父亲身心越健康,孩子学习能力越强|Cell子刊
2018/04/13
近日,一项重要成果表明,你的身体和精神越活跃,你所生的孩子就越聪明!科研人员在一项小鼠研究中发现,体力和脑力锻炼不仅有益于大脑,还能影响未来后代的学习能力。

图片来源:Shutterstock

后天习得的技能不会改变DNA序列,因此不能遗传给后代——这种观念已经在遗传学领域流行了很长时间。然而,近年来,科学家发现了一些反驳这一原则的情况,如,不良饮食不仅会增加我们自身患病的风险,还包括我们的孩子;压力和精神创伤等生活方式也会影响下一代等。科学家们将这种现象称为“表观遗传”(epigenetic),因为它与DNA序列的变化无关。

同样的,身心锻炼不仅有益于你的大脑,还能影响后代学习能力也属于表观遗传的一种表现。这一发现已于4月10日以“RNA-Dependent Intergenerational Inheritance of Enhanced Synaptic Plasticity after Environmental Enrichment”为题发表在Cell Reports杂志上。德国神经退行性疾病研究中心(DZNE)的André Fischer教授是论文的通讯作者。

DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.03.059

遗传的学习技能

André Fischer教授和同事们在小鼠身上发现,学习能力是通过表观遗传传给下一代的。当Fischer和同事将小鼠置于刺激环境中进行大量运动时,他们的后代也从中受益:与对照组小鼠相比,他们在评估学习能力的测试中取得了更好的结果。

他们还发现,这些啮齿类动物的海马体的突触可塑性得到了改善。海马体(Hippocampus)是大脑中对学习很重要的区域;而突触可塑性(Synaptic plasticity)是一种衡量神经细胞之间沟通能力的指标,它构成了学习的细胞基础。

研究中,科学家们还调查了哪种机制可以负责改善小鼠海马体的突触可塑性。他们关注了父亲的表观遗传,并在精子中寻找其物质基础(精子含有父系DNA和RNA)以了解这些RNA分子在学习技能遗传中的作用。

在对身心活跃的小鼠精子提取RNA并将这些提取物注射到受精卵细胞中后,他们发现,培育出的小鼠具有增强的突触可塑性和较高的学习能力。最终他们证实:体力和脑力活动对后代的认知技能有积极影响,且这种效应是通过父亲精子中的RNA介导的

追踪负责任的RNA

在对RNA提取物注入的进一步实验中,科学家们能够更准确地识别出负责表观遗传的RNA分子。他们发现,两种所谓的microRNA分子(可以影响基因活性的控制分子)——miRNA212和miRNA132,可以解释某些遗传的学习能力

研究人员解释,miRNA212和miRNA 132在小鼠经过体力和脑力活动后在大脑和精子中积累。Fisher说:“大概,它们是以一种非常微妙的方式改变大脑的发育,从而改善神经元之间的连接为后代带来了认知优势。”

未来研究方向

众所周知,体育活动和认知训练也提高了人类的学习能力。然而,在人类中研究学习能力是否可以遗传并不容易。但Fisher和他的同事现在得出的结果可能指向了这个问题的答案。今后,研究人员打算继续调查miRNA 212和miRNA 132是否在体力和脑力活动后也在人类精子中积累。

责编 | 艾曼

参考资料:

Can Your Physical and Mental Exercise Improve Your Child’s Learning?

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  • RNA-Dependent Intergenerational Inheritance of Enhanced Synaptic Plasticity after Environmental Enrichment

    Physical exercise in combination with cognitive training is known to enhance synaptic plasticity, learning, and memory and lower the risk for various complex diseases including Alzheimer’s disease. Here, we show that exposure of adult male mice to an environmental enrichment paradigm leads to enhancement of synaptic plasticity and cognition also in the next generation. We show that this effect is mediated through sperm RNA and especially miRs 212/132. In conclusion, our study reports intergenerational inheritance of an acquired cognitive benefit and points to specific miRs as candidates mechanistically involved in this type of transmission.

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