哺乳動物首度發現!抗細菌感染保護力可遺傳至後代

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表觀遺傳(epigenomics)指的是不改變基因序列的前提之下影響基因表現,常見機制包含 DNA 甲基化(methylation)和組蛋白(histone)修飾,也就是說環境對基因造成的更動,有可能遺傳給後代。例如母親在飢荒環境下懷胎的兒童,其代謝功能相較一般人能適應食物短缺,但也因脂肪過度累積更易罹患糖尿病、肥胖。

表觀遺傳的影響還包含親代在經歷細菌感染後,免疫功能遺傳給子代的現象。過去研究已針對植物、無脊椎動物探討過這項機制。近期荷蘭拉德堡德大學(Radboud University)團隊的研究,則首度提出哺乳動物先天免疫系統的表觀遺傳現象,證實受過細菌感染的公鼠,其子代對大腸桿菌的保護力也較佳。相關結果刊登於《Nature Immunology》。

親代感染過白色念珠菌的小鼠可抗大腸桿菌

為了了解真菌感染在免疫功能上造成的遺傳差異,該團隊比較親代公鼠受到會造成口瘡的白色念珠菌(Candida albicans)感染、以及沒受過感染的公鼠,分別以大腸桿菌感染兩種小鼠子代。

結果顯示親代受過白色念珠菌感染的小鼠,對於大腸桿菌抵抗力較好,這些小鼠肺臟與肝臟中的細菌數量較低,且促發炎細胞激素濃度高。此外,親代的免疫保護力甚至能遺傳到第二子代。

精子基因甲基化修飾,調控免疫功能

受過感染的老鼠子代的免疫功能差異主要展現在兩方面:第二型主要組織相容性複合體(Major histocompatibility complex, MHC class II)活性提升、以及單核球前驅細胞(precursor)的表觀遺傳調控。

研究團隊進一步發現小鼠免疫功能改變的原因,是因為受過感染的公鼠精子上有特殊的 DNA 甲基化標記,這種表觀遺傳標記能活化小鼠與發炎相關的基因,並影響骨髓中的免疫細胞發育,例如單核球細胞分化機制。

免疫力調控的表觀遺傳研究

這項研究首度證實在小鼠模型中,免疫力受到表觀遺傳調控,免疫保護力可透過親代遺傳傳遞給小鼠子代,未來仍需要探討公鼠精子的甲基化標記如何影響骨髓中的免疫細胞分化。此外,這項研究指出受細菌感染過的母鼠免疫力也會遺傳子代,也就是除了精子甲基化,仍有其他表觀遺傳機制未被發現。

表觀遺傳顛覆了過去認為只有基因訊息可遺傳至後代的認知,相較基因變動往往需要長期的演化適應,表觀遺傳可在短時間內傳遞親代特徵,對於訓練子代免疫力是一種可能的調控手段。

延伸閱讀:表觀遺傳影響大!大腦神經細胞多樣性的關鍵掌門人

參考資料:
1. Nature Immunology, 2021; https://www.nature.com/articles/s41590-021-01052-7
2. https://www.eurekalert.org/news-releases/931873

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