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在人類漫長的進(jìn)化歷程中，兩個(gè)顯著特征持續(xù)吸引著科學(xué)家的研究興趣：相較于其他靈長類動(dòng)物，人類實(shí)現(xiàn)了顯著的身高增長以及基礎(chǔ)代謝率的提升。

近日，《細(xì)胞·基因組學(xué)》發(fā)表的一項(xiàng)研究，首次揭示了一個(gè)名為“rs34590044-A”的古老遺傳變異，如何通過調(diào)控線粒體代謝樞紐——ACSF3基因，驅(qū)動(dòng)人類身高與基礎(chǔ)代謝率協(xié)同進(jìn)化。論文通訊作者、復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員樊少華認(rèn)為，這項(xiàng)研究不僅解釋了人類身高與代謝率提升的部分遺傳基礎(chǔ)，更將“多吃肉能長高”的古老經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)代科學(xué)聯(lián)系起來。

身高與代謝存在遺傳相關(guān)性

想象一下與人類親緣關(guān)系最相近的黑猩猩，它們強(qiáng)壯有力，但它們的身高以及身體在靜息狀態(tài)下消耗能量的速度與人類存在顯著差異?，F(xiàn)代人類和非人猿類的具體差異非常明顯：現(xiàn)代人類的身高比非人猿類平均高出約0.3米；二者在同樣體重的情況下，現(xiàn)代人類的基礎(chǔ)代謝率比非人猿類高出15%—50%。

科學(xué)家們?cè)缫炎⒁獾?，更高的平均身高和更高的基礎(chǔ)代謝率是現(xiàn)代人類區(qū)別于其他非人靈長類的關(guān)鍵特征。這種生理特征的躍遷，與人類形成、適應(yīng)新環(huán)境、發(fā)展復(fù)雜社會(huì)行為等重大進(jìn)化事件密切相關(guān)。

“傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，身高增長主要受骨骼發(fā)育基因調(diào)控，而代謝率提升則與能量利用效率相關(guān)?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員李晉解釋，“我們的研究發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)看似獨(dú)立的性狀背后，存在著深層遺傳協(xié)同機(jī)制?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)通過全基因組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，身高與基礎(chǔ)代謝率存在遺傳相關(guān)性，二者共享部分遺傳基礎(chǔ)。研究團(tuán)隊(duì)特別關(guān)注了那些在人類譜系中獨(dú)有的遺傳變異，發(fā)現(xiàn)人類進(jìn)化過程中獲得的新遺傳變異對(duì)塑造現(xiàn)代人類獨(dú)特的體型和代謝特征起到了重要作用。

基因突變提高肉食轉(zhuǎn)化率

通過精細(xì)定位，研究團(tuán)隊(duì)在人類基因組16號(hào)染色體發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵調(diào)控變異：rs34590044-A，它可以顯著增強(qiáng)ACSF3基因的活性。

ACSF3基因編碼的蛋白是身體處理肉食營養(yǎng)的一個(gè)關(guān)鍵酶，主要負(fù)責(zé)代謝以蘇氨酸及其相關(guān)代謝物為代表的外源性物質(zhì)，將它們轉(zhuǎn)化為無毒或可利用的形式。

rs34590044-A突變是人類特有的，它出現(xiàn)在人類與黑猩猩分離之后的人類譜系中。擁有這個(gè)突變，能顯著增強(qiáng)ACSF3基因的表達(dá)水平，產(chǎn)生更多ACSF3蛋白。這意味著攜帶該突變的個(gè)體，代謝肉類中蘇氨酸等成分的效率更高。樊少華用了一個(gè)生動(dòng)的比喻：“當(dāng)rs34590044-A增強(qiáng)ACSF3基因表達(dá)時(shí)，就像繁忙的高速公路上又開辟了新的車道，使通行更加高效、順暢?！?/p>

