响。研究发现，HFD不仅导致体重逐步积累，还通过DNA甲基化调控机制影响了后代的糖脂代谢和胰岛素敏感性。这些结果为理解饮食如何通过表观遗传机制影响后代健康提供了重要线索，并强调了父系饮食干预在预防代谢性疾病中的潜在作用。未来的研究可以进一步探讨这些表观遗传变化的具体调控机制，以及如何通过干预手段逆转这些影响，从而改善后代的健康状况。