Adv Sci|武汉大学汪晖团队揭示父体孕前咖啡因暴露影响雌性子代青春期发育的精子表观遗传机制

精子不仅携带 DNA 序列，也携带DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传信息。父亲在受孕前经历的营养失衡、慢性应激、烟酒暴露或其他生活方式因素，可能改变这些精子表观遗传信息，并在受精后参与胚胎和器官发育调控。

咖啡因广泛存在于咖啡、茶、能量饮料、巧克力及部分药品中，是育龄男性常见摄入物。既往研究提示，长期咖啡因摄入可能影响精子质量，并可通过激活下丘脑-垂体-肾上腺轴升高糖皮质激素水平。然而，这种父体内分泌状态是否会通过精子影响子代卵巢发育和青春期启动，此前缺乏系统机制研究。

性早熟是儿童内分泌领域的重要问题。青春期提前不仅意味着第二性征过早出现，还可能伴随骨龄加速、最终身高受损、心理和社会适应压力增加，并与成年后的代谢异常、生殖功能障碍及部分激素依赖性疾病风险相关。

与由中枢下丘脑-垂体-性腺轴提前启动所致的中枢性性早熟不同，PPP主要表现为性腺或其他组织自主产生过多性激素。其病因复杂，部分患儿难以找到明确单一诱因。因此，寻找可干预的早期因素，需要把研究视野从儿童自身和母体孕期环境进一步前移至父母双方的孕前阶段。

研究团队建立父体孕前咖啡因暴露模型（PPCE），并使暴露周期覆盖完整精子发生过程。结果显示，雌性子代出现阴道开放提前、动情周期延长、血清雌二醇升高、FSH/LH降低等改变；同时，下丘脑GnRH表达未见升高，提示该表型主要来源于外周性性激素生成增强，而非中枢性青春期提前。

卵巢转录组和组织学分析显示，PPCE 子代在胎儿期已出现卵巢发育与甾体合成通路异常，StAR、P450scc、CYP17A1 等关键甾体合成分子在出生前后持续升高。这说明父体孕前暴露的影响并非只在青春期突然出现，而可能在卵巢发育早期已被编程。

通过整合父代精子DNA甲基化组、子代胎儿卵巢转录组和印记基因数据库，研究团队锁定了Gnas印记控制区(ICR)。PPCE父代精子Gnas-ICR甲基化升高；在雌性子代卵巢中，Gnas-ICR甲基化升高与Nespas表达降低、Gnas表达升高相伴出现。

Gnas编码刺激性G蛋白α亚基，是内分泌组织cAMP信号通路的重要上游节点。研究发现，PPCE子代卵巢Gnas上调伴随cAMP/PKA/CREB信号激活，CREB与StAR启动子结合增强，推动卵巢甾体合成和雌激素生成。进一步证实，卵巢Gnas过表达可部分复制PPCE样表型，而Gnas敲低可缓解相关异常。

PPCE可导致父体血糖皮质激素水平持续升高，并增强睾丸中GR与DNMT3B的表达、相互作用及其在 Gnas-ICR区域的富集。体外实验提示，皮质酮（而非咖啡因本身）可激活GR/DNMT3B相关反应。父体给予GR 拮抗剂 RU486后，可部分减轻精子和子代卵巢Gnas-ICR甲基化改变，并缓解子代 PPP样表型。

为尽可能排除父体行为和母体妊娠环境等混杂因素，研究团队采用体外受精实验，将暴露父体的精子与未暴露雌鼠的卵母细胞结合。结果显示，由暴露父体精子形成的胚胎，其雌性胎鼠卵巢仍出现发育异常、Gnas 上调和甾体合成基因增强，说明父体精子携带的信息能够参与子代早期卵巢发育改变。

此外，相关表型在父系F2代（孙女）中仍表现出一定持续性，而母系F2代（外孙女）未见类似明显改变。这些结果支持父系持续性的存在，可以准确认为：PPCE相关卵巢内分泌编程在本动物模型中表现出父系持续性。

该研究由武汉大学基础医学院药理学系、武汉大学中南医院妇产科、武汉大学中南医院耳鼻咽喉头颈外科及发育源性疾病湖北省重点实验室共同完成。黄晶、陈璐为论文共同第一作者，汪晖教授为通讯作者。团队长期围绕发育源性疾病、父源性暴露、精子表观遗传编程及子代生殖内分泌发育开展系统研究。

论文题目：Paternal Sperm Gnas-ICR Epigenetic Programming Contributes to PPP-Like Phenotypes in Female Offspring

发表期刊：Advanced Science

作者：Jing Huang, Lu Chen, Tiancheng Wu, Yating Li

通讯作者：Prof. Hui Wang

单位：武汉大学中南医院妇产科；武汉大学中南医院耳鼻咽喉头颈外科；发育源性疾病湖北省重点实验室；武汉大学基础医学院药理学系

全文链接：https://doi.org/10.1002/advs.76434