本文转自“梅斯医学”公众号
在日常生活中，我们常常开玩笑地讨论自己是“随了妈妈的眼睛”还是“脸型长得像爸爸”，这些家族特征让我们不禁好奇：父母到底分别遗传给了我们什么？
其实，遗传的故事远不止于外貌上的相似，科学研究正在揭示：父母的遗传贡献以一种比我们想象中更加复杂和深远的方式影响着我们的一生。
我们从母亲那里继承了哪些独特的遗传物质？父亲的生活方式如何悄悄塑造了我们的健康？科学成果表明，遗传不仅仅是基因的简单传递，甚至连父母的生活习惯、饮食、乃至孕期的环境，都能深刻影响我们的一生。
人的线粒体DNA只来自于母亲
首先，母亲的线粒体DNA（mtDNA）在我们的能量代谢和生命活动中发挥着至关重要的作用。线粒体作为细胞的“能量工厂”，几乎所有的线粒体DNA都来自母亲。
近日，发表在《Science Advances》上题为Moderate embryonic delay of paternal mitochondrial elimination impairs mating and cognition and alters behaviors of adult animals的一项研究，通过基因编辑技术，对线虫中的父系线粒体清除机制进行了深入探讨。研究发现，如果在胚胎发育过程中，来自父亲的线粒体未能被及时清除，后代成年后会出现认知能力下降、繁殖力减弱、行为异常等问题。
具体来说，研究人员利用基因编辑干扰雄性线虫中线粒体的清除过程，结果显示这种父系线粒体延迟清除会导致线粒体功能紊乱、ATP能量供应不足，进而激活了一系列与能量代谢相关的信号通路。
这种现象揭示了母系线粒体清除在胚胎发育早期的重要性。研究表明，如果父系线粒体未能在适当时间内消除，它们的存在会对线粒体功能产生干扰，导致生物体成年后的多种功能受损。这一发现不仅解决了长期以来关于父系线粒体清除的重要谜题，也为理解遗传中的母系优势提供了生物学依据。
胚胎期父系线粒体清除延迟导致联想学习和记忆能力受损（图片来源：Science Advances 2024）
线粒体DNA影响后代的身高、寿命和疾病风险
然而，母系线粒体不仅仅影响能量代谢，还与多个健康特征相关。
2021年，剑桥大学团队发表在《Nature Genetics》上题为An atlas of mitochondrial DNA genotype–phenotype associations in the UK Biobank的研究，利用英国生物银行的近50万名参与者数据，系统性地分析了线粒体DNA变异与多种人类表型之间的关联。
通过大规模的全基因组关联研究（GWAS），研究人员发现了线粒体DNA变异与多种常见复杂疾病和生物标志物之间的关联，包括2型糖尿病、多发性硬化症、身高、肝功能和长寿等。这项研究不仅揭示了线粒体在我们健康和寿命中的潜在作用，还为未来研究线粒体DNA在常见疾病中的影响铺平了道路。
该研究的发现突出显示了线粒体DNA变异对健康的深远影响。例如，研究中揭示的260个线粒体DNA变异与特定疾病和表型相关，为医学研究提供了新的方向。这些变异不仅表明母亲的线粒体DNA在代谢、神经和免疫系统等方面发挥着关键作用，还进一步证明了线粒体DNA和核基因组之间可能存在复杂的协同作用。这些结果为未来的线粒体DNA关联研究提供了宝贵的资源，并推动了人类遗传学研究的前沿发展。
线粒体单核苷酸变异（mtSNV）与身高、气道功能和寿命相关（图片来源：Nature Genetics 2021）
母亲的子宫环境影响孩子智商
除了基因层面的遗传，母体的子宫环境同样影响着后代的发展。1997年发表在《Nature》上的一项题为The heritability of IQ的经典研究，通过对多项研究的元分析，探讨了母体效应对孩子智商的影响。
研究表明，母亲的子宫环境对孩子的智商有显著的贡献，特别是在双胞胎和兄弟姐妹之间。母亲在孕期的健康状况、营养水平以及情绪状态都会对胎儿大脑发育产生深远影响。研究还发现，母体环境对智商的影响远远超过了此前对遗传性的估计。
