>健康>>正文

7 千年来,它帮人类抵抗疟疾,也每年「害」了 30 万人

原标题:7 千年来,它帮人类抵抗疟疾,也每年「害」了 30 万人

美剧《X 战警》讲述的是一群天生基因变异(mutants),基因变异后他们能上天入地,无所不能。

早在约 7300 年前的撒哈拉,就有一位这样的「超人」,一个基因变异使他能抵御至今造成全球 44.5 万人死亡的疟疾(2016 年数据)

作为疟疾主要肆虐之地,全世界 90% 的疟疾死亡及致死案例都在非洲。更令人心痛的是,其中有 70% 的患者是 5 岁以下的孩子。也就是说,在非洲,每两秒钟就有一位 5 岁以下的孩子死于疟疾。

而多亏这位「超人」变异的镰状细胞基因,它不仅延续了 237 代历史,也改变了人类对抗疟疾的历程。

这是一个关于镰状细胞基因突变的故事:只携带一个镰状细胞基因的人对疟疾有天生的抵抗力,这就相当于拥有了「超人铠甲」。

但「铠甲」有时甚至会致命。

「铠甲」发现之路

1950 年代,当时 DNA 的结构仍未被发现,人们也不知道为什么镰状细胞基因会遗传,直到一位出生于非洲的医学家出现。

从小在非洲农场长大的安东尼 · 克利福德 · 艾利森(Anthony Clifford Allison)在东非进行疟疾研究时,偶然发现,很多疟疾患者血液中有镰状细胞。

正常的红细胞是「两面凹的圆盘状」。而镰状细胞是「镰刀状红细胞」的简称。这种红细胞并非呈扁平圆盘状,而似镰刀状,皱巴巴,堵塞血管,大大减弱红细胞原本的输氧能力。

安东尼发现,这些镰状细胞的分布和地理位置也有关:肯尼亚东西两侧低地的人,血液中携带镰状细胞的概率很高,而居住在肯尼亚中部高地的却很低。

对这个现象,安东尼猜测,肯尼亚两侧低地温暖潮湿,蚊虫滋生,而这正是疟疾病原体——疟原虫的温床,是否镰状细胞的出现与疟原虫有关呢?

为此,他继续采集血样来证实想法。

他提取当地儿童的血液样本,并观察每个样本中疟原虫的数量以及红细胞的形状,实验数据表明,如果一个儿童携带镰状细胞,那么他/她体内的疟原虫数量则较低。

安东尼前后总共检测了 5000 多人的血液样本,庞大的数据帮他绘制出一份地图。地图上疟疾发病率高的地区,和镰状细胞携带者的高发区,发生了近乎完美的重叠

肯尼亚的疟疾高发地区(红色)图

幸运的基因

安东尼通过这 5000 多个血液样本,计算数据后推导出一套镰状细胞基因的遗传学模型:

镰状细胞基因遗传示意图

安东尼敏锐地觉察出,只携带一个镰状细胞基因的人对疟疾有天生的抵抗力

如果父母都各携带一个镰状细胞基因和一个正常基因(杂合子),那么他们生育的孩子可能有三种情况。孩子如果和父母一样,那么他们不仅健康还可以抵抗疟疾;如果他/她携带两个正常基因的话,就容易感染疟疾;但是如果他/她携带两个镰状细胞基因,就会患镰刀形红细胞贫血症。

换而言之,在非洲疟疾猖獗的国家里,携带了镰状细胞基因,就能获得生存优势,逃脱疟疾的魔爪。但是如果不幸携带了两个基因,就要承受镰刀形红细胞贫血症的折磨。这种疾病非常可怕,患者很容易因为中风、肾衰竭而死,很有可能活不到成年。

因此,为了对抗疟疾,人类保留了镰状细胞基因,大约 440 万人同时拥有两个镰状细胞基因,大约 4300 万人只携带一个基因。

镰状细胞是如何抵御疟疾的?

