肥胖大流行——一颗表观遗传定时炸弹?

第二次世界大战结束时,德国的封锁使450万荷兰人挨饿。从那以后,科学家们一直在研究这场饥荒的影响。他们已经发现……
2017年1月18日

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第二次世界大战结束时,德国的封锁使450万荷兰人挨饿。从那以后,科学家们一直在研究这场饥荒的影响。他们发现了母亲的饥饿如何导致儿童的脂肪储存代谢。自第二次世界大战以来,西方进入了一个前所未有的食物丰富的时期,因此这种新陈代谢变化的影响以一种意想不到的方式变得突出。这种“饥饿模式”的新陈代谢会导致肥胖,甚至会遗传给以前营养不良的人的孙辈。肥胖本身也可以在怀孕期间激活一种功能类似的新陈代谢,这种新陈代谢会促进肥胖,而且似乎是可遗传的——至少对孙辈来说是如此。除非我们能打破这个循环,否则肥胖的母亲会有肥胖的孩子和孙子,他们的孩子和孙子又会有肥胖的孩子和孙子——使这个问题持续下去,并使我们的后代负担肥胖导致的生活质量和数量的下降。

目前,如果不有人告诉你肥胖的危害,你就不可能与媒体接触。它与二型糖尿病、心脏病、癌症、中风、骨关节炎和许多其他降低生活质量的疾病有关,如果不是威胁的话。事实上,它可能是发达国家可预防死亡的主要原因。令人担忧的是,肥胖症正在蔓延,似乎正在失去控制。1980年至2014年间,全球肥胖人数翻了一番。英国特别容易患这种疾病——2015年,36%的成年人超重,另有27%的人肥胖。如果目前的趋势继续下去,到2050年,英国60%的男性、50%的女性和25%的儿童将会肥胖。这些数字令人震惊,政府、健康专业人士和活动人士都做出了反应——英国现在征收含糖饮料税,全国各地都有帮助人们减肥的倡议,肥胖带来的危险也越来越大。我们是否真的考虑过肥胖会对我们未出生的孩子和孙辈产生什么影响?

荷兰饥荒,或“饥饿的冬天”,发生在1944/45年冬天的德国占领的荷兰地区。德国的封锁切断了食品和燃料的运输,造成了可怕的后果。黄油、奶酪和肉类供应迅速售罄,甚至在黑市上也是如此。到饥荒结束时,400克面包和1公斤土豆构成了一整个星期的口粮——每天的热量只有区区580卡路里。人们沦落到只能吃郁金香球茎和草。450万人受到影响,其中2万多人被认为死于饥荒。

第二次世界大战的这一毁灭性后果,现在支持了我们对怀孕母亲饥饿对未出生的孩子的影响的大部分科学理解。从饥荒中幸存下来的人都是营养良好的人群,他们都在同一时间经历了一段营养不良的时期。荷兰拥有出色的记录保存和世界一流的医疗保健,使科学家能够研究饥荒对后代的影响。

研究的第一件事是饥荒期间在子宫里的孩子的出生体重。研究结果是微妙的——如果母亲在怀孕初期吃得足够多,但在怀孕的最后几个月营养不良,那么婴儿出生时就很小。然而,如果她只是在怀孕的头几个月营养不良,但后来吃得很好,她更有可能生下一个正常大小的婴儿。但这些儿童长大后肥胖率高于平均水平。然而,出生时很小的婴儿一生都很小,尽管他们可以随心所欲地获得食物。

现在人们认为,人类已经进化出某种机制来改变胎儿在子宫里的代谢特征。这在进化上是有意义的——能够告诉胎儿是否有饥荒将是一个巨大的选择优势——胎儿不会浪费资源,会有更好的生存机会。那些在怀孕初期就营养不良的母亲会这样做。当饥荒结束时,这些开启“饥饿模式”的婴儿会尽可能多地储存能量,为下一次饥荒做准备。尽管后来食物变得越来越丰富,但这种代谢特征仍然存在,因此肥胖率更高。对于那些在怀孕后期营养不良的母亲来说,要真正改变婴儿的新陈代谢并开启“饥饿模式”已经太晚了。许多科学家认为,这个窗口期在受精后的第7周关闭。他们的孩子长得很小,只是因为没有足够的食物,成年后健康状况不佳。

令人惊讶的是,科学家们发现,即使是在怀孕早期挨饿的母亲的孙辈,其肥胖率也高于平均水平。这让他们着迷。发生在祖母身上的事怎么还会影响到孙子?许多科学家认为这是通过…过程来控制的表观遗传学.你体内几乎每个细胞都含有相同的DNA和基因,但它们的功能和外观却截然不同。从广义上讲,表观遗传学通过在不同的环境下开启和关闭不同的基因来确保不同类型的细胞(如神经细胞和皮肤细胞)保持不同。最流行的假设是,荷兰饥荒中母亲们经历的饥饿会在她们的孩子身上留下表观遗传指纹,开启了持续几代人的“饥饿模式”。然而,早期胎儿含有所谓的“生殖”细胞,这些细胞将继续发育成卵子和精子。事实上,女性出生时卵巢里就已经有了一生所需的卵子。所以很有可能荷兰饥荒期间的饥荒也直接影响了孙辈,开启了代谢性饥饿模式,也许是通过表观遗传学。为了真正回答这个问题,科学家们需要等到荷兰饥荒幸存者的足够多的曾孙成年。荷兰饥荒的实验复制(在动物身上)基本上是不确定的。很少有研究调查了足够数量的世代,以确定这种表观遗传指纹是否真的可遗传。 It is also difficult to model the influence that our modern world, with its overabundance of food, has on small rodents in cages in extremely controlled environments.

然而,代谢指纹的潜在遗传性令人担忧。流行病学家观察到,肥胖的母亲(和父亲)更有可能生下肥胖的孩子。奇怪的是,营养不良和肥胖的母亲似乎都能传递类似的导致肥胖的代谢行为。此外,大多数证据表明,肥胖母亲和饥饿母亲改变孩子代谢特征的机制是相同的。人们希望这种代谢指纹可以在重孙身上重置,前提是他们的子孙不会经历肥胖。尽管实验室的研究通常没有使用足够多代的老鼠来确定这种代谢指纹是否可以。

“饥饿模式”导致肥胖的代谢指纹是否可以重置,这个问题与公共卫生的更大问题极为相关。我们国家的腰围确实在扩大。到2050年,我们预计超过一半的英国成年人会肥胖。我们知道肥胖的母亲更有可能有肥胖的孩子和孙子,因为一种表观遗传机制开启了脂肪储存代谢。如果这个指纹不能被重置,那么我们就有可能制造一个基因定时炸弹,在这个食物丰富、久坐不动的世界里,我们的后代将陷入促进新陈代谢的肥胖。即使一位肥胖的母亲只在她的子孙后代身上留下了导致肥胖的表观遗传指纹,我们仍然需要打破这个循环。除非我们这样做,否则肥胖的母亲将会有肥胖的子女和孙辈,而这些子女和孙辈又会有肥胖的子女和孙辈,从而使这个问题永世长存,并给后代带来同样的负担。这是值得思考的……

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