引言
肥胖是男（雄）性生殖損傷的重要危險因素。然而，多代父體肥胖對子代生育力的影響及其機制尚不清楚。
2024年2月14日，安徽醫科大學王華教授等團隊在Nature Communications（IF 16.6）線上發表題為“Multigenerational paternal obesity enhances the susceptibility to male subfertility in offspring via Wt1 N6-methyladenosine modification”的研究論文（王華教授、徐德祥教授和賀小進教授為本文共同通訊作者，公共衛生學院熊永偉博士、朱華龍博士、張進博士和耿浩博士為本文共同第一作者），該研究發現多代父體肥胖透過Wt1 N6-甲基腺苷修飾升高男性子代低生育力易感性。
該研究在成功建立父源性不育症動物模型基礎上，發現多代父體肥胖升高子代精子發生障礙易感性；基於m6A-mRNA&lncRNA表觀轉錄組晶片、RNA測序以及生物資訊學分析，發現多代父體肥胖降低子代睪丸Wt1表達和升高其m6A修飾水平；透過睪丸區域性注射AAV9-Wt1，揭示Wt1下調介導的視黃酸訊號受阻在多代父體肥胖加重子代精子發生障礙易感性中發揮關鍵作用；透過體內m6A修飾抑制劑STM2457處理和體外Mettl3 siRs，闡明精子源m6A修飾水平升高對多代父體肥胖下調子代睪丸Wt1表達的影響；最後，基於人群病例-對照研究驗證精子m6A水平與體質指數存在正向關聯，與精液質量存在負向關聯。總之，多代父體肥胖透過下調Wt1 mRNA表達，逐漸升高子代精子發生障礙易感性，且METTL3介導的精子m6A修飾參與父體肥胖引起子代睪丸Wt1 mRNA穩定性降低。該研究結果為篩選父體不良因素暴露損害子代精子發生的表觀遺傳標誌物提供實驗證據，也為今後制定父源性不育症的早期防治策略提供重要參考。
據WHO報道，不孕不育已成為繼心血管疾病和腫瘤之後威脅人類健康的第三大疾病。國內外多項大樣本調查發現，一般人群中男性不育症患病率高達9.0%~25.0%。已知，精子質量是評價男性生育能力的重要標誌。然而，在過去45年間（1973至2018），全球男性精子質量下降已超過62.0%。肥胖是精子質量下降的重要危險因素，但過去研究更多關注當代肥胖對精子質量的影響。健康與疾病的父系起源（POHaD）理論認為，父體暴露不良因素導致成年後代慢性疾病的發生和發展。已有研究發現，父體肥胖損害子代睪丸生精小管結構，減少附睪精子數量。但是，多代父體肥胖對子代精子發生障礙易感性的影響及其機制尚不清楚。
N6 -甲基腺苷（N6 -methyladenosine，m6A）是真核生物RNA上最為常見的修飾，其主要發生在RRACH（R=G/A；H=U/A/C）基序中，調節RNA剪接、降解、穩定性和翻譯等轉錄後過程。在哺乳動物中，m6A修飾由RNA甲基化酶和去甲基化酶動態調控，甲基化酶主要包括METTL3、METTL14和WTAP等，去甲基化酶主要包括ALKBH5和FTO等。另外，m6A修飾轉錄本透過閱讀蛋白影響RNA命運。眾多研究結果表明，m6A修飾動態平衡在調控睪丸發育和精子發生過程中起關鍵作用。我們之前研究證明，高脂飲食顯著升高小鼠睪丸m6A修飾水平。然而，多代父體肥胖對子代睪丸m6A修飾水平的影響知之甚少。
眾所周知，在父系獲得性表型傳遞過程中，精子扮演著不可或缺的作用。前期研究發現，精子表觀遺傳修飾如非編碼RNA、組蛋白修飾、DNA甲基化和RNA甲基化等，參與父系獲得性疾病的代際傳遞。也有研究表明，從胚胎期至成年期，小鼠睪丸m6A修飾水平持續升高。但是，父代精子m6A修飾改變是否持續影響到子代睪丸，進而介導多代父體肥胖升高子代精子發生障礙易感性仍需進一步探討。