但安东尼提出的遗传学模型并不能在分子层面上揭示镰状细胞是如何抵御疟疾的。

2011 年,迈克尔 · 兰泽( Michael Lanzer )和他的同事对比了三种红细胞的形态——健康的红细胞、感染疟原虫的「正常」红细胞、感染疟原虫的镰状细胞,进一步解开了这个谜团。他们的成果在 Science 杂志上发表。

健康的红细胞

研究者发现,健康的红细胞中存在一种很短的肌动蛋白纤维(actin filament),它们塑造了细胞膜柔韧的骨架,使红细胞可以游刃有余地在微小的血管中挤压、穿梭。

感染疟原虫的「正常」红细胞

如果红细胞被疟原虫感染,这种肌动蛋白就会被扭曲。疟原虫利用肌动蛋白搭建通往细胞内部的桥梁,并把自身制造的蛋白质传输到细胞表面。

(via shutterstock)

这种蛋白质被称作粘附蛋白( adhesin ),它们使受感染的红细胞变得粘稠,从而粘附在大脑或者其他器官的毛细血管壁上,因此疟疾能够引发广泛的微血管炎症。

与此同时,依附在血管上的红细胞不会轻易被带到脾脏里。脾脏可以消灭异常的红细胞,即使有疟原虫寄生的红细胞也不例外,统统格杀勿论。

感染疟原虫的镰状细胞

然而,当疟原虫碰到镰状细胞时,情况则迥然不同。镰状细胞可以阻碍疟原虫对肌动蛋白的劫持,并切断疟原虫搭建的肌动蛋白桥,使制造黏性蛋白质的囊泡漂浮在细胞质中。也就是说,疟原虫的策略失效了,只能随着红细胞顺流而下,在脾脏内被清理掉。

兰泽认为,「疟原虫为了在红细胞中生存,必须重塑宿主的肌动蛋白。这种进化的压力导致人类血红蛋白的突变,以此对抗疟原虫的攻击。」

「富人靠科技,穷人靠变异」

有一个经典的梗,是说蝙蝠侠与蜘蛛侠的区别:

「富人靠科技,穷人靠变异」

镰状细胞基因,是人类与疟疾的抗争是遗传选择的妥协之举。而到了现代,人们已经了解疟疾的传播途径,也有了可靠的预防和治疗方法。但镰状细胞的突变一直保留至今,也背上了另外一个身份:

遗传病。

至今,每年大约 30 万新生儿患有镰刀形红细胞贫血症,全世界有 2.5 亿人携带镰状细胞基因。

因祸得福,这些因为基因突变而在疟疾中幸存的人,至少他们未来不太需要依靠变异来抵抗疟疾了。

——那么下一个问题是,CCR5 基因突变什么时候可以流传开来呢?(责任编辑:任悠悠 刘冬宸)

参考资料:

1. How One Child’s Sickle Cell Mutation Helped Protect the World From Malaria

https://www.nytimes.com/2018/03/08/health/sickle-cell-mutation.html

2. Scientists Have Pinpointed The Origin Of Sickle Cell Anaemia To One Mutation 259 Generations Ago

http://www.iflscience.com/health-and-medicine/scientists-have-pinpointed-the-origin-of-sickle-cell-anaemia-to-one-mutation-259-generations-ago/

3. Sickle-cell mystery solved-Researchers discover how carriers of the sickle-cell anaemia gene are protected from malaria

https://www.nature.com/news/sickle-cell-mystery-solved-1.9342

4. Common malaria resistance trait discovered in Scripps Research-led study

http://www.sandiegouniontribune.com/business/biotech/sd-me-scripps-ucsd-malaria-resistance-genetic-20180320-story.html

5. The Genetics Of Malaria

https://www.evolving-science.com/health/genetics-malaria-00327

6. Biochemistry: Scientists Decode the Protective Element Sickle Cell Anemia Offers Against Malaria

https://www.nytimes.com/2011/11/15/health/biochemistry-scientists-decode-the-protective-element-sickle-cell-anemia-offers-against-malaria.html

7. Patient Voices: Sickle Cell Anemia

https://www.nytimes.com/interactive/2017/well/patient-voices-sicklecell.html#gwendolyn

8. Sickle-Cell Anemia Mystery Is Solved

https://www.scientificamerican.com/article/sickle-cell-anemia-mystery/

9. Easing the Toll of Sickle Cell Disease in Childbirth

https://www.nytimes.com/2017/01/02/health/easing-the-toll-of-sickle-cell-disease-in-childbirth.html?partner=rss&emc=rss

10. The Making of the Fittest: Natural Selection in Humans

https://www.hhmi.org/biointeractive/making-fittest-natural-selection-humans

11.'It’s like millions of ants are biting my bones' – fighting sickle cell disease in Nigeria

https://www.theguardian.com/global-development-professionals-network/2017/jul/19/its-like-millions-of-ants-are-biting-my-bones-fighting-sickle-cell-disease-in-nigeria返回搜狐,查看更多

责任编辑:

声明:该文观点仅代表作者本人,搜狐号系信息发布平台,搜狐仅提供信息存储空间服务。
阅读 ()
投诉
免费获取
今日推荐