压力过大和遭受创伤的父亲可能会在他的孩子身上留下伤疤。新的研究表明，这种情况的发生是因为精子通过一种神秘的细胞间通讯模式“学习”了父亲的经历，在这种模式中，小的泡状物从一个细胞脱落并与另一个细胞融合。
这些从细胞中弹出的颗粒携带蛋白质、脂类和核酸，就像一个邮政系统，延伸到身体的所有部位，释放出被称为细胞外囊泡的小包裹。它们的内容似乎经过精心选择。“囊泡内部的货物不仅决定了它来自哪里，还决定了它要去哪里以及到达那里后要做什么，”马里兰大学医学院的神经生物学家特蕾西·贝尔说。
贝尔和其他人在圣地亚哥神经科学学会年会上宣布的初步研究表明，除了改变精子以扰乱后代的脑部健康外，细胞外囊泡还可以调节大脑回路和帮助诊断神经退行性疾病。
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一个多世纪前，来自农作物歉收和饱受战争蹂躏的欧洲的令人震惊的证据表明，恶劣的条件会影响男性的孩子。在那些计划外的人类实验中，长期的饥荒似乎引发了后代的一系列健康变化，包括更高的胆固醇水平以及肥胖症和糖尿病发病率的增加。为了在细胞水平上探究这种变化的遗传，贝尔和同事进行了一系列小鼠实验。
让小鼠感到压力非常容易。将一只小鼠放入一个它无法挣脱的管子中，浸湿它的垫料或播放白噪声——应激激素水平会飙升，就像人们担心财务或面临持续的工作压力时一样。值得注意的是，如果一只小鼠在受孕前几个月经历了压力期，那么它的身体对压力的生理反应看起来明显不同。贝尔实验室的博士后克里斯·摩根说，不知何故，“它们的大脑发育方式与它们父亲没有经历过压力的情况不同”，他帮助创建了小鼠模型。
最大的问题是关于父系环境的信息最初是如何到达子宫的。毕竟，摩根说，“父亲只在那里待一晚，也许只有几个小时。”他的精子会携带先前创伤的记忆吗？这个想法似乎合理但具有争议性。贝尔实验室的前博士生詹妮弗·陈说，由于 DNA 在精子细胞的细胞核中紧密地 packed 在一起，“认为[细胞]会对环境中的任何事物做出反应，这真的让人们感到困惑”，她现在是纽约市西奈山伊坎医学院的博士后。
相反，一定有某种其他类型的细胞，其 DNA 会对环境变化做出反应——她推断，这种细胞随后可以将该信息传递给精子细胞，以便在受精时传递。她专注于与发育中的精子相互作用的一群细胞，这些细胞释放分子以帮助精子生长和成熟。它们还分泌细胞外囊泡——陈表明，正是这些囊泡的内容物与精子细胞融合，从而灌输了父亲先前压力的记忆。
在一组实验中，陈对一组雄性小鼠施加压力，让它们交配，并观察幼崽的压力反应。关键是一组体外受精样实验，其中她从一只从未经历过诱导压力的雄性小鼠身上收集了精子。他的一半精子进入一个实验室培养皿中，其中含有先前暴露于应激激素的囊泡。另一半与未接触应激激素的囊泡一起培养。
陈将来自每个批次的精子细胞注射到来自未受压雌性的卵子中，然后将受精卵——合子——植入同一个代孕母亲体内。来自未受压合子的幼崽发育正常。然而，来自暴露于压力的合子的幼崽表现出与那些在交配前经历过压力的父亲相同的异常压力反应。陈说，这表明细胞外囊泡充当将父系压力信号传递给后代的管道。
加州大学圣地亚哥分校的神经科学家罗伯特·里斯曼说，这些发现是“新颖且具有非常高的影响力的，特别是当我们考虑到兵役或其他可能带来高压力的工作环境的影响时”，他没有参与这项研究。“我认为重要的是更好地了解效应的特异性，以及不同类型的压力源或压力源强度如何调节该系统。”
作为将研究结果转化为人类的第一步，摩根正在与宾夕法尼亚大学的精神病学家尼尔·埃珀森合作，追踪人类精子样本中的蛋白质和 RNA 变化。在神经科学会议上，摩根展示了一项为期六个月的针对 20 名本科生和研究生的研究数据。每个月，参与者都会来捐献精子。他们还在同一天完成了一份调查，询问他们的压力程度。初步数据表明，在学生报告压力后仅仅几个月，他的精子就显示出“小非编码 RNA”的变化——RNA 分子不会翻译成蛋白质，而是控制哪些基因被开启或关闭。
研究人员计划分析来自这群健康年轻男性的精子，以建立对与轻度压力（如参加期末考试）相关的分子变化的基本了解。贝尔和同事希望在未来将这些基线波动与更长期的生活压力源（如创伤后应激障碍或神经系统疾病，如自闭症和精神分裂症）引起的改变进行比较。
艾伯塔省莱斯布里奇大学研究压力反应跨代遗传的格林德·梅茨说，细胞外囊泡中的分子特征也可能帮助研究人员发现非侵入性诊断或预测后代不良健康结果的新方法，她没有参与这项研究。如果是这样，这些囊泡可能会成为一种开创性压力测试的基础。