科學家利用小鼠模型研究情緒創(chuàng)傷對后代的表觀遺傳和行為影響

新浪科技訊北京時間9月27日消息，據(jù)外媒報道，在巴基斯坦SOS兒童村孤兒院，孩子們的生活從一開始就很困難。許多孩子失去了父親。在保守的巴基斯坦社會，這實際上也意味著失去母親：貧窮的寡婦常常很難找到足夠的工作來養(yǎng)家糊口，可能不得不放棄孩子。塔木爾坦、拉合爾和伊斯蘭堡的孤兒院為孩子們提供了庇護所和醫(yī)療護理，并將他們送到當?shù)貙W校，試圖提供盡可能最好的支持，但盡管如此，孩子們仍然表現(xiàn)出類似于創(chuàng)傷后應激障礙的癥狀(PTSD)，包括焦慮和抑郁。

研究人員正在試圖了解與父母分離的情感創(chuàng)傷是否會引發(fā)兒童微妙的生物變化，這些變化如此持久，以至于孩子們甚至可能將其遺傳給自己的后代。

也許這個想法在20 年前會被嘲笑，但今天，個人的經歷可能會改變其后代的細胞和行為的假設已被廣泛接受。在動物中，暴露于壓力、寒冷或高脂肪飲食已被證明會引發(fā)后代的代謝變化，而對暴露于創(chuàng)傷條件的人類（包括大屠殺幸存者的后代）的小規(guī)模研究表明，他們的孩子經歷了微妙的身體和健康變化。

這一變化的影響是深遠的。如果我們的經歷對我們的孩子或孩子的孩子產生影響，那么它可以成為反對從吸煙到導致家庭分裂的移民政策等問題的有力論據(jù)。如果你仔細想想，這確實很可怕。如果你的祖母和祖父所接觸的東西改變了你患病的風險，那么也許我們今天所做的那些我們認為已被消除的事情會影響我們的曾曾孫。

創(chuàng)傷和表觀遺傳學

一個男孩剛剛為表觀遺傳學研究提供了血液樣本

動物研究表明表觀基因組變化可以代代相傳。表觀基因組是影響基因表達方式的一組生物因素。如果創(chuàng)傷可以引發(fā)人類的表觀遺傳變化，那么這種變化可以作為生物標志物來識別那些患有精神疾病或其他健康問題的風險更大的人。個人，并作為可能扭轉這種影響的干預措施的目標。

但證明情感創(chuàng)傷（與身體壓力不同）可以遺傳給后代并不容易。困難在于如何區(qū)分哪些是通過社會交往遺傳的，哪些不是，這是人類尚未解決的問題。

該領域的一些知名人士也擔心這種觀點可能會產生危險的后果。紐約西奈山伊坎醫(yī)學院的Rachel Yehuda 研究了40 名大屠殺幸存者的孩子，發(fā)現(xiàn)他們的應激激素皮質醇基線水平較低，并且具有獨特的DNA 甲基化模式。一種表觀遺傳標記，但她去年在一篇論文中表示，現(xiàn)在得出創(chuàng)傷導致遺傳性變化的結論還為時過早，并暗示媒體報道可能具有誤導性。使人們錯誤地認為一代人所遭受的創(chuàng)傷將永久地遺傳給后代。對最初的發(fā)現(xiàn)有很多過度解釋，公眾對表觀遺傳學的看法可能永遠不會得到證實。

蘇黎世大學實驗室的研究人員目前正在收集巴基斯坦孤兒和與父母同住的同學的血液和唾液樣本，希望了解失去和被迫分離的創(chuàng)傷是否在細胞水平上留下了可識別的痕跡。為了證實這種跨代遺傳，必須對這些孤兒進行多年的研究，直到他們有了自己的孩子。

并非所有遺傳特征都植根于DNA。這個想法可以追溯到半個多世紀前，早期對玉米的研究表明，具有相同DNA的植物具有不同的特征，例如持續(xù)數(shù)百代的籽粒顏色，最初引起了廣泛關注。這是有爭議的，因為遺傳學家認為這是拉馬克思想的復興，而不是達爾文思想的復興。

然而，許多生物學實驗表明，表觀遺傳是真實存在的。研究人員發(fā)現(xiàn)，在像秀麗隱桿線蟲這樣的簡單生物體中，基因一旦通過改變其產生的RNA而被關閉，就會在80代或更長時間內保持沉默。有些例子甚至更引人注目：當水蚤暴露在捕食者的氣味中時，它們的后代會長出尖尖的、裝甲的頭部。在小鼠中，當親代小鼠改變飲食、暴露于低溫或毒素時，它們的后代會表現(xiàn)出行為變化并增加體重。

人類流行病學研究也揭示了類似的模式。最著名的例子之一是荷蘭冬季饑荒。第二次世界大戰(zhàn)后的幾個月里，饑荒襲擊了荷蘭。在食物短缺期間懷孕的婦女所生的孩子比剛出生的同齡人更早死亡，而且患肥胖癥、糖尿病和精神分裂癥的比例也更高。對其他群體的研究表明，父母從小就挨餓的孩子更有可能患心臟病，即使在子宮里也是如此。一項歷史記錄顯示，如果參加美國內戰(zhàn)的士兵的兒子曾當過戰(zhàn)俘，他們的兒子會比其他退伍軍人的兒子死得更早（研究人員排除了社會經濟地位和孕產婦健康等因素）。

