EMBO | 父親一上年紀(jì)，精子先“斷崖式衰老”？最新研究發(fā)現(xiàn)重要衰老信號

近年來，高齡父親比例不斷攀升，而科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，父親的年齡增長會提升后代出現(xiàn)代謝紊亂、神經(jīng)精神疾病甚至行為異常的風(fēng)險。這背后隱藏著怎樣的生物學(xué)秘密？

傳統(tǒng)研究多聚焦于精子DNA損傷或甲基化變化，但最新科學(xué)研究揭示，精子中一組曾被忽視的“信使”：小非編碼RNA（sncRNA），可能是傳遞父親年齡信息的關(guān)鍵載體。

近日，一項(xiàng)發(fā)表于The EMBO Journal的研究，利用突破性技術(shù)，首次在人類和小鼠精子中捕捉到了一種前所未有的“斷崖式”衰老信號。

隨著社會發(fā)展和婚育年齡推遲，高齡父親已成為全球普遍現(xiàn)象。大量流行病學(xué)及動物模型研究表明，父親年齡增長與后代多種健康問題存在關(guān)聯(lián)。以往，科學(xué)家主要從精子DNA完整性和表觀遺傳修飾（如DNA甲基化）角度探索其機(jī)制。然而，近年研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物精子攜帶的豐富小非編碼RNA（包括miRNA、tsRNA、rsRNA等）及其修飾，在介導(dǎo)父源環(huán)境信息（包括衰老）跨代傳遞中扮演著關(guān)鍵角色，形成了獨(dú)特的“精子RNA密碼”。

但是，由于這些RNA分子上存在廣泛的化學(xué)修飾，傳統(tǒng)測序技術(shù)無法全面、準(zhǔn)確地捕獲它們，導(dǎo)致對精子衰老過程中RNA動態(tài)變化的認(rèn)識一直模糊不清。本研究旨在利用一種能克服RNA修飾檢測瓶頸的全新測序技術(shù)：PANDORA-seq，精確描繪小鼠和人類精子在整個生命周期中小非編碼RNA的全景圖譜，以期發(fā)現(xiàn)精子衰老的可靠生物標(biāo)志物，并探究其潛在功能。

核心方法：PANDORA-seq技術(shù)突破

研究團(tuán)隊(duì)采用了他們自主研發(fā)的PANDORA-seq技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢在于能夠有效消除RNA修飾對測序的干擾，從而捕獲到傳統(tǒng)方法無法檢測到的大量tsRNA和rsRNA，真正實(shí)現(xiàn)了對精子小RNA組的無偏倚全景分析。

小鼠精子中的“衰老懸崖”

研究人員對不同年齡段（10至90周齡）小鼠的精子進(jìn)行了分析。通過PANDORA-seq，他們發(fā)現(xiàn)了一個驚人的現(xiàn)象：在50周齡到70周齡之間，精子（尤其是精子頭部）中的tsRNA和rsRNA組成發(fā)生了劇烈而突然的轉(zhuǎn)變，形成了一個清晰的“衰老懸崖”，將早期衰老（10-50周）與晚期衰老（70-90周）截然分開。這一劇烈變化是傳統(tǒng)測序方法完全無法觀察到的。

精子頭部rsRNA的長度變化：一個保守的衰老標(biāo)志

更細(xì)致的分析揭示了一個獨(dú)特且關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)：隨著小鼠年齡增長，其精子頭部（而非整個精子）中rsRNA的“長度分布”發(fā)生了系統(tǒng)性改變：較長的rsRNA片段相對增加，而較短的片段相對減少。這種變化在來源于核糖體28S和18S rRNA的rsRNA中尤為顯著。令人驚訝的是，在精子頭部樣本中，盡管已完全去除了含有線粒體的精子尾部，研究人員仍然檢測到了線粒體來源的tsRNA和rsRNA，暗示這些RNA可能從線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核，參與衰老的信號傳遞。

人類精子中同樣存在rsRNA長度變化

為了驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)在人類中的普遍性，研究團(tuán)隊(duì)分析了兩個獨(dú)立的人類精子樣本隊(duì)列（包括縱向和橫斷面研究）。結(jié)果顯示，人類精子頭部rsRNA同樣表現(xiàn)出與年齡相關(guān)的長度分布變化，其趨勢與小鼠完全一致：長者增多，短者減少。這表明，rsRNA的長度變化是哺乳動物精子衰老過程中一個進(jìn)化上保守的分子特征。

衰老相關(guān)的sncRNA能重編程胚胎干細(xì)胞基因表達(dá)

這些變化的RNA分子是否具有功能？研究團(tuán)隊(duì)合成了兩組分別模擬“年輕”和“年老”精子RNA特征（tsRNA和rsRNA的組合），并將其轉(zhuǎn)染到小鼠胚胎干細(xì)胞（mESCs）中。RNA測序分析發(fā)現(xiàn)：

1.“年老”組合顯著改變了mESCs的基因表達(dá)譜。

2.受影響的基因通路主要集中在代謝過程（如脂肪酸代謝、糖酵解）、線粒體功能（如氧化磷酸化）以及神經(jīng)退行性疾病相關(guān)通路（如帕金森病、阿爾茨海默病）。

3.這些通路變化與之前報(bào)道的、由年老精子所生后代中觀察到的代謝和神經(jīng)表型高度吻合。這證明，衰老精子中特定sncRNA譜的變化，具備調(diào)控早期胚胎基因表達(dá)并影響后代健康的潛在能力。

總結(jié)

這項(xiàng)研究借助革命性的PANDORA-seq技術(shù)，首次繪制了精子衰老過程中小非編碼RNA的動態(tài)全景圖，并取得了多項(xiàng)突破性發(fā)現(xiàn)：

1）揭示了精子tsRNA/rsRNA組成存在“斷崖式”轉(zhuǎn)變的“衰老懸崖”；

2）發(fā)現(xiàn)了在小鼠和人類中均保守存在的、精子頭部rsRNA長度隨年齡增加而變化的全新生物標(biāo)志物；

3）證實(shí)了模擬年老精子特征的sncRNA能夠重編程胚胎干細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組，影響與后代疾病相關(guān)的代謝和神經(jīng)通路。

這些發(fā)現(xiàn)不僅為理解父親年齡影響后代健康的分子機(jī)制提供了全新視角，揭示了“精子RNA密碼”在衰老過程中的關(guān)鍵變化，更重要的是，rsRNA長度變化這一保守特征，有望開發(fā)為評估人類精子衰老和生育質(zhì)量的臨床新型生物標(biāo)志物。未來，進(jìn)一步探索驅(qū)動這些RNA變化的源頭（如氧化應(yīng)激）及具體作用機(jī)制，將有助于開發(fā)干預(yù)策略，為促進(jìn)健康的跨代遺傳帶來新希望。

來源：Shi J, Zhang X, et al. Conserved shifts in sperm small non-coding RNA profiles during mouse and human aging. EMBO J. 2026 Jan 20.

主編微信

注：添加微信請備注昵稱+單位+研究

微信學(xué)科討論群：病毒學(xué)群，神經(jīng)科學(xué)群、臨床醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)科群、碩博交流群和醫(yī)藥投資交流群（微信群審核要求較高，請各位添加主編后主動備注單位研究方向）