原創(chuàng) 生物世界 Bio生物世界 收錄于話題#科學新知33個

撰文 | nagashi

編輯 | 王聰

排版 | 水成文

“這是一個沒有聲息的春天”，半個多世紀之前，美國科普作家蕾切爾·卡遜在《寂靜的春天》一書中寫道。作者以詳盡的闡釋和獨到的分析，細致地講述了以滴滴涕（DDT）為代表的農(nóng)藥殺蟲劑的廣泛使用，導致環(huán)境污染、生態(tài)破壞，整個春天再也聽不到蟲鳴鳥叫。

人類不斷地想控制自然，卻使生態(tài)破壞殆盡，也在不知不覺間累積毒物于自身甚至遺禍子孫。

值得注意的是，部分農(nóng)藥不僅對諸如鳥類、昆蟲等動物的繁衍造成破壞，對人類的健康也會產(chǎn)生嚴重的負面影響。因此，評估農(nóng)藥的潛在危害對促進全人類健康是十分重要的，尤其是那些廣泛應用的農(nóng)藥，如草甘膦。

近日，美國華盛頓州立大學生殖生物學中心的研究人員在 Epigenetics 雜志上發(fā)表題為：Epigenome-wide association study for glyphosate induced transgenerational sperm DNA methylation and histone retention epigenetic biomarkers for disease 的研究論文。

這項大鼠模型的新研究報告稱，在短暫暴露于草甘膦后的第三代大鼠中，發(fā)現(xiàn)了與肥胖、腎臟和前列腺疾病相關(guān)的DNA甲基化和組蛋白保留的獨特特征。這表明草甘膦等農(nóng)藥可能會對人類的子孫后代產(chǎn)生此前始料未及的危害。

草甘膦是一種有機磷除草劑，20世紀70年代由孟山都公司開發(fā)，是現(xiàn)在在農(nóng)業(yè)中廣泛使用的除草劑，因此在人類食物中經(jīng)常檢測到殘留。

早期的研究表明，草甘膦的半衰期很短，而且在體內(nèi)分解很快。盡管這些跡象表明草甘膦的毒性有限，但如今，這項新的研究卻表明，草甘膦的表型效應可以遺傳給后代。

差異DNA甲基化區(qū)域（DMR）和差異組蛋白保留（DHR）構(gòu)成了圍繞DNA的表觀遺傳因子和過程，這也被稱為表觀遺傳突變（Epimutation）。這些表觀遺傳突變介導了疾病的表觀遺傳和其他表型變異。

因此，我們可以通過鑒定DMR和DHR相關(guān)基因，并將其與既定的疾病特異性基因關(guān)聯(lián)起來。

與此同時，在患有常見人類疾病的患者中——如前列腺疾病、腎臟疾病、肥胖等，不到1%的人可能與致病基因突變有關(guān)。相反，有包括本研究在內(nèi)的幾項研究顯示，在這些疾病患者中，表觀遺傳位點（表觀修飾生物標志物）的變化頻率更高。

短暫暴露于草甘膦的大鼠的第三代雄性大鼠譜系及其病理狀況

在這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在患有這些疾病的第三代雄性大鼠中，DNA甲基化改變的區(qū)域數(shù)量超過200個，在嚴格的統(tǒng)計閾值下，前列腺、腎臟、肥胖和多種疾病病理之間幾乎沒有重疊。

然而，在一個更寬松的統(tǒng)計閾值下，30-50%的甲基化狀態(tài)改變的區(qū)域在不同的疾病中重疊。這意味著，在這些疾病中，一些表觀遺傳突變是十分常見的，這是一套獨特的疾病特異性表觀遺傳生物標志物，顯示了個體的疾病易發(fā)性。

差異組蛋白保留（DHR）的識別和數(shù)量

緊接著，研究團隊進一步研究了草甘膦引起的大鼠精子的表觀遺傳變化。盡管在精子中DNA的組蛋白被精蛋白（protamine）取代以便于將DNA壓縮到成熟精子的頭部，但一些組蛋白保留位點在精子中仍被保留。

差異組蛋白保留（DHR）在染色體定位

研究人員發(fā)現(xiàn)，草甘膦促進了精子中不同世代的組蛋白保留（DHR）的遺傳。這是第一份關(guān)于精子的差異組蛋白保留（DHR）與特定疾病的聯(lián)系的報告。因此，精子的組蛋白保留可能可以作為特定疾病的生物標志物。

與差異DNA甲基化區(qū)域（DMR）相關(guān)的基因及遺傳標記

當然，這項研究也具有一定的局限性，本研究的通訊作者、華盛頓州立大學生物科學學院生殖生物學中心主任Michael K. Skinner教授表示：“現(xiàn)在，我們很難找到一個沒有接觸過草甘膦的大鼠種群作為對照?！?/p>

總而言之，此項研究證實，至少在SD大鼠模型中，短暫暴露于草甘膦可促進肥胖、腎臟和前列腺疾病等疾病的表觀遺傳跨代遺傳。并且，該研究鑒別了一些與已知的病理特異性相關(guān)基因的生物標記，這意味著表觀遺傳診斷或可應用于預防醫(yī)學。

這項研究表明，人們需要改變對毒理學的看法，在當下，我們只評估直接接觸毒理學而不考慮后代的毒性。而我們確實需要對后代負有責任！

參考資料：

https://doi.org/10.1080/15592294.2020.1853319

https://www.genengnews.com/news/herbicide-creates-transgenerational-epigenetic-biomarkers-of-obesity-and-kidney-and-prostrate-disease/

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