【盤點】8項幸運的基因突變,你有嗎?

人類進化到現在就是由無數的有益突變促成的。突變是隨機的,正常情況下突變頻率很低,但在如放射性輻射、致癌化學制品等不利條件刺激下,突變頻率會大大提升。

有研究發現:對Y染色體的DNA序列分析透露,人類基因從上一代傳遞到下一代,每次會累積100到200個新的突變。這一數字是人類基因突變率的首次直接測量——它相當于每3千萬堿基對中有一個突變。但是基因突變并不是產生表型(就是表現出來和突變前不一樣)充分條件。我所知的對人類有益有:

1、乳糖耐受突變

乳糖耐受突變使人類得以消化牛奶,這一較為年輕的突變大約出現在1萬年前的土耳其。這一突變在歐洲傳播得較為廣泛,因為中東人馴化了山羊和奶牛,增加了營養來源,并且把山羊和奶牛帶到歐洲,長期飲用乳品選擇出了這一優勢基因突變,使很多歐洲成人也能分泌乳糖分解酵素,現在90%以上的歐洲人把乳品作為日常飲用品。但是,亞洲和非洲中的非高加索人種,擁有這一“有益”突變的人并不多,大部分人群繼續呈現對乳糖的不耐受。

2、乙醛脫氫酶突變

人體通常可以借助兩種酶對乙醇進行代謝。這兩種酶分別是乙醇脫氫酶(ADH)和乙醛脫氫酶(ALDH),前者能將乙醇氧化成乙醛,后者能將乙醛氧化成乙酸。飲酒帶來的神經麻痹作用來源于乙醇,而其毒性作用主要體現在乙醇的一級代謝產物乙醛上。如果血中乙醛含量過高,就會讓人輕則臉紅、頭暈、嘔吐,重則宿醉甚至致命。上述癥狀主要出現在東亞人身上,而其他地區的人很少出現,因此被特別稱為“亞洲臉紅”(Asian Flush)或“東方臉紅綜合征”(Oriental Flushing Syndrome)。

人有一對等位基因,攜帶一個ALDH2*2 基因的人(雜合子),酶活性只有正常的6%左右;而兩個基因全是ALDH2*2的人,酶活性幾乎為零。對于后者來說,喝酒幾乎是一杯倒的事情,因此這部分人一般滴酒不沾。容易出問題的是雜合子,這部分人也是最危險的飲酒者,雖然乙醛對他們的傷害很大,但由于體內仍然有一點酶活性,因此常常會沒有自知之明地勉強自己去“練酒量”。

“亞洲臉紅”的原因就是因為攜帶了ALDH2*2 基因,體內乙醛脫氫酶為突變體,突變酶分解乙醛的能力僅及正常酶的8%,也就是乙醇轉變成乙醛后不容易進一步轉變成乙酸而堆積在血液中。

中國人攜帶ALDH2*2的比率非常高,大約有18%的中國人攜帶這個基因,其中最高的是廣東漢族,高達31%

日本人群中的這一比例也比較高,在從不喝酒的人群中檢測到的突變比率高達41%,而在經常喝酒的人群中的突變比例僅為2%-5%;

而在歐美白人里面,幾乎沒人攜帶這個基因。

3、鐮狀細胞貧血突變

導致鐮狀細胞貧血的基因突變已經獨立地在多個種群中出現,它其實是一把雙刃劍,既帶來了生存優勢的有益作用,又有負面作用。隱性純子( aa)的患者不到成年就會死亡,可見這種突變基因在自然選擇下容易被淘汰;但非洲流行瘧疾的地區,帶有這一突變基因的人(Aa)很多,頻率也很穩定,這是因為鐮刀型細胞雜合基因型在人體本身并不表現明顯的臨床貧血癥狀,而對寄生在紅血球里的瘧原蟲卻是致死的,紅血球內輕微缺氧就足以中斷瘧原蟲形成分生孢子,終歸于死亡。因此,在瘧疾流行的地區,不利的鐮刀型細胞基因突變可轉變為有利于防止瘧疾的流行。

擁有這一突變究竟有多幸運,要先了解瘧疾在過去的非洲是一種多么可怕的疾病,這種生存選擇導致擁有這一雜合突變基因的兒童比例由過去的25%上升到50%之多,這應該是目前可觀測到的最顯著的一次“人類進化”。

4、德國小力士肌肉突變

一個5歲的柏林男孩力量驚人,他的肌肉是同齡孩子的兩倍,而脂肪卻只有他們的一半。這個“小力士”作了一系列的測試后,發現他超強的肌肉來自于一次小小的基因突變。在人體的基因序列中,有一種名叫肌強直的蛋白質,它能夠抑制肌肉的生長,但在小男孩的體內這種基因發生了變異,抑制了肌強直的產生,從而造就了這位“超級肌肉男孩”。聯想到中國古代的項羽“力能扛鼎”?

