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曾受真菌感染父輩老鼠 可遺傳異源免疫力至後代、改變炎症相關基因活動

受病原體感染後會否影響後代的免疫力?最新刊於《自然免疫學》的研究就發現,曾受真菌感染或受到真菌化合物刺激的雄性老鼠,能將相關改善了的免疫力和免疫反應遺傳到後幾代,顯示遺傳內容並不只有 DNA 序列。

過去的研究已顯示,環境影響也會傳給下一代。例如在荷蘭 1944–1945 年曾因納粹德軍佔據而造成嚴重饑荒,捱過該冬季出生的孩童有明顯新陳代謝率變化,作為對食物短缺的適應,這批人口有更高的患糖尿病和肥胖風險。

表觀遺傳 (epigenetics) 研究正正在分子水平上研究這類遺傳與環境的關係,以檢驗基因功能的變化。有參與研究的波恩大學生命與醫學科學研究所副教授 Andreas Schlitzer 解釋,並非所有 DNA 區域都可以平等地讀取遺傳訊息。他舉例指,如果受甲基組 (methyl groups) 影響,基因則無法被正確讀取。過去亦已在植物和無脊椎動物中證明了,感染抗性可被遺傳給下一代。團隊現在則首次深入研究了先天免疫系統的影響,是否也會傳給哺乳類動物的後代。

未知免疫力實際遺傳機制

團隊首先以常見真菌白色念珠菌 (Candida albicans) 感染雄性老鼠。當牠們康復後,會與完全健康的雌性交配。團隊將這些老鼠後代,與由之前未感染過白色念珠菌的雙親誕下的老鼠後代進行比較。為了確認全部後代的免疫系統狀態,團隊會用大腸桿菌與李斯特菌感染後代雄性老鼠。

團隊發現,有感染過白色念珠菌父親的雄性後代,比來自無感染過該真菌的後代,對大腸桿菌與李斯特菌有更顯著的免疫力,顯示父輩在免疫力的遺傳明顯影響後代。

團隊進一步檢查典型免疫細胞如白血球中的單核球 (monocyte) 或嗜中性白血球 (neutrophil),以了解父親如何將免疫力傳到後代。團隊發現這些免疫細胞水平在兩組後代中都無分別,但在父輩有感染的後代中,主要組織相容性複合基因 (major histocompatibility complex, MHC) II 類分子活動被上調,激活了部分免疫系統;這組後代中炎症相關基因的活動亦有上調,而其炎症相關的基因在單核球前體中比父輩無感染的後代更易被閱讀,表明父輩的感染,能在後代的單核球前體表觀遺傳上重新出現。

團隊亦發現,父輩有感染的後代對炎症過程和單核球成熟很重要的基因區域中,出現較少的甲基組基因阻斷。不過這些基因標記如何隨精子到達許多免疫細胞的發源地骨髓,仍有待進一步研究。另外,團隊亦未清楚一樣的表觀遺傳反應會否在人類出現,但 Schlitzer 強調所涉及的免疫系統機制和細胞在老鼠和人類中非常相似。

來源:
Eurekalaert!, Epigenetics: Immunization is passed on to offspring, 18 October 2021

報告:
Katzmarski, N., Domínguez-Andrés, J., Cirovic, B. & et al. (2021). Transmission of trained immunity and heterologous resistance to infections across generations. Nat Immunol. doi: 10.1038/s41590-021-01052-7

文/Alan Chiu

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