原创 来自罕见基因突变的10种神奇力量
2021年05月25日 【健康号】 吕平     阅读 10196

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与许多其他物种相比,所有人类的基因组惊人地相似。然而,即使是我们的基因或环境的微小变化也会导致我们发展出使我们独特的特征。这些差异可以通过普通的方式表现出来,比如头发的颜色、身高或面部结构,但偶尔也会出现一个人或一个群体发展出一种明显区别于其他人类的特征。


10无法获得高胆固醇


当我们大多数人不得不为限制油炸食品、培根、鸡蛋或任何我们被告知会“升胆固醇”的食物的摄入量而担忧时,少数人可以毫无恐惧地吃所有这些东西或更多东西。事实上,不管他们吃什么,他们的“坏胆固醇”(血液中与心脏病有关的低密度脂蛋白水平)实际上并不存在。这些人生来就有基因突变。更具体地说,它们缺少一种被称为PCSK9的基因的有效拷贝,虽然出生时缺少一个基因通常是不幸的,但在这种情况下,它似乎有一些积极的副作用。大约10年前,科学家发现了这种基因(或缺乏这种基因)与胆固醇之间的关系后,制药公司一直在疯狂地研发一种可以阻止PCSK9在其他个体中传播的药物。该药物即将获得FDA的批准。在早期试验中,服用该药物的患者的胆固醇水平降低了75%。到目前为止,科学家们只在少数非洲裔美国人身上发现了这种突变,而那些有这种突变的人患心脏病的风险降低了90%。


9抗艾滋病毒


各种各样的事情都能消灭人类——小行星撞击、核毁灭和极端气候变化,这只是其中的几个例子。也许最可怕的威胁是某种超级致命的病毒。如果一种疾病在人群中肆虐,只有极少数有免疫力的人才有机会存活。幸运的是,我们知道某些人确实对某些疾病有抵抗力。以艾滋病毒为例。有些人的基因突变使他们的CCR5蛋白的复制失效。艾滋病毒利用这种蛋白质作为进入人体细胞的通道。因此,如果一个人缺乏CCR5,HIV便无法进入其细胞,因此极不可能感染该疾病。话虽如此,科学家说,这种突变的人对艾滋病具有抵抗力,而不是免疫力。一些没有这种蛋白质的人已经染上艾滋病,甚至死于艾滋病。显然,一些异常类型的HIV已经弄清楚了如何使用CCR5以外的蛋白质来入侵细胞。这种类型的机智是病毒如此恐怖的原因。有两个缺陷基因拷贝的人对艾滋病最有抵抗力。目前,仅包括约1%的白种人,在其他种族中更为罕见。


8疟疾抵抗


那些对疟疾抵抗力特别强的人是另一种致命疾病的携带者:镰状细胞性贫血。当然,没有人希望有能力躲避疟疾,却只能因畸形血细胞而过早死亡,但有一种情况是,拥有镰状细胞基因是有回报的。为了理解它是如何工作的,我们必须探索这两种疾病的基本原理。疟疾是一种由蚊子携带的寄生虫,它可以导致死亡(每年约66万人死亡),或者至少会让人感到濒死。疟疾通过入侵红细胞并进行繁殖来完成它的肮脏勾当。几天后,新的疟原虫从居住的血细胞中爆发出来,将其摧毁。然后它们入侵其他红细胞。这个周期一直持续到寄生虫通过治疗、人体的防御机制或死亡而停止。此过程会导致失血并削弱肺部和肝脏。它还会增加血液凝结,从而引发昏迷或癫痫发作。镰状细胞性贫血导致红细胞的形状和组成发生变化,使红细胞难以在血液中流动,也难以提供足够的氧气。然而,因为血细胞发生了变异,它们迷惑了疟疾寄生虫,使其难以附着和渗透血细胞。因此,那些有镰状细胞的人可以自然地抵抗疟疾。你可以在没有镰状细胞的情况下获得抗疟疾的效果,只要你是镰状细胞基因的携带者。要患上镰状细胞性贫血,一个人必须遗传两份突变基因,分别来自父母。如果他们只得到一个,他们就有足够的异常血红蛋白来抵抗疟疾,但永远不会发展成完全的贫血。由于镰状细胞对疟疾具有强大的保护作用,在世界上疟疾流行的地区,镰状细胞特性已被高度自然选择,这些地区多达10 - 40%的人携带这种突变。


