美劇《x戰(zhàn)警》講的是一群天生的基因突變，之后可以上天，無(wú)所不能。

早在大約7300年前的撒哈拉，就有這樣一個(gè)“超人”，一種基因變異使他能夠抵抗瘧疾，瘧疾已造成全球44.5萬(wàn)人死亡(2016年數(shù)據(jù))。

作為一種主要的瘧疾流行病，世界上90%的瘧疾死亡和死亡發(fā)生在非洲。更令人痛心的是，70%的患者是5歲以下的兒童。也就是說(shuō)，在非洲，每?jī)擅腌娋陀幸幻?歲以下的兒童死于瘧疾。

多虧超人的變異鐮狀細(xì)胞基因，不僅延續(xù)了237代，還改變了人類(lèi)抗瘧的歷程。

這是一個(gè)關(guān)于鐮狀細(xì)胞基因突變的故事:只攜帶一個(gè)鐮狀細(xì)胞基因的人天生對(duì)瘧疾有抵抗力，相當(dāng)于擁有了“超人盔甲”。

但有時(shí)“盔甲”甚至?xí)旅?/p>

盔甲的發(fā)現(xiàn)之路

在20世紀(jì)50年代，DNA的結(jié)構(gòu)還未被發(fā)現(xiàn)，直到一位非洲出生的醫(yī)學(xué)科學(xué)家出現(xiàn)，人們才知道鐮狀細(xì)胞基因?yàn)槭裁磿?huì)被遺傳。

安東尼·克利福德·艾莉森(Anthony Clifford Allison)在非洲農(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)大，他在東非研究瘧疾時(shí)意外發(fā)現(xiàn)許多瘧疾患者的血液中含有鐮狀細(xì)胞。

正常紅細(xì)胞為“圓盤(pán)狀，側(cè)面凹陷”。鐮狀細(xì)胞是“鐮狀紅細(xì)胞”的簡(jiǎn)稱(chēng)。這種紅細(xì)胞不是平圓盤(pán)狀的，而是鐮刀狀的，皺巴巴的，堵塞血管，大大降低了紅細(xì)胞原有的供氧能力。

安東尼發(fā)現(xiàn)，這些鐮狀細(xì)胞的分布也與其地理位置有關(guān):肯尼亞?wèn)|西兩側(cè)低地的人血液中攜帶鐮狀細(xì)胞的概率很高，而生活在肯尼亞中部高地的人攜帶鐮狀細(xì)胞的概率很低。

安東尼猜測(cè)肯尼亞兩岸低地溫暖潮濕，蚊子滋生，是瘧疾病原體瘧原蟲(chóng)的溫床。鐮狀細(xì)胞的出現(xiàn)與瘧原蟲(chóng)有關(guān)嗎？

為此，他繼續(xù)采集血樣來(lái)證明自己的想法。

他從當(dāng)?shù)貎和砩喜杉簶颖荆^察每個(gè)樣本中瘧原蟲(chóng)的數(shù)量和紅細(xì)胞的形狀。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，如果一個(gè)孩子攜帶鐮狀細(xì)胞，他/她體內(nèi)的瘧原蟲(chóng)數(shù)量就會(huì)減少。

安東尼前后檢測(cè)了5000多個(gè)血樣，龐大的數(shù)據(jù)幫助他繪制了一張地圖。在地圖上，瘧疾高發(fā)區(qū)和鐮狀細(xì)胞攜帶者高發(fā)區(qū)幾乎完美重疊。

肯尼亞瘧疾易發(fā)區(qū)地圖(紅色)

幸運(yùn)基因

安東尼在計(jì)算了5000多個(gè)血液樣本的數(shù)據(jù)后，推出了鐮狀細(xì)胞基因的遺傳模型:

鐮狀細(xì)胞基因遺傳示意圖

安東尼敏銳地意識(shí)到，只攜帶一種鐮狀細(xì)胞基因的人天生對(duì)瘧疾有抵抗力。

如果父母雙方都攜帶鐮狀細(xì)胞基因和正常基因(雜合子)，那么他們的孩子可能有三種情況。如果孩子和父母一樣，不僅健康，而且對(duì)瘧疾有抵抗力；如果他/她攜帶兩個(gè)正?；?，很容易得瘧疾；但是如果他/她攜帶兩個(gè)鐮狀細(xì)胞基因，他/她就會(huì)患上鐮狀細(xì)胞性貧血。

換句話說(shuō)，在非洲瘧疾肆虐的國(guó)家，如果攜帶鐮狀細(xì)胞基因，就可以獲得生存優(yōu)勢(shì)，逃離瘧疾的魔掌。但如果不幸攜帶兩個(gè)基因，就會(huì)患上鐮狀細(xì)胞性貧血。這種病很可怕，患者很容易死于中風(fēng)和腎衰竭，很有可能活不到成年。

因此，人類(lèi)為了抗擊瘧疾，保留了鐮狀細(xì)胞基因，約440萬(wàn)人同時(shí)擁有兩個(gè)鐮狀細(xì)胞基因，約4300萬(wàn)人只攜帶一個(gè)基因。

鐮狀細(xì)胞如何抵抗瘧疾？

但是安東尼的遺傳模型無(wú)法揭示鐮狀細(xì)胞如何在分子水平上抵抗瘧疾。

2011年，邁克爾·蘭澤(Michael Lanzer)和他的同事比較了三種紅細(xì)胞的形態(tài)——健康紅細(xì)胞、“正?！奔t細(xì)胞感染瘧原蟲(chóng)、鐮狀細(xì)胞感染瘧原蟲(chóng)，進(jìn)一步解開(kāi)了謎團(tuán)。他們的結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