為了驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用腺相關(guān)病毒載體技術(shù)，在小鼠體內(nèi)人為提高ACSF3基因的表達(dá)水平，以模擬人類rs34590044-A突變的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些小鼠在獲得相應(yīng)營養(yǎng)后，表現(xiàn)出更強(qiáng)的骨骼生長和更高的能量代謝水平。相反，如果在小鼠中敲除ACSF3基因，模擬該基因功能完全喪失的效果，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的生長遲緩。在人類中，ACSF3基因的完全失活會(huì)導(dǎo)致一種罕見遺傳病，患者會(huì)表現(xiàn)出身材矮小等癥狀。這些實(shí)驗(yàn)強(qiáng)有力地證明了ACSF3基因及其高水平表達(dá)對(duì)人類身高和代謝的重要性。

研究團(tuán)隊(duì)還分析了古人類的DNA數(shù)據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)，在歷史上以狩獵游牧為主、肉食攝入比例更高的人群中，rs34590044-A突變的出現(xiàn)頻率顯著高于以農(nóng)耕為主、植物性食物比例更高的人群。這從進(jìn)化角度印證了該突變是在人類增加肉食攝入的進(jìn)化壓力下被篩選和保留下來的優(yōu)勢(shì)突變。

多角度認(rèn)識(shí)適應(yīng)性進(jìn)化“圖譜”

可以說，這項(xiàng)研究將ACSF3基因及rs34590044-A，列入了人類代謝適應(yīng)性進(jìn)化的“圖譜”。

它們與既往發(fā)現(xiàn)的多個(gè)適應(yīng)性進(jìn)化事件一道，共同描繪了人類如何通過遺傳變異不斷適應(yīng)劇烈變化的飲食環(huán)境。例如，歐洲人群因尼安德特人基因滲入強(qiáng)化了脂肪代謝能力，更能適應(yīng)高脂飲食；全球農(nóng)業(yè)人群在FADS基因簇上發(fā)生的適應(yīng)性變異，優(yōu)化了植物來源脂肪酸的代謝效率；不同地區(qū)人群獨(dú)立進(jìn)化出的乳糖耐受性，使人類能夠消化乳制品；淀粉酶基因拷貝數(shù)擴(kuò)增現(xiàn)象，幫助人類更好地適應(yīng)高碳水化合物農(nóng)業(yè)飲食。破譯這些進(jìn)化密碼，為解答“人類何以成為人類”這一終極命題提供了深層線索。

具體來說，這項(xiàng)新研究為理解人類如何通過適應(yīng)高能量、高蛋白的肉食，獲得體型和認(rèn)知能力上的優(yōu)勢(shì)提供了重要的分子遺傳學(xué)證據(jù)。它有力支持了“肉食塑造人類”這一進(jìn)化假說。肉食提供的充沛能量和必需氨基酸，不僅支持了身高的增長，也為大腦的發(fā)育和復(fù)雜化奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

同時(shí)，專家提醒，對(duì)ACSF3基因及rs34590044-A的作用要有客觀認(rèn)識(shí)。

樊少華介紹，除了丙二酸和甲基丙二酸尿癥患者攜帶ACSF3基因的失活突變外，所有人都有正常的ACSF3基因。所有人都需要攝入肉類等蛋白質(zhì)，這是維持生命和健康的基礎(chǔ)。rs34590044-A突變的存在，意味著攜帶者在代謝肉類營養(yǎng)上可能更高效，這在一定程度上有助于人在生長發(fā)育期更好地利用能量。但這絕不意味著沒有該突變的人就無法從肉食中獲益，也不意味著擁有該突變就可以無節(jié)制地狂吃肉類。

實(shí)際上，身高和代謝是極其復(fù)雜的多基因性狀。

李晉說，研究中提到的基因只是眾多影響因素中的一個(gè)。均衡營養(yǎng)、適度運(yùn)動(dòng)、充足睡眠等生活方式因素，以及更多尚未被發(fā)現(xiàn)的基因和環(huán)境互作，共同決定著個(gè)體的最終身高和代謝水平，不能通過檢測(cè)基因中是否攜帶rs34590044-A突變來決定肉類攝入量。