正在備孕或者處于孕期的準(zhǔn)媽媽一定都非常熟悉“葉酸”。葉酸作為一種水溶性維生素，是人體細(xì)胞生長和繁殖必不可少的維生素之一。孕期女性缺乏葉酸不僅會(huì)導(dǎo)致習(xí)慣性流產(chǎn)、早產(chǎn)，甚至?xí)?dǎo)致新生兒畸形。但關(guān)于備孕男性缺乏葉酸如何影響新生兒的健康，這其中潛在的分子機(jī)制目前還不清楚。

近日，由加拿大麥吉爾大學(xué)的研究人員發(fā)表在《Developmental Cell》期刊上，題為“Histone H3 lysine 4 trimethylation in sperm is transmitted to the embryo and associated with diet-induced phenotypes in the offspring”的文章證明了缺乏葉酸會(huì)影響精子中組蛋白H3第4位賴氨酸上的三甲基化（H3K4me3），而且這種變化可以疊加并被傳遞至胚胎，導(dǎo)致子代發(fā)育缺陷。

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.01.014

研究選擇野生型（WT）和KDM1A過度表達(dá)轉(zhuǎn)基因（TG）雄性小鼠，進(jìn)行缺乏葉酸（FD）和富含葉酸（FS）的飲食喂養(yǎng)，KDM1A是在精子形成過程中調(diào)控H3K4me2/3水平升高的基因。在經(jīng)過兩個(gè)生精周期（9-11周）后，F(xiàn)D WT和FD TG雄性小鼠新生兒后代發(fā)生出生缺陷，畸形包括彎曲的胸骨和未融合的胸骨軟骨，不對(duì)稱的骨頭和彎曲的肋骨。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)D TG雄性的后代出生缺陷程度最高，這些嚴(yán)重異常從顱面缺損到脊椎缺損。這說明父親葉酸缺乏與后代的出生缺陷相關(guān)，且過表達(dá)KDM1A與表型嚴(yán)重性增加有關(guān)。

低葉酸飲食后代表現(xiàn)的出生缺陷

為了確定精子染色質(zhì)對(duì)于低葉酸飲食的敏感度，研究人員對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)組建立了ChIP-seq精子文庫。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，精子中的染色質(zhì)對(duì)葉酸的缺乏很敏感，而且FD WT雄性小鼠精子中H3K4me3升高或降低的區(qū)域出現(xiàn)在不同的基因位點(diǎn)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)低葉酸飲食敏感的精子表觀基因組區(qū)域包括對(duì)發(fā)育功能有影響的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子，H3K4me3增加的啟動(dòng)子富含早期胚胎發(fā)生，骨骼重塑和心臟發(fā)育有關(guān)的基因，H3K4me3減少的啟動(dòng)子富含破骨細(xì)胞增殖，腎臟和耳朵發(fā)育以及染色質(zhì)重塑的基因。

對(duì)低葉酸飲食敏感的精子表觀基因組區(qū)域

有趣的是，對(duì)比WT和TG雄性小鼠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)精子中H3K4me3已經(jīng)發(fā)生變化時(shí)（TG雄性小鼠），較低的葉酸飲食環(huán)境，會(huì)疊加甲基化程度。

TG小鼠精子的疊加效應(yīng)

接下來，研究人員探究了父親缺乏葉酸和KDM1A過表達(dá)如何影響胚胎中的基因表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，到胚胎發(fā)育的8細(xì)胞時(shí)期，表達(dá)異常的基因有25%與精子中H3K4me3改變的啟動(dòng)子重疊，這說明，父親H3K4me3可能部分地指導(dǎo)胚胎中的基因表達(dá)。

精子與胚胎發(fā)育中H3K4me3的對(duì)比

這項(xiàng)研究的創(chuàng)新之處在于證明了在組蛋白甲基化水平上的表觀基因組不僅限于子宮內(nèi)胚胎發(fā)育的時(shí)期，也會(huì)發(fā)生在精子中，而且這種表觀遺傳變化可以在精子中積累，傳遞到下一代。