多项小鼠实验证实：精子会携带男性过往生活经历留下的印记，进而影响子代的生理特征，而核糖核酸（RNA）片段是此类表观遗传效应的载体。
一个晴朗的午后，南京大学的生物化学家殷鑫正在给一群小鼠当私人教练。他把小鼠一只一只地放到微型跑步机（起始速度较为缓慢）上，并逐渐增加跑步机的速度。这些同窝出生的小鼠天生耐力出众，相较于普通的实验鼠，它们跑得更远，体内乳酸堆积也更少。它们速度超群的秘诀并非源自基因，因为它们和对照组小鼠有着相同的基因背景，也从未受过任何特殊训练。它们的体能似乎源于被孕育前父亲就已形成的锻炼习惯。这项实验表明，运动不仅有益于自身健康，还可能惠及尚未出世的子代。
殷鑫表示：“第一次看到实验数据时，我十分震惊。”其团队分析了坚持运动的雄鼠的精子，发现它们精子中的微RNA含量高于那些不怎么锻炼的同窝雄鼠。科学家将含有此类微RNA的分子注射到无亲缘关系的小鼠胚胎内后，繁育出的幼鼠同样拥有卓越的运动能力，且在体质方面与运动型雄鼠的子代别无二致。
相关研究成果于2025年发表，进一步验证了一个观点：精子不仅仅是运送DNA与卵子结合的载体。过去二十年间，多项小鼠实验表明，精子内微RNA和其他类型RNA片段的含量会因多种因素发生波动。这些因素包括运动、久坐、高脂/高糖饮食、长期压力、童年创伤、酗酒以及接触农药等。伴随着这些变化，研究人员记录了这些雄性的子代在发育、代谢方面发生的改变，以及罹患抑郁症的不同风险。
尽管在人类样本中开展相关研究难度很高，但研究人员已经记录到男性精子中RNA片段含量的波动情况，研究对象涵盖不同状态的男性，包括运动与不运动的、吸烟与不吸烟的、摄糖过量与摄糖合理的，以及患有肥胖症、童年经历过创伤的。研究还表明，超重或长期承受精神压力的父母，他们的孩子也更容易出现此类健康问题。
然而，在此之前，绝大多数将精子小RNA与环境因素及其对子代的影响联系起来的研究，都停留在相关性层面。为了明确因果关系，研究人员曾尝试将RNA直接注射到胚胎中，但实验中所用的RNA在浓度上远高于精子内的正常水平。实际上，之前的研究甚至连RNA片段的确能进入受精卵的证据都没有收集到。尽管谜团依然存在，但近期的研究给出了一个关键结论：父源性RNA片段不仅能被送入受精卵中，它们在精子中的含量也足以改变子代的生理特征。
表观遗传效应
早在20世纪60年代，研究人员就发现父亲的生活方式对子代有影响，但直到几十年后，学界才开始用动物模型开展系统性的实验研究。如今，研究人员虽然坚信这种影响确实存在，但尚未完全厘清传递机制。他们认为，核心在于基因活性的调整（一种表观遗传现象）。此类调整在正常发育过程中也会发生，因为组织和器官需要分化形成各自的独特功能，这就需要激活或沉默一些基因。表观遗传变化会贯穿人的一生，诱因包括接触某些化学物质、吸烟，甚至是运动、压力、高脂饮食等因素。这些变化可以发生在多种体细胞中，包括那些最终发育成精子的生殖细胞。
随着越来越多的证据表明精子能够将父系的“环境信息”传递给子代，研究人员开始探讨其背后的表观遗传机制。他们探索了两种可能的途径：一是甲基基团，当它们在基因上累积时，会抑制基因活性；二是乙酰基团，它们附着于周围缠绕着DNA的组蛋白上，通常会增强周边基因的活性。但是，实际上甲基基团难以传递给下一代，因为受精卵在胚胎开始分裂之前，会抹除父母双方染色体上大部分的此类标记。与此同时，成熟的精子也会用自身蛋白替换绝大多数组蛋白，这就限制了通过乙酰基团这一方式传递信息。
目前来看，小RNA携带环境信息的观点拥有最直接的证据支撑。小RNA虽然寿命短暂，但不会像其他表观遗传标记那样被轻易清除掉。这些微小的核酸片段会随着环境变化而发生改变，然后进入精子细胞中。
最初，研究人员认为这些小分子是精子在睾丸内合成的。在睾丸中，生殖干细胞会逐步分化为尚不具备受精能力和运动能力的未成熟精子。但问题是，在发育过程中，精子会大幅精简其内部结构，最终仅保留含父系染色体的细胞核以及为精子游向卵子提供能量的线粒体。
精子离开睾丸后，会在附睾内停留约两周，在此期间获得受精与运动能力