為了解決以上問題，研究透過動物實驗、細胞研究以及人群調查相結合思路闡明多代父體肥胖對子代精子發生障礙易感性的影響及其m6A修飾機制。首先，建立多代父體高脂飲食小鼠模型，用於研究子代對鎘（一種常見生殖毒性誘導劑）誘導精子發生障礙易感性的影響。結果發現，多代父體高脂飲食逐漸降低子代小鼠生育能力，並加重鎘降低子代小鼠精子數量和精子活力。隨著父體高脂飲食代數增加，子代小鼠睪丸成熟期生精小管數量以及睪丸生殖細胞標誌物表達水平也逐漸減少。以上結果提示，多代父體肥胖升高子代小鼠精子發生障礙易感性。
多代父體肥胖升高子代精子發生障礙易感性（Credit: Nature Communications）
為了進一步探討多代父體肥胖升高子代精子發生障礙易感性的原因，對子代睪丸進行RNA測序。結果提示，多代父體高脂飲食誘發的子代睪丸差異表達基因與視黃醇代謝過程有關。隨著父體高脂飲食代數增加，子代睪丸視黃酸（RA）以及視黃酸合成酶Aldh1a1/2/3水平逐漸降低。透過ChEA3資料庫預測視黃酸合成酶上游轉錄因子發現，WT1評分最高。隨後研究結果顯示，多代父體高脂飲食逐漸加重鎘下調子代睪丸Wt1表達。此外，WT1過表達顯著逆轉父代高脂飲食減少子代精子數量，恢復父代高脂飲食降低子代睪丸RA水平和ALDH1A1蛋白表達水平。因此，上述結果表明多代父體肥胖透過抑制Wt1介導的視黃酸合成，逐漸升高子代睪丸精子發生障礙易感性。
為了確定Wt1 mRNA下調機制，該研究進行m6A-mRNA&lncRNA表觀轉錄組晶片及相關實驗。結果發現，多代父體高脂飲食逐漸加重鎘升高子代睪丸甲基化酶METTL3表達和Wt1 m6A修飾水平，加重鎘下調子代睪丸閱讀蛋白IGF2BP1表達。Mettl3 siR明顯逆轉鎘升高支援細胞Wt1 m6A修飾水平，緩解鎘降低支援細胞Wt1 mRNA和蛋白水平。Igf2bp1 siR顯著加重鎘升高支援細胞Wt1 mRNA降解率。熒光素酶報告基因結果顯示，鎘透過甲基化Wt1 site1位點下調其mRNA表達。IGF2BP1-RIP實驗證實，鎘暴露降低支援細胞IGF2BP1與Wt1 mRNA的結合能力。上述結果表明，多代父體肥胖以m6A依賴方式逐漸加重鎘降低子代小鼠睪丸Wt1 mRNA穩定性。
模式圖（Credit: Nature Communications）
該研究還發現，隨著父體高脂飲食代數增加，精子Mettl3表達水平和m6A修飾水平逐漸升高。為了進一步探究精子m6A修飾水平降低在父代高脂飲食抑制子代睪丸WT1表達和精子發生中的作用，給予F0代雄鼠METTL3活性抑制劑STM2457處理。結果顯示，STM2457處理緩解父代高脂飲食降低子代小鼠精子數量，逆轉父代高脂飲食下調子代睪丸WT1表達，恢復父代高脂飲食升高子代睪丸Wt1 site1 m6A修飾水平和METTL3蛋白表達水平。STM2457處理也顯著減弱高脂飲食增加精子m6A修飾水平和Mettl3 mRNA表達水平。最後，在人群病例-對照研究中也發現超重/肥胖患者精子m6A水平升高且精子濃度降低。所以，多代父體肥胖透過增加METTL3介導的精子m6A水平，逐漸加重鎘誘導子代睪丸Wt1下調和精子發生障礙。
原文連結
https://www.nature.com/articles/s41467-024-45675-4
責編|探索君
排版|探索君
文章來源|“iNature”
End
