鞋带头末端的塑料或金属小帽（称为“鞋带头”）能防止鞋带散开并减少磨损，类似地，染色体末端由端粒——一种由重复DNA序列和保护性蛋白质组成的特殊复合物——作为保护帽，确保染色体末端的宝贵遗传信息免于磨损或与其他染色体粘连。
如同鞋带头会逐渐磨损，端粒也面临降解风险。每次细胞分裂时，端粒都会略微缩短。一旦端粒缩短至临界长度，细胞会将其识别为DNA损伤并永久停止分裂。这种不可逆的生长停滞状态称为细胞衰老，与慢性炎症相关，并促进年龄相关疾病的发展。
数十年来，衰老生物标志物研究者一直跨物种和个体考察端粒长度，因为即使在同一物种内，初始端粒长度也可能存在差异。长度与寿命的关联复杂且受多重因素干扰，但在哺乳动物中，出生时端粒较短通常预示着更高的年龄相关疾病风险和早逝概率。
宾夕法尼亚大学文理学院生物学副教授米娅·利文（Mia Levine）指出：“反过来说，若端粒过长也可能带来问题，因为癌细胞需要长端粒才能获得‘永生性’以长期存活。”她与同校文理学院生物学教授迈克尔·兰普森（Michael Lampson）共同领导了端粒长度遗传性的研究。
利文和兰普森探究端粒长度遗传在多大程度上遵循常规遗传规则：具体而言，端粒长度是作为多基因性状遗传（即受多个基因影响，类似眼睛颜色或身高），还是端粒本身直接由卵子和精子细胞继承？
“我们想弄清端粒究竟如何遗传，”兰普森表示，“是我们从父母继承的端粒DNA序列本身，还是由调控端粒的基因决定？我们的发现无法简单归入任一类别。”
发表在《当代生物学》（Current Biology）的研究表明，动物模型实验证实了父母来源效应的存在。当母亲贡献短端粒而父亲贡献长端粒时，胚胎会延长其端粒；若配对反转——母亲贡献长端粒而父亲贡献短端粒——则胚胎端粒会缩短。
利文解释道：“这种父母来源效应与人类研究中观察到的模式一致。例如，年长父亲的子女往往比年轻父亲的子女拥有更长的端粒。但厘清原因十分困难，因为人类研究受饮食、吸烟、压力和生活方式等众多因素干扰。这正是我们转向受控动物模型直接检验这些想法的原因。”
研究团队使用具有天然长或短端粒的小鼠，进行互交实验——交换父母贡献的端粒类型。由于后代在两种情况下基因完全相同，端粒结果的任何差异均指向父母来源效应，而非潜在DNA序列差异。“互交实验使我们得以分离常规干扰因素，”利文说。
在胚胎启动自身基因组前，它完全依赖卵子和精子中已有的物质。团队在第一次和第二次细胞分裂之间的短暂窗口期观察到端粒或延长或缩短，这一转折点决定了其后续发育中的长度。
研究者报告称，该机制更类似于“端粒替代延长途径”（ALT），而非著名的端粒酶——后者通过向染色体末端添加DNA-蛋白质复合物来作用于生殖细胞和干细胞。ALT通路被约10-15%的癌症利用，通过“复制粘贴”方式将端粒DNA从一条染色体转移到另一条，而非依赖端粒酶构建。
团队数据支持胚胎能启动类似模板驱动过程的观点，且该过程对母源和父源端粒的不对称性敏感。实验中，仅第一种配对一致触发ALT样延长，反转配对则产生可测量的缩短效应。
展望未来，团队正探究这些趋势是否适用于人类。
“在人类研究方面，我们正利用长读长基因组测序技术，”利文表示，“这使我们能直接观察家庭三联体——母亲、父亲和子女——中的端粒，以验证小鼠中发现的父母来源效应能否在人类中检测到。”
他们还关注该研究对癌症领域的启示，因为胚胎模型使他们能研究ALT通路的启动过程。
“当人们研究癌细胞中的ALT时，它已持续多代，”利文解释道，“但在胚胎中，我们能捕捉ALT启动的初始时刻，即最早细胞分裂期。这为我们提供了该通路自然激活机制的窗口。”
参考文献： Jeon HJ, Levine MT, Lampson MA. A parent-of-origin effect on embryonic telomere elongation determines telomere length inheritance. Current Biology. 2025;0(0). doi: 10.1016/j.cub.2025.08.052
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