关于父亲的各类生活方式（如日常饮食、运动习惯、经历的应激、尼古丁接触）如何影响其子女的研究，已不容忽视。
经典的精卵结合理论认为，精子细胞不过就是包裹严实、带有尾巴的脱氧核糖核酸（DNA）束，它们的使命很简单：将父亲的基因送入母亲的卵子中，完成有性生殖。胚胎发育的所有其他方面，包括细胞构成和环境因素，都与父亲无关，皆源自母亲。
但近二十年来，来自多个独立实验室的研究正挑战着这一传统认知。这些研究表明，父亲的配子（即具有受精能力的成熟生殖细胞）传递的不仅仅是DNA：在精子微小的头部里隐藏着“偷渡分子”，它们进入卵子后，会将关于父亲健康状况的信息，如日常饮食、运动习惯和经历的应激，传递给后代。这些非DNA传递可能会影响受精期间及之后启动的基因组活动，从而调控胚胎发育过程，并影响其成年后的状态。
这些发现（迄今为止主要基于小鼠模型）最终可能会改变我们对遗传的看法。美国犹他大学医学院的生殖与发育生物学家、该领域的先驱者之一陈琦表示：“这些发现表明，我们今生的所作所为会影响下一代。”换句话说，在使对方受孕之前的数周乃至数月里，男方吃了什么、喝了什么、吸入了什么、经历了什么应激事件或者有其他什么经历，都可能被编码进特定的分子里，并被封装进他的精子细胞，传递给他未来的孩子。研究人员主要聚焦于核糖核酸（RNA）分子。这些分子是DNA的“短寿”转录本，能够反映出特定时刻的基因活动情况。
这一概念颇具吸引力。然而，其背后的机制细节——经历是如何被编码的，它如何从精子转移到卵子，以及它是否又如何影响发育中的胚胎——并不容易阐明，尤其是在对人体开展相关研究面临诸多挑战的情况下。正因如此，加之这些发现具有改写教科书的潜在影响，研究人员（包括那些领军者在内）对过度宣扬自己的研究成果持谨慎态度。
美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院和费城儿童医院的表观遗传学家科林 · 科尼恩（Colin Conine）一直致力于揭示精子RNA将非遗传信息传递给后代的机制。他表示，目前这方面的机制细节仍然非常模糊，但机制的某些部分是清晰的。研究人员有重要证据表明，环境可以调控精子RNA——这些分子可将父源性特征传递给后代，并在受精后调控胚胎发育过程。“我们只是尚未真正理解RNA是如何做到这一点的，这就是模糊不清的部分。”科尼恩说道。
科林·科尼恩已经证明，封装在精子中的RNA会改变小鼠胚胎中的基因表达，这表明父亲的生活经历可通过表观遗传途径影响其后代
但证据在不断累积。2025年11月，发表在《细胞-代谢》（Cell Metabolism）上的一篇综合性论文追踪了雄性小鼠的规律性运动对精子微RNA（microRNA）产生的下游分子效应。这些microRNA靶向的是处于发育中的胚胎里的那些“对线粒体功能和代谢调控至关重要”的基因。研究人员发现，在经常锻炼的人类男性精子中，许多相同的RNA也呈现出过度表达的现象。
未参与该研究的陈琦说：“这项研究表明，父亲的运动锻炼能够给后代带来益处——增强耐力、促进代谢健康。这有力地提醒着我们，许多由精子介导的表观遗传效应本质上具有高度的适应性。”
一种此前未被记录的遗传途径可能正在发挥作用，这种可能性不容忽视。正因如此，研究人员如今正埋头于实验室潜心钻研，试图追踪那些必须运作起来的分子过程。这些过程能将父亲的即时经历转化为发育指令，传递给其伴侣的卵子。
表观遗传途径
就多数动物而言，精子细胞与卵细胞相比非常微小。人类卵子的体积约是精子的1000万倍。卵子也为合子（尚未开始分裂的新受精卵）提供了绝大多数细胞成分，包括营养物质、细胞质、线粒体和其他细胞器、合成蛋白质的分子机器等。此外，母亲还为胚胎乃至胎儿提供了发育和生长的环境。因此，母亲的健康状况对孩子的影响长期以来备受关注。但在过去约15年间，关于父亲的经历通过某种非DNA途径遗传的证据也日益增多。