2016年，马萨诸塞大学陈医学院表观遗传学家奥利弗 · 兰多（Oliver Rando）实验室的博士后研究人员科林 · 科宁（Colin Conine）、乌帕斯娜 · 夏尔马（Upasna Sharma）等人获得了突破性发现。他们研究了低蛋白饮食喂养的雄性小鼠的精子分子，发现从睾丸中取出的精子和从附睾中取出的精子所携带的RNA“货物”并不相同。附睾是将精子运送出睾丸的迂曲管道，附睾管腔中的微小囊泡即附睾小体。他们观察到，附睾小体携带的RNA片段竟与成熟精子中的RNA片段高度吻合。
研究团队随后证实了自己的猜想：精子在沿附睾移动的过程中，从附睾小体中获取了储存着父系环境信息的小RNA。其他研究团队也陆续报告称，随着环境发生变化，啮齿动物的精子在沿附睾移动的过程中会发生小RNA的重构。其中一项研究表明，在雄鼠受精两周前——此时精子已进入附睾发育阶段——通过外源性化学物质激活其应激反应仍会导致繁育出的后代出现代谢异常。
随着研究不断推进，支持附睾介导这一表观遗传机制的证据越来越充分。2020年的一项研究利用应激小鼠的附睾小体体外处理精子，最终繁育出具有焦虑表型的幼鼠。同年的另一项研究表明，经“酗酒”雄鼠的附睾小体与未接触酒精的雄鼠精子共同孵育，得到的幼鼠能够复现“酗酒”雄鼠子代的特征。而在2026年4月发表的一项研究中，科宁（现在是美国宾夕法尼亚大学的发育生物学家）团队发现，附睾小体还会向精子转运部分父源性信使RNA——这是细胞合成蛋白质的模板分子。
关于RNA来源的争议
相关研究已持续二十年，但目前仍存在诸多无法解释的疑点。都柏林圣三一学院遗传与神经科学家凯文 · 米切尔（Kevin Mitchell）表示：“这些未解之谜非常关键，所以我对这些结论一直持怀疑态度。”其中一个原因是，几乎没有直接证据证明是精子将RNA转送到受精卵的，因为一般很难分辨受精卵内的RNA片段究竟来自父亲还是母亲。德国慕尼黑亥姆霍兹研究中心的分子表观遗传学家、生理学家拉斐尔 · 泰佩里诺（Raffaele Teperino）说：“这也是学界对表观遗传机制最大的质疑之一。”
2024年，一项重要的研究成果发布：泰佩里诺实验室选用了线粒体DNA差异足够显著的两个小鼠品种，以便研究人员精准区分特定RNA片段的亲本来源；在此基础上，他们在早期胚胎中明确检测出来自父本的RNA片段。但泰佩里诺坦言，仅凭一项研究不足以消除所有质疑。
证实父源性RNA能进入卵细胞只是解决了问题的一部分。卵子的体积是精子的成千上万倍，所以精子内部的小RNA含量放在卵子中来看更是微不足道，何以对子代产生实质性影响？兰多在2025年发表于《生物化学年鉴》（Annual Review of Biochemistry）上的一篇文章中分析了父源表观遗传效应的研究现状，并指出：“RNA稀释问题是质疑父源遗传效应最有力的论据。”
精子在附睾中获取小RNA。啮齿动物研究表明，生活方式会改变这类RNA分子；受精过程中，这类分子可能会传递给子代
不过，科宁及其同事在2026年3月发布的一篇预印本文章中提及，他们给处于发育早期的小鼠胚胎注射了一种微RNA——它在酒精摄入量较大的雄鼠精子中含量更高，由此得到的幼鼠出现了与父源性胎儿酒精综合征相关的颅面畸形问题（该现象在人类中已有文献记载）。
研究人员往胚胎里注射了200个此类微RNA分子——这一剂量与精子细胞正常携带的含量一致——幼鼠便出现了该综合征的症状。他们进一步阐明了机制：这些小RNA能够与一种抑制性酶——Argonaute酶结合，抑制胚胎中特定基因的表达，并触发一连串基因活性的级联变化，进而调控胚胎发育的生物学过程。当研究人员提高注射剂量后，发育异常现象也随之变多。
科学家尚不清楚雄性个体的经历如何调控特定微RNA在精子中的含量，以及它们如何在子代身上诱发特定效应。有一种观点认为，父源遗传效应的影响范围可能比目前认知的更加广泛，毕竟大多数研究仅关注少数特征。兰多提出，这类大范围的生理改变可能通过调节胎盘实现。子宫内营养不良的小鼠与父亲生活方式不良的小鼠在生理特征上高度相似，这说明精子RNA可能会调控胎盘功能，从而对子代的行为和代谢产生影响，如导致焦虑、体重异常、血糖调节紊乱。
泰佩里诺认为，无论具体机制如何，已有足够证据表明我们需要对生育责任进行重新划分。“现在几乎所有责任都落在了女性身上。夫妻备孕时，医生会给准妈妈罗列各类注意事项，但这套观念已经过时，备孕指导应当同时覆盖夫妻双方。”
资料来源 Knowable Magazine