7耐寒性


生活在严寒环境中的因纽特人和其他人口已经适应了一种极端的生活方式。这些人仅仅是学会了如何在这样的环境中生存,还是他们在生物学上有所不同?与那些生活在较温和环境中的人相比,寒冷环境中的居民对低温有不同的生理反应。而且,这些适应可能至少有一部分是由基因决定的,因为即使一个人搬到寒冷的环境中并在那里生活了几十年,他们的身体也永远无法达到与在这种环境中生活了几代的当地人相同的适应水平。例如,研究人员发现,即使与生活在同一个社区的非土著俄罗斯人相比,土著西伯利亚人更能适应寒冷。生活在寒冷气候下的人的基础代谢率比生活在温带气候下的人高(约50%)。此外,它们可以更好地保持体温,不会打颤,身体上的汗腺相对较少,脸上的汗腺较多。在一项研究中,研究人员测试了不同种族的人,看他们的皮肤在寒冷环境下温度是如何变化的。他们发现因纽特人能够保持最高的皮肤温度,其次是其他印第安人。这些适应性在一定程度上解释了为什么澳大利亚土著人可以在寒冷的夜晚睡在地上(没有遮蔽物或衣服)而不会生病,也解释了为什么因纽特人可以在零度以下的温度下生活很长时间。人体对热的适应能力要比对冷的适应能力强得多,所以人们能够在寒冷的温度下生存,这是相当令人印象深刻的,更不用说茁壮成长了。


6针对高海拔进行了优化


如果没有当地的夏尔巴人向导,大多数登上珠穆朗玛峰顶峰的登山者是不可能做到的。令人惊讶的是,夏尔巴人经常走在探险者前面,设置绳索和梯子,这样其他攀登者就有机会爬上陡峭的悬崖。毫无疑问,中国西藏人和尼泊尔人在这种高海拔环境中身体状况优越,但究竟是什么让他们能在缺氧的条件下精力充沛地工作,而普通人只能为了生存而挣扎?在中国,西藏人生活在海拔4000米(13000英尺)以上,习惯于呼吸比海平面含氧量低40%的空气。几个世纪以来,它们的身体通过发展更大的胸部和更大的肺活量来补偿这种低氧环境,这使得它们每次呼吸都能吸入更多的空气。而且,与低海拔地区的人不同的是,低海拔地区的人在低氧环境下身体会产生更多的红细胞,而高海拔地区的人则恰恰相反——他们产生的红细胞更少。这是因为,虽然红细胞的增加可能会暂时帮助人体获得更多氧气,但随着时间的推移,它会使血液变得更粘稠,并可能导致血栓和其他潜在的致命并发症。同样,夏尔巴人的大脑血液流动更好,总体上不太容易患高原反应。即使生活在较低的海拔地区,中国西藏人仍然保持着这些特征,而且研究人员发现,许多这种适应不是简单的表型变异(即在低海拔地区会逆转),而是遗传适应。一种特殊的基因变化发生在一段名为EPAS1的DNA中,EPAS1编码一种调节蛋白。这种蛋白质能检测氧气并控制红细胞的生成,这就解释了为什么中国西藏人在缺氧时不会像普通人一样过度生成红细胞。居住在低海拔地区的中国汉族人与中国西藏人没有相同的基因特征。这两个族群大约在3000年前分道扬镳,这意味着这些适应只发生了大约100代——就进化而言是相对较短的时间。