这一发现颠覆了传统对智商遗传性的认识。通过构建包含加性和非加性遗传效应、母体效应及环境效应的模型，科学家们发现，智商的广义遗传性仅占智商方差的48%，其中母体环境贡献了相当一部分。这意味着，母亲的生活方式、营养以及其他外部环境因素在胎儿期塑造了孩子的认知发展！该研究还强调了改善孕期环境的重要性，尤其是如何通过改善孕期健康来促进孩子的智力发育，这为今后社会政策和公共健康干预提供了新的依据。
图片来源：Nature 1997
父亲的饮食会影响后代健康
线粒体DNA遗传于母亲，母亲的子宫环境会影响孩子智商，那父亲呢？近期的研究表明，父亲的遗传贡献也不能被忽视。
2024年6月发表在《Nature》上的题为Epigenetic inheritance of diet-induced and sperm-borne mitochondrial RNAs的研究，揭示了父亲的生活方式，特别是饮食习惯，如何通过表观遗传机制影响后代的健康。
研究发现，父亲的饮食习惯能够通过精子中的线粒体RNA（mt-tRNA）传递给后代，并在早期胚胎发育中发挥重要作用。这项研究通过对雄性小鼠的饮食进行调控，发现高脂饮食不仅影响了父亲的健康，还会通过精子的线粒体RNA对后代的代谢健康产生直接影响，导致后代葡萄糖耐量下降，增加了糖尿病的风险。
这项研究表明，父亲的生活方式不仅影响自身，还通过遗传物质直接影响后代的发育。更为重要的是，父亲的饮食习惯会改变精子中的特定小RNA，从而影响后代的基因表达和代谢功能。这意味着，父亲的健康管理与孩子未来的健康密切相关，特别是在备孕期间，男性的饮食控制和生活方式调整对于后代的健康至关重要！
受孕时父亲超重影响后代的代谢健康（图片来源：Nature 2024）
小结
通过这些研究，我们更加清晰地认识到，父母的遗传贡献不仅仅体现在基因的传递上，还通过环境和表观遗传机制深刻影响了后代的健康与发育。母亲的线粒体DNA和孕期子宫环境在后代的身体发育和智力发展中扮演着基础性的角色，而父亲的生活方式和饮食习惯则通过精子的表观遗传标记，悄然决定后代的代谢健康。
作为孩子，我们无论从父母身上继承了什么，他们都给予了我们最宝贵的财富——生命。而对于那些即将步入为人父母角色的人，这些研究发现则是一个重要的提醒：不仅要关注自身的基因健康，还要积极为孩子的未来创造更健康的孕育环境。调整生活方式、改善孕期和备孕期的健康状况，不仅仅是为了父母自身的福祉，更是在为下一代的健康成长铺设坚实的基础。
这些遗传学的发现也让我们意识到，父母的每一个选择、每一个生活习惯，都可能在生命的开端深深植根于后代的命运之中，产生持久的影响。这让我们更加珍视健康的生活方式和积极的育儿环境，因为它们不仅影响着我们自己，更影响着未来的每一代人。
参考文献
1. Zhang H, Zhu Y, Xue D. Moderate embryonic delay of paternal mitochondrial elimination impairs mating and cognition and alters behaviors of adult animals. Sci Adv. 2024 Oct 4;10(40):eadp8351. doi: 10.1126/sciadv.adp8351
2. Yonova-Doing E, Calabrese C, Gomez-Duran A, et al. An atlas of mitochondrial DNA genotype-phenotype associations in the UK Biobank. Nat Genet. 2021;53(7):982-993. doi:10.1038/s41588-021-00868-1
3. Devlin B, Daniels M, Roeder K. The heritability of IQ. Nature. 1997;388(6641):468-471. doi:10.1038/41319
