畜禽养殖过程中,受到病原微生物的入侵、机械作用或化学物质的影响,导致组织破损和细胞损伤,都伴随着机体的急性或慢性炎症反应。炎症的发生导致畜禽的发病率、死亡率和药物成本的巨大上升,严重影响畜禽的品质,最终降低生产效率。此外,炎症还可影响畜禽生殖细胞发育的微环境,导致生殖细胞质量下降。然而,种畜炎症状态下,生殖细胞携带的表观遗传信息是否改变,并影响子代健康,尚未见报道。本研究以小鼠为模型,探究雄性动物交配前炎症反应对子代生理特征的影响,并深入探究炎症对精子中表观遗传信息的影响及其介导的跨代遗传效应。在理论上揭示炎症诱发的精子表观遗传信息变化在父-子信息传递中的作用机制,在生产中为提高畜禽精子质量、提升养殖效率提供指导。为探究雄鼠交配前炎症对子代代谢特征的影响,通过腹腔注射脂多糖的方法建立雄性小鼠炎症模型,再与正常雌鼠交配,观察子代小鼠的代谢特征。结果表明,炎症雄鼠子代(Inf-F1)雄鼠较对照组(Con-F1)生长更快,从第8周到12周体重显著高于Con-F1。葡萄糖耐受试验(GTT)显示Inf-F1糖耐量曲线下面积(AUC)显著升高,表明Inf-F1小鼠葡萄糖不耐受。同时发现,Inf-F1子代雄鼠附睾脂重量显著增加,脂肪/肌肉比显著升高,脂肪细胞面积显著增大,表明雄鼠交配前炎症使其子代更易肥胖。进一步研究发现,腓肠肌细胞总葡萄糖转运蛋白4(Glut4)差异不显著,但Inf-F1雄鼠腓肠肌细胞膜蛋白中Glut4较低,同时免疫荧光染色显示Inf-F1腓肠肌细胞中Glut4弥散分布在胞浆中,而对照组Glut4主要分布在细胞膜上。转录组测序结果显示,Inf-F1雄鼠Ⅱ型糖尿病相关通路基因显著上调。综上,雄鼠交配前炎症导致子代雄鼠出现肥胖、葡萄糖不耐受等代谢紊乱特征。研究表明,精子携带的tRNA衍生的小RNA(tRNA-derived small RNAs,tsRNA也称为tRNA的片段,t RFs),介导了父代高脂诱导的子代代谢紊乱。但是,炎症状态下,精子tsRNA的组成是否改变,是否介导父-子信息传递,尚不清楚。实验中发现,炎症状态下,小鼠附睾头血管生物素(Angiogenin,Ang)也就是tsRNA生成关键酶显著上调。于是,本研究利用Ang-/-小鼠探究Ang介导tsRNA生成在雄鼠交配前炎症影响子代代谢特征中的作用。GTT显示Ang+/+雄鼠交配前炎症的子代(Ang+/+Inf F1)糖耐量AUC显著高于Ang+/+对照组(Ang+/+Con F1)、Ang-/-对照组(Ang-/-Con F1)以及Ang-/-炎症组(Ang-/-Inf F1)雄鼠。此外,Ang+/+Inf F1出现附睾脂重显著增加,脂肪/肌肉比显著升高,脂肪细胞面积显著增大等表型,而Ang-/-Con F1与Ang-/-Inf F1相比,附睾脂重、脂肪/肌肉比、脂肪面积差异均不显著。以上结果表明,Ang在父代炎症诱导的子代代谢紊乱中发挥关键作用。为了探究炎症及Ang对精子tsRNA组成的影响,收集精子15-40 ntRNA进行小RNA测序。研究发现,Ang+/+Inf小鼠精子中的30-40 nt RNAs相较于对照组显著增加,Ang-/-Con和Ang-/-Inf小鼠精子中30-40 nt RNAs少于野生型小鼠。其中,部分tsRNA在全身性炎症下表达丰度显著上调,将Ang敲除后tsRNA上调不显著,如tsRNA-Gly、tsRNA-iMet等。利用northern blot对测序结果进行验证,发现tsRNA如tsRNA-Gly-GCC表达丰度在全身性炎症下上升,Ang敲除后上升不显著。上述结果表明,Ang参与炎症状态下精子tsRNA组成变化的过程。为了进一步验证Ang介导的精子tsRNA生成在父代炎症诱导子代代谢紊乱中的作用,收集了Ang+/+Con、Ang+/+Inf、Ang-/-Con和Ang-/-Inf小鼠精子中30-40 nt RNAs,对受精卵进行雄原核注射,同时注射水作为空白对照组。发现胚胎注射Ang+/+Inf精子30-40 nt RNAs所产雄性个体,GTT糖耐量AUC显著高于其他四组,而注射Ang-/-Inf精子30-40 nt RNAs所产雄性个体与对照组相比差异不显著。同时,胚胎注射Ang+/+Inf精子30-40 nt RNAs所产雄性个体脂肪/肌肉重比显著高于其他组。以上结果表明,将雄鼠精子中30-40 nt RNAs注射至正常受精卵中可模拟炎症诱发子代葡萄糖不耐受的现象,而注射Ang敲除可阻断上述现象。综上,Ang介导精子tsRNA生成在父系炎症诱发子代代谢紊乱中扮演关键角色。综上所述,雄鼠交配前炎症诱发F1代雄鼠表现出葡萄糖不耐受、肥胖等代谢紊乱现象;炎症状态下,附睾头tsRNA生成酶Ang上调,Ang敲除可阻断交配前炎症诱发
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