5对脑部疾病的免疫


如果我们需要另一个理由来避免同类相食,那么吃自己的同类并不是一个特别健康的选择。巴布亚新几内亚的福尔人在20世纪中叶向我们展示了同样的情况,当时他们的部落遭受了一场库鲁病的流行,这是一种退化和致命的脑部疾病,通过吃人传播。库鲁病是一种与人类克雅氏病(CJD)和牛海绵状脑病(疯牛病)有关的朊病毒病。像所有的朊病毒疾病一样,库鲁病使大脑大量死亡,并在大脑中填满海绵状的空洞。受感染的人会经历记忆力和智力的下降、性格的改变和癫痫发作。有时,朊病毒病患者可以存活数年,但对于库鲁病,患者通常在出现症状一年内死亡。值得注意的是,尽管非常罕见,一个人可以遗传朊病毒疾病。然而,这种疾病最常见的传播途径是食用受感染的人或动物。最初,人类学家和医生不知道为什么库鲁病会在福尔部落蔓延。最后,在20世纪50年代末,人们发现这种感染是在太平间的宴会上传播的,部落成员出于尊重会吃掉他们死去的亲人。大多数妇女和小孩参加了这个同类相食的仪式。因此,他们是主要受影响的群体。在丧葬习俗被禁止之前,一些福尔村几乎没有年轻妇女。但并不是所有接触过库鲁病的人都死于这种病。幸存者有一种名为G127V的基因的新变异,这种变异使他们对这种脑部疾病免疫。现在,这种基因在福尔人和周围的人中广泛传播,这很令人惊讶,因为库鲁病只在1900年左右出现在这个地区。这一事件是人类自然选择的最有力和最新的例子之一。


4黄金血液


尽管我们经常被告知O型血是任何人都可以接受的通用血型,但事实并非如此。事实上,整个系统比我们许多人意识到的要复杂一些。虽然我们大多数人都知道八种基本血型(A、AB、B和O,每种血型都可以是阳性或阴性),但目前已知的血型系统有35种,每种系统中有数百万种变异。不属于ABO血型系统的血液被认为是罕见的,当需要输血时,那些拥有这种血液的人可能会发现找到兼容的献血者很困难。尽管如此,还是有罕见的血液,还有非常罕见的血液。目前,最不寻常的一种血液被称为" Rh-null "顾名思义,它在Rh系统中不包含任何抗原。一个人缺少一些Rh抗原并不罕见。例如,没有Rh - D抗原的人是“阴性”血液(如A-、B-或O-)。然而,一个人没有一个Rh抗原是非常不寻常的。事实上,研究人员在这个星球上只发现了40个左右的人拥有Rh-null血型,这实在是太不可思议了。这种血液更有趣的是,它完全打败了O型血,因为即使是O型阴性血也不总是与其他罕见的阴性血兼容。然而,Rh-null几乎适用于任何类型的血液。这是因为,当接受输血时,我们的身体可能会排斥任何含有我们不具备的抗原的血液。由于Rh-null血型没有Rh、A或B抗原,它几乎可以被注射给所有人。不幸的是,世界上只有大约九名捐赠者提供这种血液,所以它只在极端情况下使用。由于其有限的供应和作为潜在救命稻草的巨大价值,一些医生把Rh-null称为“黄金”血液。在某些情况下,他们甚至会追踪匿名捐赠者(这是很大的禁忌),要求获得样本。那些拥有Rh-null类型的人无疑有着苦乐参半的生活。他们知道自己的血液对于其他拥有稀有血液的人来说是真正的救命稻草,但如果他们自己需要血液,他们的选择仅限于9个人的捐献。