与精子细胞相比，卵细胞非常大
科尼恩表示：“许多实验室已开展过与饮食和应激有关的研究，通常在下一代身上显示出的结果要么是代谢变化，要么是行为变化。”若让雄性小鼠摄入高脂肪或低蛋白饮食，或者在它年幼时使其与母亲分离，其后代就会继承与这些环境条件相关的特征，例如线粒体功能改变。这些特征未必是有害的。比如，接触尼古丁的雄性小鼠所生的雄性幼崽，其肝脏不仅擅长分解尼古丁，也能有效代谢可卡因及其他毒素。
马萨诸塞大学陈医学院的表观遗传学家奥利弗 · 兰多（Oliver Rando）认为，这种现象背后存在一种生存逻辑。后代通常会经历与其父母相似的环境情境，因此提前对这些环境条件进行生物学适应可能有助于其生存。“这就像是在向子女传递实用信息，以帮助他们更好地应对相似环境的挑战。”身为两个男孩父亲的兰多说道。
奥利弗·兰多带领团队研究了RNA被封装进精子细胞的具体时空特征
但逻辑推理并不等于事实成立。正因如此，陈琦、兰多、科尼恩等研究人员才一直致力于揭示父源性表观遗传机制，以补充目前关于母源性表观遗传过程的认知。“表观遗传学”研究的是不改变基因DNA序列的遗传过程，该过程涉及基因在何时以及何种程度上被表达并被翻译成功能性蛋白质。表观遗传学家主要研究围绕基因组和染色体框架——能够响应内外部信号，从而决定“开启”或“关闭”哪些基因——展开的分子生物学过程。
这种差异化的基因表达是铸就生物学诸多伟大奇迹的核心因素。例如，人体所有细胞虽然具有相同的DNA，但脑细胞与肝细胞、皮肤细胞及血细胞截然不同。一些触发基因表达变化的信号被编码在DNA中，而另一些则来自环境因素，例如，由于食物匮乏导致的热量或营养不足，或是父母照料缺失等应激源引发的皮质醇水平升高……这些状况会改变在人体内循环的代谢物及其他分子的种类，进而影响细胞所能发生的反应类型和基因组调控过程。
参与表观遗传过程的某些分子（如甲基团或乙酰基团），可直接与DNA结合或与附着在DNA上的蛋白质结合。这会使得基因组的部分区域“松弛”或“紧缩”，类似于为特定基因打开或关闭大门。
RNA分子同样能干预基因表达，但由于存续的时间相对较短（有时在降解前仅能存活数分钟或数小时），它们一直未被视作表观遗传调控因子。自20世纪90年代以来，它们的作用机制及其可以长期存续的特性均已得到阐明：某些RNA的存活时间可达数周或更长时间。部分RNA（如长链非编码RNA）可通过修饰DNA或其相关蛋白质来调控基因表达。microRNA则能对其他RNA分子进行调控或抑制，其中包括那些原本会被翻译成蛋白质的RNA。这一发现也荣获了2024年诺贝尔生理学或医学奖。
精子是否会携带RNA或其他分子，进而参与胚胎的表观遗传过程？部分研究人员认为，这种猜想看似合理，但要厘清其中的来龙去脉，还需要开展大量的实验工作。
RNA的封装
要证实精子细胞能够实现表观遗传信息的代际传递，生物学家需要解决三个核心问题。第一，父亲的身体如何将其自身体验（如日常饮食、运动行为、经历的应激或尼古丁接触）以分子形式进行物理编码，比如转换为在血液中循环且能反映机体组织基因表达状况的RNA分子。第二，这些以分子形式编码的生活经历信号是如何进入精子细胞的。第三，精子中的这些信号在受精期间及之后如何成为表观遗传载体，进而决定后代身上可观测的特征（即表型）。
自2012年起，陈琦团队便着手开展一系列研究以解答这三个核心问题。彼时，其中国科学院团队使用测序技术对小鼠精子细胞中的短链RNA分子进行了系统性分析。
他们震惊地发现，在精子细胞成熟的过程中，有一类RNA的含量会急剧增加，然后与DNA一同聚集于精子头部。他们还发现，这种RNA在从鱼类到人类等各种脊椎动物的血清中都大量存在。这一切都表明：信息载体分子或许正在被转移至生殖细胞中。
