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在生命早期，个体端粒长度的初始设定对衰老相关疾病风险影响重大，但调节端粒长度遗传的机制不明且其是否可改变未知。为探究此，研究人员以小鼠为模型开展线粒体 - 核通讯对胚胎植入前端粒重置过程影响的研究。结果发现，该通讯控制着胚胎植入前的端粒延长，且这一过程可调节，这为解释婴儿端粒差异提供依据，对改善后代健康有重要意义。
在人体中，端粒（Telomeres）就像染色体末端的 “安全帽”，由重复的 DNA 序列组成，对基因组的稳定性起着关键保护作用。随着细胞一次次分裂，端粒会逐渐缩短，一旦短到一定程度，细胞就会进入衰老状态，这与多种衰老相关疾病的发生密切相关。可以说，端粒长度是衡量健康衰老的重要指标，较长的端粒往往与老年时期的良好健康状况和较长寿命相关，而较短的端粒则可能预示着衰老和患病风险的增加。
值得注意的是，出生时的端粒长度在很大程度上决定了个体一生的端粒长度，比后天环境因素对端粒损耗速率的影响更为关键。然而，现实中有些婴儿出生时端粒较短，这会增加他们日后患慢性疾病的风险，比如母亲肥胖、患有代谢综合征或高龄产妇的孩子，其端粒就可能较短。更令人担忧的是，目前人们对新生儿端粒长度的发育机制以及某些产前情况下端粒缩短的原因知之甚少。
为了深入探究这些问题，来自澳大利亚的研究人员开展了一项深入研究。他们以小鼠为模型，旨在揭示调节胚胎发育过程中端粒长度重置的机制，以及母体衰老和肥胖如何影响这一过程，最终导致后代端粒缩短。研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是定量聚合酶链式反应（qPCR），用于测量单个卵母细胞、胚胎及胎儿组织中的端粒 DNA 含量，并以核参考基因进行标准化；其次是定量端粒荧光原位杂交（FISH）技术，对关键发现进行验证；此外，还采用了多种实验手段检测线粒体活性相关指标，如线粒体活性氧（mtROS）、三羧酸（TCA）循环代谢物、线粒体膜电位（MMP）等，以及评估 DNA 的表观遗传变化。
研究结果如下：
- 氧化应激抑制端粒延长：研究人员发现，在胚胎培养过程中诱导氧化应激，例如将小鼠 MII 期卵母细胞在体外受精（IVF）和胚胎培养时暴露于 20% O2环境下，会抑制胚胎在桑葚胚和囊胚阶段的端粒延长。进一步研究发现，这可能是由于线粒体功能和 / 或原核重编程受到干扰，因为高氧培养会导致线粒体功能障碍，增加 mtROS 水平，同时影响原核的表观遗传标记。
- 线粒体功能调节端粒长度：通过使用鱼藤酮（rotenone）特异性抑制线粒体复合体 I，研究人员发现，卵母细胞线粒体功能直接影响后期端粒延长能力。在受精前直接干扰卵母细胞线粒体功能，会导致胚胎在 8 细胞到囊胚阶段的端粒延长受损，且这种影响会持续到胎儿发育阶段，使后代的端粒较短。不过，使用 BGP - 15 等改善线粒体生物能量学的化合物处理，可以恢复端粒长度。
- 母体因素对端粒长度的影响及可逆性：研究表明，母体衰老和肥胖会损害卵母细胞的线粒体功能，进而影响胚胎的端粒延长。老年小鼠的卵母细胞 mtROS 水平较高，核变化明显，端粒较短；肥胖小鼠的卵母细胞也存在类似问题。但通过使用 BGP - 15、二甲双胍（metformin）或 MitoQ 等药物治疗，可以恢复胚胎的端粒长度。这表明，通过药物干预可以改善因母体因素导致的胚胎端粒长度缺陷。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了生命早期端粒再生和后代端粒长度重置的新机制。在受精到第一次合子细胞分裂期间，线粒体功能会影响表观遗传重塑，进而调节植入前发育后期的端粒延长，最终确定内细胞团（ICM）的端粒设定点。这一过程在受精后的最初几天内就确定了出生时端粒长度的相对差异，而出生时的端粒长度对个体一生的健康和寿命有着重要影响。
该研究成果具有重要的临床和健康意义。一方面，它为解释某些婴儿端粒较短的现象提供了潜在的机制，有助于进一步理解母体健康和环境条件对后代健康的长期影响；另一方面，研究表明常见的辅助生殖技术在优化条件下不会影响端粒延长，但高氧培养可能是体外受精婴儿端粒较短的原因之一。此外，研究还发现线粒体 - 核通讯在调节端粒延长中起着关键作用，且这一过程具有可塑性，为开发改善后代健康的治疗方法提供了新的思路。未来，针对线粒体 - 核通讯的具体机制以及相关的表观遗传因子的研究，将有助于进一步深入理解端粒长度调控的分子机制，为预防和治疗与端粒相关的疾病提供理论基础 。