盡管如此，對人類的研究仍面臨著明顯的反對意見：創(chuàng)傷可能是通過養(yǎng)育而不是表觀遺傳學傳播的。例如，戰(zhàn)俘經歷可能會損害他們兒子的生活，使這些退伍軍人成為可憐的父親。與童年時挨餓或在大屠殺中幸存下來的父母一起成長的心理影響本身就足以塑造孩子的行為。為了回答這個問題，我們需要使用小鼠模型。

小鼠干預實驗

研究人員將第一代實驗小鼠的母親與其后代分開。受到創(chuàng)傷的小鼠的后代經歷了表觀遺傳變化和行為變化。

研究人員于2001 年開始設計一項老鼠干預實驗，該實驗可以重現(xiàn)童年創(chuàng)傷的各個方面，以不可預測的時間間隔將母鼠與幼鼠分開，并將母鼠限制在管子中?；蛘咦屗麄兊暨M水里，進一步擾亂養(yǎng)育過程。這兩種治療對小鼠來說都是有壓力的經歷。當母鼠帶著幼鼠回到籠子時，它們會變得瘋狂、不安，并且經常忽視幼鼠，這增加了幼鼠的分離壓力。

這些小鼠被有目的地承受痛苦，并且受人類狀況啟發(fā)的范式正在應用于它們，以更好地了解兒童健康。

正如預期的那樣，壓力大的母親的幼崽成年后表現(xiàn)出行為變化。但令人驚訝的是，這種行為變化在一個又一個的后代中持續(xù)存在。起初，這可能是幼崽自身行為的結果：受過創(chuàng)傷的幼崽長大后可能會成為貧窮的父母，重復它們在童年時期經歷的忽視，因此它們可能只是在傳承持久的行為遺產。心理效應可以解釋人類的類似現(xiàn)象。

為了排除這種可能性，研究人員只對雄性小鼠進行了研究，用受過創(chuàng)傷的雄性小鼠來繁殖未受過創(chuàng)傷的幼稚雌性小鼠，然后將雄性小鼠從雌性小鼠的籠子里移走，這樣它們的行為就不會受到影響。后人。斷奶后，小鼠被分在不同的組中，以防止幼仔加強彼此的行為。

該實驗室重復了這個過程六代人。研究人員發(fā)現(xiàn)，受到壓力的雄性老鼠的后代表現(xiàn)出更多的危險行為，例如探索懸掛在地面上的平臺的暴露區(qū)域。當落入水中時，它們比對照小鼠更早放棄并停止游泳，這是抑郁行為的一個指標。

與sncRNA有關嗎？

科學家們尋找可以解釋小鼠經歷的創(chuàng)傷如何影響其后代的分子變化

科學家們收集了小鼠血液、肝臟、乳汁、微生物和組織樣本，這些樣本將作為檔案保存在-80攝氏度下，提供10多年的數(shù)據(jù)。

創(chuàng)傷的生物標志物可能隱藏在這些數(shù)據(jù)和樣本中，等待被發(fā)現(xiàn)。許多哺乳動物表觀遺傳學的早期研究都集中在DNA 甲基化上，用關閉基因的甲基標記DNA，但這些變化似乎不太可能直接遺傳：在哺乳動物中，當卵子和精子結合在一起形成胚胎時，甲基化本質上是丟失的。

其他研究人員仍然認為甲基化可能發(fā)揮一定作用，但他們也關注小非編碼RNA (sncRNA)。這是一類富含信息的微小分子。大多數(shù)RNA是從DNA復制而來，然后充當指示細胞核糖體產生特定蛋白質的信使。然而，細胞也含有不產生蛋白質的短鏈RNA。這些非編碼RNA 可以搭載信使RNA，干擾或放大它們的功能，從而或多或少地產生某些蛋白質。

壓力可能會影響sncRNA 并導致許多其他生化變化，從皮質醇等激素水平升高到炎癥。研究人員重點關注精子中的sncRNA，在新形成的精子成熟的幾周內，它們可能特別容易受到壓力的影響。后來，當精子和卵子結合在一起時，改變的sncRNA 可以在發(fā)育的最早階段改變蛋白質的產生，其影響會波及數(shù)百萬個隨后的細胞分裂。當這些細胞成為受精卵時，會產生大量信號。如果父親攜帶的小非編碼RNA影響母親的RNA，就可以改變胚胎發(fā)育的軌跡。

有證據(jù)表明，創(chuàng)傷會影響精子中的sncRNA，并且這種影響可能會遺傳給后代。當小鼠處于青春期時，研究人員用狐貍氣味、聲音和明亮的燈光對小鼠進行應激，然后檢查它們精子和后代中的sncRNA。該研究發(fā)現(xiàn)9 種sncRNA 存在差異，其中一種調節(jié)SIRT1。 SIRT1 是一種影響新陳代謝和細胞生長的基因。