健康的紅細(xì)胞

研究人員發(fā)現(xiàn)，健康的紅細(xì)胞中有一種短肌動(dòng)蛋白絲，它塑造了細(xì)胞膜的柔性骨架，使紅細(xì)胞可以在微小的血管中輕松擠壓和穿梭。

感染瘧原蟲(chóng)的“正?！奔t細(xì)胞

如果紅細(xì)胞感染了瘧原蟲(chóng)，這種肌動(dòng)蛋白就會(huì)扭曲。瘧原蟲(chóng)利用肌動(dòng)蛋白搭建一座通向細(xì)胞內(nèi)部的橋梁，將自身產(chǎn)生的蛋白質(zhì)傳遞到細(xì)胞表面。

這種蛋白質(zhì)被稱(chēng)為粘附素，它使感染的紅細(xì)胞變得粘稠，從而粘附在大腦或其他器官的毛細(xì)血管壁上，因此瘧疾可以引起廣泛的微血管炎癥。

同時(shí)，附著在血管上的紅細(xì)胞不容易被帶入脾臟。脾臟可以排除異常紅細(xì)胞，即使有瘧原蟲(chóng)寄生的紅細(xì)胞。

感染瘧原蟲(chóng)的鐮狀細(xì)胞

但當(dāng)瘧原蟲(chóng)遇到鐮狀細(xì)胞時(shí)，情況就大不一樣了。鐮狀細(xì)胞可以阻斷瘧原蟲(chóng)對(duì)肌動(dòng)蛋白的劫持，切斷瘧原蟲(chóng)構(gòu)建的肌動(dòng)蛋白橋，使制造粘性蛋白的小泡漂浮在細(xì)胞質(zhì)中。也就是說(shuō)瘧原蟲(chóng)的策略失敗了，只能和紅細(xì)胞一起在脾臟被沖走。

蘭澤認(rèn)為，“瘧原蟲(chóng)必須重塑宿主的肌動(dòng)蛋白，才能在紅細(xì)胞中存活。這種進(jìn)化壓力導(dǎo)致了人類(lèi)血紅蛋白的突變來(lái)對(duì)抗瘧原蟲(chóng)。」

"富人依靠技術(shù)，而窮人依靠變異."

有個(gè)經(jīng)典梗，意思就是蝙蝠俠和蜘蛛俠的區(qū)別:

"富人依靠技術(shù)，而窮人依靠變異."

鐮狀細(xì)胞基因是對(duì)抗瘧疾的斗爭(zhēng)，是基因選擇的妥協(xié)。在現(xiàn)代，人們已經(jīng)知道瘧疾的傳播途徑，并有可靠的預(yù)防和治療方法。然而，鐮狀細(xì)胞的突變一直保留到今天，它還帶有另一個(gè)身份:

遺傳病。

到目前為止，每年大約有30萬(wàn)新生兒患有鐮狀細(xì)胞性貧血，全世界有2.5億人攜帶鐮狀細(xì)胞基因。

每一片烏云都有一線希望，那些因?yàn)榛蛲蛔兌颐庥诏懠驳娜耍辽偎麄兾磥?lái)不需要依靠突變來(lái)對(duì)抗瘧疾。

——那么接下來(lái)的問(wèn)題是，CCR5基因突變什么時(shí)候可以擴(kuò)散？(負(fù)責(zé)編輯:任友友劉冬雨)

參考文獻(xiàn):

1.一個(gè)孩子的鐮狀細(xì)胞變異如何幫助保護(hù)世界免受瘧疾的侵害

https://www . nytimes . com/2018/03/08/health/鐮狀細(xì)胞突變. html

2.科學(xué)家已經(jīng)將鐮狀細(xì)胞貧血的起源確定為259代前的一個(gè)突變

http://www . ifscience . com/health-and-medicine/scientists-find-origin-of-the-fix-cell-貧血-to-one-transition-259-generations-ago/

3.鐮狀細(xì)胞之謎被解開(kāi)——研究人員發(fā)現(xiàn)鐮狀細(xì)胞貧血癥基因攜帶者如何免受瘧疾感染

https://www . nature . com/news/鐮狀細(xì)胞-奧秘-已解開(kāi)-1.9342

4.斯克里普斯研究中心領(lǐng)導(dǎo)的研究發(fā)現(xiàn)了常見(jiàn)的瘧疾抗性特征

http://www . sandiegouniontribune . com/business/biotech/SD-me-Scripps-ucsd-瘧疾-抗性-遺傳學(xué)-20180320-story.html

5.瘧疾的遺傳學(xué)

https://www . evolution-science . com/health/genetics-瘧疾-00327

6.生物化學(xué):科學(xué)家解讀鐮狀細(xì)胞性貧血對(duì)瘧疾的保護(hù)作用

https://www . nytimes . com/2011/11/15/health/biochemistry-scientists-decode-the-protective-element-鐮狀細(xì)胞-貧血-offers-against-瘧疾. html

7.病人的聲音:鐮狀細(xì)胞性貧血

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

8.鐮狀細(xì)胞性貧血之謎被揭開(kāi)

https://www . scientific American . com/article/鐮狀細(xì)胞貧血-奧秘/

9.降低分娩中鐮狀細(xì)胞病的死亡率

https://www . nytimes . com/2017/01/02/health/easing-toll-of-of-鐮狀細(xì)胞病-in-turning . html？合作伙伴= rss & ampemc=rss

10.適者生存:人類(lèi)的自然選擇

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

11.這就像數(shù)百萬(wàn)只螞蟻在啃我的骨頭——在尼日利亞抗擊鐮狀細(xì)胞病

https://www . the guardian . com/global-development-professional-network/2017/jul/19/its-like-百萬(wàn)螞蟻-正在-啃-啃-骨頭-戰(zhàn)斗-尼日利亞鐮狀細(xì)胞病