3水晶般清晰的水下视觉


大多数动物的眼睛是为看水下或空中的东西而设计的,而不是两者都看。当然,人的眼睛善于看到空气中的东西。当我们试图在水下睁开眼睛时,东西看起来很模糊。这是因为水的密度与我们眼睛里的液体相似,这限制了进入眼睛的折射光的数量。低折射等于模糊视觉。这一发现让人们更加惊讶的是,一群被称为“莫肯人”的人竟然能够在水下看得很清楚,甚至能在22米(75英尺)深的地方。莫肯人一年有八个月的时间是在船上或棚屋里度过的。它们只会回到陆地上获取必需的物品,通过交换从海洋中收集的食物或贝壳来获取。他们用传统的方法从海洋中收集资源,这意味着没有现代的鱼竿、面具或潜水设备。孩子们负责从海底收集食物,比如蛤和海参。通过这种重复和持续的工作,它们的眼睛现在能够在水下改变形状,以增加光线的折射。因此,即使在水下许多米深的地方,他们也能很容易地分辨出可食用的蛤蜊和普通的岩石。在测试中,莫肯儿童的水下视力是欧洲儿童的两倍。然而,这似乎是一种适应,如果我们的环境需要它,我们可能都拥有,因为研究人员已经训练欧洲儿童在水下完成任务像莫肯儿童一样的成功。


2超密骨


变老会带来一系列身体问题。一个常见的问题是骨质疏松症,即骨量和骨密度的丧失。这将不可避免地导致骨折、髋部骨折和脊柱弯曲——这对任何人来说都不是一个愉快的命运。不过,这也不全是坏消息,因为一群人拥有一种独特的基因,可能藏有治愈骨质疏松症的秘密。这种基因是在阿非利卡人(荷兰血统的南非人)身上发现的,它会导致人们在一生中增加骨量,而不是失去骨量。更具体地说,这是SOST基因的突变,该基因控制着一种调节骨骼生长的蛋白质(硬化蛋白)。如果一个阿非利卡人继承了两个突变基因的拷贝,他们就会患上疾病性硬化症,导致严重的骨骼过度生长、巨人症、面部扭曲、耳聋和早逝。显然,这种紊乱比骨质疏松症严重得多。然而,如果他们只继承了该基因的一个拷贝,他们就不会患上硬化症,一生中只是骨骼特别致密。虽然目前受益的只有该基因的杂合携带者,但研究人员正在研究阿非利卡人的DNA,希望找到扭转普通人群骨质疏松症和其他骨骼疾病的方法。基于他们目前所了解到的情况,他们已经开始了能够刺激骨形成的硬化蛋白抑制剂的临床研究。


1仅需一点睡眠


如果有些人在一天中比你有更多的时间,事实证明他们可能会比你有更多的清醒时间。这是因为有些不寻常的人,他们在一个晚上只需合眼六小时或更少的时间就行。而且他们并不是简单地通过——他们在有限的睡眠中茁壮成长,而我们中的许多人在连续睡了8个小时后仍要把自己从床上拽起来。这些人不一定比我们其他人更坚强,而且他们没有训练自己的身体在睡眠较少的情况下正常工作。相反,他们有一种罕见的DEC2基因突变,这导致他们生理上比普通人需要更少的睡眠。如果正常睡眠者坚持6小时或更少的睡眠时间,他们几乎会立即开始经历负面影响。长期睡眠不足甚至会导致健康问题,包括严重的高血压和心脏病。携带DEC2基因突变的人没有任何与睡眠剥夺相关的问题,尽管他们的头在枕头上的时间有限。虽然单基因就能改变我们所认为的人类基本需求似乎很奇怪,但研究DEC2突变的人认为,它能帮助人们在更强烈的快速眼动(REM)状态下更有效地睡眠。显然,当我们有更好的睡眠,我们需要睡眠就更少。这种基因异常极其罕见,在自称短睡眠者中只发现不到1%。所以,很有可能,即使你认为你有,实际上你可能没有。


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吕平
主任医师/副教授
华中科技大学同济医学...
血管外科专家,血管外...
擅长血管外科各种常规与复杂动脉、静脉疾病的手术,包括腹主动脉瘤、夹层、腔静脉肿瘤和颈动脉体... 更多
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