隨后，研究人員合成了具有類似變化的RNA分子，并將其注射到早期胚胎中。當這些胚胎發(fā)育成成人時，它們攜帶與精子中類似的RNA 變化。經過一段時間的壓力后，第二代小鼠的皮質酮水平也較低，皮質酮相當于小鼠體內的皮質類固醇。酒精，如果產生相同的RNA變化，就會產生具有相同表型的后代。

當性小鼠在年幼時受到創(chuàng)傷時，類似的RNA 變化也會出現(xiàn)。它們具有較高水平的特定sncRNA，包括在應激反應中發(fā)揮重要作用的miR-375，這些分子的變化解釋了記錄的一些遺傳行為特征。在一項實驗中，研究人員將受過創(chuàng)傷的雄性小鼠精子的RNA 注射到未受過創(chuàng)傷的親本小鼠的受精卵中，結果發(fā)現(xiàn)實驗小鼠也出現(xiàn)了相同的行為變化。

盡管在小鼠實驗中已經確定RNA 的變化導致了行為和生理變化，但其他一切都很難理清，尤其是在人類身上。這個領域在過去5年里取得了長足的進步，但我們仍然不知道人類身上發(fā)生了什么，因為沒有受控的環(huán)境。

從老鼠到人類

母鼠所受的創(chuàng)傷會影響后代老鼠的行為，就像圖中三代的三只雄性老鼠一樣。他們都沒有因分離而直接受到創(chuàng)傷，但他們的行為都表現(xiàn)出表觀遺傳變化。實驗組與正常對照組也存在差異

研究人員已經掌握了小鼠的數(shù)據(jù)，并一直在尋找人類類似的表觀遺傳變化。通過分析2005 年至2008 年部署到阿富汗之前和之后收集的荷蘭士兵的血液樣本，研究人員正在與法國尼斯的臨床醫(yī)生合作，分析2015 年恐怖襲擊幸存者的血液樣本。

其他研究人員發(fā)現(xiàn)士兵血液中的sncRNA 發(fā)生了變化。例如，2017 年，荷蘭研究人員發(fā)現(xiàn)，遭受戰(zhàn)斗創(chuàng)傷的士兵在數(shù)十組sncRNA 中表現(xiàn)出可識別的差異，其中一些與PTSD 相關。但曼蘇伊并沒有在小鼠體內發(fā)現(xiàn)同樣的RNA 變化。這可能是因為士兵們的樣本是很多年前的，或者僅僅是因為老鼠和人有很大不同，顯示出老鼠模型的局限性。但這可能只是意味著表觀遺傳變化對創(chuàng)傷的類型和時間很敏感。老鼠永遠無法完美地復制人類的痛苦，研究它的最好方法是選擇一組經歷過與我們的模型盡可能相似的情況的人。

這就是巴基斯坦孤兒研究發(fā)揮作用的原因。兒童早期的情感創(chuàng)傷可能與實驗室老鼠有一些相似之處，包括與母親不可預測的分離。

早期結果令人鼓舞。在上個月上傳到bioRxiv 的一項預印本研究中，記錄了孤兒血液和唾液中脂肪酸水平的變化，這些變化模仿了受創(chuàng)傷小鼠——中觀察到的變化，以及類似生物標記物sncRNA 的類似變化。研究結果表明，經歷創(chuàng)傷后的小鼠和兒童中可能存在類似的途徑。

波士頓塔夫茨大學的生物學家拉里·費格也嘗試過類似的方法。他們發(fā)現(xiàn)，與沒有壓力的父母相比，精子中特定組sncRNA 水平發(fā)生改變的小鼠會使它們的后代更加焦慮、不善于交際。 Feige 還與一家精子庫合作，在人類精子中尋找相同的sncRNA。他還要求捐贈者填寫一份關于家庭虐待或功能障礙史的不良童年經歷調查問卷。男性的ACE 分數(shù)越高，他們的精子sncRNA 譜與小鼠的精子sncRNA 譜越有可能匹配。

然而，這項研究并沒有讓所有人信服。其他遺傳學家一直直言不諱地批評與創(chuàng)傷有關的表觀遺傳學證據(jù)，認為樣本很小并且過度依賴流行病學研究。小鼠模型是最好的選擇，但即使在小鼠身上，也沒有看到可靠的實驗結果。

2016 年發(fā)表的證據(jù)表明，在豐富的環(huán)境中長大的受創(chuàng)傷小鼠不會將創(chuàng)傷癥狀傳遞給后代。有限的數(shù)據(jù)表明，生活經歷既可以在分子水平上治愈創(chuàng)傷，也可以造成傷害。在適當?shù)那闆r下，環(huán)境豐富最終可以幫助糾正由創(chuàng)傷引起的一些變化。

研究人員指出，這項研究和其他研究表明表觀遺傳變化是可逆的，可能會改變圍繞該主題的宿命論敘述。表觀遺傳變化可能是對環(huán)境的反應而發(fā)生的，這意味著負面的環(huán)境影響可能是可逆的。 （任天堂）