当陈琦（2015年赴美开展学术研究）及其团队从不同饮食喂养的雄性小鼠身上采集精子RNA样本进行分析时，事情就变得更有趣了。他们通过研究发现，高脂饮食组小鼠的RNA集合体与正常饮食组小鼠的RNA集合体存在显著差异。当研究人员将高脂饮食组小鼠精子中的RNA注入合子后，部分雄性后代出现了与高脂饮食相关的代谢问题。
陈琦长期致力于破译“精子RNA密码”
陈琦表示，这些实验暗示了一种看似离经叛道的可能性，即父亲在环境中获得的某些特征，可被精子“记忆”并遗传给后代。在阐明调控精子RNA的相关通路后，陈琦于2019年将这一遗传途径命名为“精子RNA密码”，并指出“它能编程后代的代谢健康状态”。
执着于该想法的人并非只有陈琦一个。兰多团队在2018年发表于《发育细胞》（Developmental Cell）杂志的一篇文章中指出，他们利用生化技术明确了RNA被封装进精子细胞的具体时空特征，并阐明了在此过程中那些RNA可能发生的变化。兰多说，他们试图解答的问题是：“究竟是什么组织在负责筛选信息，并让精子将这些信息传递给后代？”从逻辑上来讲，附睾是首个值得研究的部位。这是一个附着在睾丸后侧的管状器官，精子细胞在具备受精能力前会在此经历一个成熟过程。在大多数哺乳动物中，这一过程大约历时一到两周。
兰多的研究数据显示，在附睾中的这个阶段，精子细胞几乎获得了所有小RNA（sRNA，也是一类非编码RNA）。通过追踪特定RNA分子的技术，科学家观察到，RNA会被封装进病毒大小的囊泡（即附睾小体）中，再由这些囊泡将上述RNA分子转运至精子内部。
兰多指出，这一发现揭示了sRNA如何在机体的非生殖细胞（如附睾中的细胞）和生殖细胞（如精子）之间完成转运。“附睾已成为父源性遗传效应的关键位点，可被视为机体潜在的环境传感器，这一点我们必须高度重视。”
分子快照
兰多所说的“环境传感器”与推测的父源性遗传效应机制的第一阶段有关。在该阶段，雄性机体会将自身具体的生活状况，如高脂饮食、高强度运动或毒素接触，转化为分子信号。附睾则会为第二阶段提供转运通道——将这些信号“打包”传递给下一代。
这刚好也是伊莎贝尔 · 曼苏伊（Isabelle Mansuy）的研究切入点。她在苏黎世大学和苏黎世联邦理工学院任职，致力于研究哺乳动物表观遗传效应的分子与细胞机制。
伊莎贝尔·曼苏伊通过五代小鼠模型，追溯了由早期生活创伤所导致的应激反应改变机体代谢通路的机制
曼苏伊主要关注的是在血液中循环的胞外囊泡（EVs），试图借此探究创伤性应激的分子效应被传递给后代的过程。机体内几乎所有类型的细胞都会释放这类囊泡，附睾中的细胞也不例外（附睾小体就是EVs）。EVs内部装载着RNA、蛋白质、脂质和代谢物等多种分子物质。由于EVs可随血液循环抵达机体各处，并且可以穿透细胞膜，因此它们能够为机体组织和生殖细胞之间的分子转运及（这些分子所携带的）生物信号的传递提供潜在途径。值得注意的是，RNA被封装在EVs中时，往往能存活更长时间。
曼苏伊通过在小鼠年幼时将其置于被束缚或与母亲分离等条件下来构建创伤模型。然后，她会检测这些模型生殖细胞中发生的分子变化，这些变化可能会导致类似的创伤后果在创伤亲历者的子代甚至孙代身上显现。
她已经证实，创伤性应激会改变遭受应激的雄性小鼠及其后代的代谢通路，尤其是与脂质相关的通路。此外，她也在童年时期遭受过严重应激的人类身上发现了类似的代谢特征。在小鼠模型中，一些代谢变化历经五代依然可以被检测到——这是一项罕见的、有实验数据支撑的研究发现，表明表观遗传可以逐代传递。