5SLC24A5 – the northern European ‘whitegene’

歐洲人淺色皮膚源自一萬年前生活在中東和印度地區某位人類祖先的基因突變。這種膚色變化源于一位生活在中東和印度次大陸之間的遠古祖先,SLC24A5(solute carrier family 24 member 5)基因突變造成的一種氨基酸差異對于歐洲人淺色皮膚具有貢獻意義。

SLC24A5 突變僅改變基因的一基礎元素,對于歐洲人和西非人皮膚的顯著差異具有三分之一的貢獻。在熱帶地區,深色皮膚能降低皮膚癌的發病率;但是,淺色皮膚能夠使北半球低緯地區居民更好地基于陽光照射在體內合成維生素D,而在北歐居民主食的小麥中普遍存在一種突變,使得北歐人難以通過飲食獲取足夠的維生素D,這可能就是SLC24A5 突變成為優勢基因并形成現在的歐美白色人種的原因。

因此,當年擁有SLC24A5 突變的北歐幸運兒膚色較白的同時,還能處理小麥突變帶來的不利影響,具備生存優勢而成為北歐的主要人種。

6CCR5突變(The ccr5-Δ32 mutation

CCR5突變者不易感染HIV 。CCR5基因編碼的蛋白是趨化因子受體,主要在T細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞中表達。在HIV-1進入靶細胞的過程中,CCR5蛋白扮演了輔助受體的角色。因此,在病毒感染早期和病毒傳染中都起了重要作用。 CCR5-Δ32是CCR5基因突變的一種類型,在CCR5基因編碼區缺失了一段含32個堿基的片段。突變后基因編碼的蛋白質是一個沒有功能的受體蛋白,不能幫助HIV-1進入細胞。因此,攜帶CCR5-Δ32突變者,感染HIV的幾率大大降低,即便感染HIV,其疾病進展的速度也比較緩慢。CCR5-Δ32在北歐人及其后裔中散在。該突變在歐洲人中的發生率約為5%~14%,在非洲和亞洲人中比較罕見。

7、不易患心臟病的幸運突變

有些個體所攜帶的一種罕見基因突變,可用于控制血液中某些脂肪或脂類的濃度,能夠保護他們免遭心臟病的侵襲。甘油三酯是人體利用那些來自食物且并未被使用的卡路里制造的脂肪,高水平的甘油三酯被認為會增大罹患心臟病的幾率。在甘油三酯的形成過程中,有一種蛋白質叫做ApoC-III,這種蛋白質是由基因APOC3所編碼的。

2007年,研究人員在美國賓夕法尼亞州蘭開斯特縣5%的孟諾教派人群中發現了一種APOC3突變。這些攜帶了基因突變的人群在攝取了一種富含脂肪的奶昔后仍然能夠保持非常低水平的甘油三酯。同時這些人的血液中只攜帶了相當普通人一半水平的ApoC-III蛋白質,并且他們也不太可能發展出冠狀動脈鈣化,而后者很有可能引發冠心病。然而,畢竟孟諾教派的人數太少了,不足以讓研究人員直接將基因突變與較低的心臟病發生率直接聯系起來。并且研究人員尚不清楚這種基因突變是否會出現在非孟諾教派人群中。

如今,研究人員已經在普通美國民眾中發現了APOC3突變。他們對3734名白種或非洲裔美國人志愿者進行了蛋白質編碼DNA或外顯子組測序,并隨后對與甘油三酯水平有關的遺傳變異體數據進行了梳理。結果表明,少數人要么攜帶了孟諾教派的APOC3突變,要么具有APOC3另外3個變異體中的一種,所有這些變異體都能夠使這個基因的拷貝失效。

代表美國國家心臟、肺和血液外顯子組測序計劃學會這一大型聯盟的休斯敦市得克薩斯大學健康科學中心的Jacy Crosby報告說,當研究人員對更大規模的111000人的DNA進行測序后,他們發現大約在每200人中便有一個人攜帶了4種APOC3變異體中的一種。大約500名左右攜帶一個APOC3變異體的人群不但在他們的血液中具有較低水平的ApoC-III,以及低于常人38%的甘油三酯含量,同時他們罹患冠心病的風險也降低了40%,后者的影響包括心臟病發作。這一結果強化了APOC3與心臟病之間的聯系。

這項研究同時支持了一種可能預防心臟病的策略,降低ApoC-III蛋白質的水平能夠潛在減少脂類的水平,并保護病人免受心臟病的侵襲。一種類似的藥物目前已經在臨床試驗之中。

8、睡得少還精神好

有的人一天睡上10小時都意猶未盡,有的人每天卻只需要睡不到5個小時。傳說中,撒切爾夫人每天只睡4個小時,卻仍能不改“鐵娘子”風范。這樣異于常人的表現型背后,的確存在著與眾不同的幸運基因型。

人的睡眠和覺醒過程,受到兩套機制的調控,一套是控制近晝夜節律的生物鐘,另一套是調控睡眠需求的睡眠內穩態。這兩套系統相互作用,共同影響著我們什么時候睡,睡多久,睡得怎么樣。其中,一個叫DEC2(又叫BHLHE41)的基因發揮著特別的作用。2009年,來自加州大學舊金山分校的研究發現,DEC2蛋白上的一個氨基酸替換突變(第384個氨基酸殘基從脯氨酸變為精氨酸,p.Pro384Arg)會導致人們呈現“睡得少”的表型,表達出的蛋白質是一類轉錄抑制子,能夠反過來抑制生物鐘的核心調控元件CLOCK和BMALL1,最終影響人的睡眠時長。在入睡時刻相差無幾的前提下,攜帶這個突變的人所習慣的平均睡眠時間,僅僅是每天6.25小時,比同家族中不攜帶這個突變的人(平均每天8.06小時)要短得多。

摘自:柳葉刀 解碼醫學

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