2025年3月，曼苏伊团队在发表于预印本平台bioRxiv上的论文中指出，小鼠体内的EVs可以将循环血液中与早期生活应激相关的特定RNA、代谢物和脂质转运到精子中，进而对后代产生影响。由这些精子发育而来的后代，成年后会出现与应激相关的代谢功能障碍，并且其自身的精子RNA中也携带了这种应激“印记”。曼苏伊团队在论文中总结道：“这些变化揭示了精子RNA修饰与后代表型之间存在机制上的关联。”
表型的转译
目前最难理解的环节，或许是精子携带的分子如何影响成年个体的表型。研究人员开展了相关实验：从目标小鼠（其饲养条件为处于应激环境或健康状态被干预）体内提取出全部精子RNA，然后将这些分离出的RNA注入合子。科尼恩说：“由此诞生的幼崽通常会获得父代的表型。”这表明，仅凭RNA就能将父代的表型传递给子代。
但这究竟是如何发生的呢？在胚胎发育早期，表观遗传过程占据主导地位。当一个受精卵分裂成两个细胞，这两个细胞再继续分裂，如此循环往复时，同一套DNA编码的遗传指令就会经历动态且反复的重编程。发育中的胚胎由此分化出不同的细胞类型，并逐渐形成越来越复杂的机体形态。因此，在早期发育过程中，基因组发生的表观遗传修饰很可能会对成年个体产生显著的后续影响。
科尼恩实验室2024年发表的一项研究表明，精子中的microRNA能够改变小鼠胚胎中的基因表达。他表示，此类实验支持了这样一种观点：子代可以通过父代精子中非DNA分子的转运来继承父源性特征。
初步探索
父亲的身体能够将其自身体验以分子形式进行编码、传递给他的配子并遗传给后代——这一观点已不再像过去那样显得荒诞不经。该领域的众多研究人员虽然承认目前仍存在诸多研究空白，但也乐于大胆推测这一过程背后的机制。
兰多指出：“我们提出的假说认为，附睾能感知内外部环境，并据此调整自身产生的sRNA。然后，这些RNA在受精时会被转运到合子中，调控胚胎早期的基因表达和发育过程，进而影响后代的健康状况和患病风险。”
科尼恩推测，某些RNA一旦进入卵子，就会触发发育基因表达的一系列级联变化，进而使得父代的这些表型显现在子代身上。值得注意的是，尽管精子所含的物质总量（包括RNA的相对含量）远少于卵子，但这个过程依然会发生。
关于父代的经历和行为如何通过表观遗传途径影响其后代这一问题，科学界目前尚未掌握完整的机制。研究人员正在通过一项项实验来拼凑答案，而非在同一组生物体中按顺序验证每一个环节。曼苏伊指出，其中一个研究空白是尚未明确RNA以及其他潜在表观遗传因子在合子中如何调控发育过程中的基因组活性。
“我们如今就像盲人摸象，各自首次描述着这头大象的不同部位。”陈琦说，“但其底层机制几乎必然是由精子RNA密码与其他因素共同作用、协同调控的结果。”
陈琦认为，要在人类身上验证这些发现需要付出巨大努力，但这是将小鼠实验成果转化为“有科学依据的医学建议”的关键。这要求开展经过精心设计的多代追踪实验，监测研究对象的饮食、运动、衰老和环境暴露状况，同时运用先进技术解码精子中携带的分子信息，进而寻找分子层面的生物信息与表型数据之间的强相关性。
即使面临诸多不确定性，研究人员依然在学着相信自己的实验结果，并在此过程中谨慎前行。兰多表示，若研究结论正确，他们将会揭示关于生命的一个新奥秘。每当想到自己的两个儿子，他都不禁思考：若能在孩子出生前、自己更年轻时作出不同的行为选择，是否能改变自身的RNA图谱，进而影响到如今的他们？
兰多坦言：“我们目前所掌握的知识尚不足以支撑给出相应的指导性建议，但未来或许能实现。”
资料来源 Quanta Magazine
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本文作者伊万·阿马托（Ivan Amato）是一名科学作家，创作题材广泛，从身怀剧毒的毛虫到人造景观所使用的各类材料，再到冷战时期的秘密技术，均有涉猎
