科学家从冬眠动物进化中寻找治疗肥胖等疾病线索,冬眠动物中竟藏着人类的肥胖调控机关

日期:2020-01-27编辑作者:头条热点

作者:周舟 来源:新华网 发布时间:2019/11/27 11:51:49 选择字号:小 中 大 科学家从冬眠动物进化中寻找治疗肥胖等疾病线索

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新华社华盛顿11月26日电美国科研团队从冬眠动物的基因组中发现可能与肥胖和代谢紊乱有关的基因片段,未来有望开发出治疗人类相关疾病的新方法。

肥胖症是一种全球流行病,它能够影响多种人类疾病,包括II型糖尿病、痴呆症、心血管疾病和癌症等。影响肥胖的因素很复杂,也包括遗传风险因素。

冬眠的哺乳动物体内会蓄积大量脂肪,但苏醒后依然能保持健康。26日发表在美国《细胞报告》杂志上的研究显示,冬眠动物进化出一种能力,可以关闭某种基因片段,这些基因片段可能控制着与肥胖相关基因的活动。

肥胖是临床问题,也是许多物种的重要适应症。例如,冬眠的哺乳动物也会变肥胖,产生胰岛素抵抗和高胰岛素血症,以此来储存脂肪,而体重增加和胰岛素抵抗也是人类肥胖症的两个特征。但是对于哺乳动物来说,与人类不同的是这些改变可以很容易地发生逆转,它们不会因之出现任何不健康的症状。所以“肥胖”与“冬眠”之间真的有联系么?

美国犹他大学研究人员对不同栖息地的四种冬眠动物进行了研究,包括十三条纹地松鼠、避光鼠耳蝠、倭狐猴和马达加斯加小刺猬。经过基因组比对后,研究人员发现这些哺乳动物都独立进化出一种被称为平行加速区的短非编码DNA片段,可能与关闭控制肥胖的基因片段有关。研究人员通过收集人类基因组数据还同时发现,人体内与控制肥胖相关的基因附近也不规则地分布着这类DNA片段。

11月26日,来自犹他大学的科研人员在《Cell Reports》上发表文章,向我们揭示了“冬眠”与“肥胖”之间的关联。

为确认这种联系,研究人员还检测了普拉德-威利综合征患者身上与综合征相关的基因,研究人员发现在与综合征相关的基因附近也出现平行加速区富集。普拉德-威利综合征是由基因缺陷导致的疾病,症状表现为无节制饮食从而导致体重持续增加及严重肥胖。

事实上,科研人员们早就认识到动物是具有“超能力”的,一些对人类造成生命威胁的条件,可能根本不会影响动物。大象和鲸鱼就是这样两个例子,它们的癌症风险几乎为零。其他动物则几乎不会出现像肥胖这样的新陈代谢问题。这究竟是为什么呢?来自犹他大学的研究人员Elliott Ferris和Christopher Gregg认为这可能与冬眠有关。

通过收集人类和冬眠动物的数据,研究人员共发现了364个可能用来调控冬眠和肥胖的基因片段,他们正在利用表观基因编辑工具在实验小鼠身上测试这些基因片段的功能。

世界上大多的哺乳动物都在寒冷的季节冬眠。冬眠的特征是进入类似于睡眠的状态,动物的体温会下降,呼吸减慢,心脏跳动减慢,所有其他新陈代谢也都会变慢。这样,可以很好的帮助冬眠的动物在食物稀缺、生活条件艰难的冬季生存。

论文作者、犹他大学神经学和解剖学副教授克里斯托弗格雷格说,肥胖和代谢紊乱对人类健康构成多种风险,发现基因组中这些片段的功能将为未来的研究奠定基础,有望开发出衰老、痴呆和代谢紊乱等疾病的治疗方法。

就像论文中指出的那样,许多冬眠动物在冬眠的过程中会增加很多体重,也会产生胰岛素抵抗,这也是人类肥胖症的两个特征。但与人类不同的是,冬眠的动物仅仅是在冬季及时获取脂肪。在冬眠过后,它们可以轻松摆脱多余的体重,而且它们的身体也会自动逆转胰岛素抵抗。除此之外,冬眠哺乳动物并不会引发高血压和轻度炎症等其他影响健康的问题。

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也正是这些原因,使得Ferris和Gregg认为,某些调节冬眠的遗传机制可能在肥胖控制中起到了作用。

犹他大学神经学与解剖学系副教授Gregg解释说:“冬眠动物已经发展出控制自己的新陈代谢的强大能力。新陈代谢影响着许多不同的疾病风险,包括肥胖,Ⅱ型糖尿病,癌症和阿尔茨海默氏病。” “我们相信,了解与冬眠有关的基因组信息将有助于我们学习控制一些主要疾病的风险因素。”

冬眠哺乳动物体内平行加速区也存在于人体,且与肥胖基因相关

此项研究中,科研人员发现基因组的这些重要部分隐藏在98%的、曾被我们称为“垃圾基因”的基因组非编码区中。Gregg和Ferris分析了十三排地松鼠、小棕蝙蝠、灰狐猴和小刺猬四种冬眠哺乳动物物种的基因组。在比较这些物种的基因组时,研究人员发现与非冬眠恒温哺乳动物相比,冬眠动物都有一系列短DNA片段发生了独立进化,研究人员将之称为“平行加速区”(pARs)。

而加速区也存在于人类基因组中,但到目前为止,科学家们所知道只有加速区域属于非编码DNA,且在除人类外的哺乳动物进化过程中变化不大。也就是说,在人类与灵长类分离的那段时间,我们的加速区基因发生了转变。

在进一步分析数据后,研究人员注意到pARs出现在与人类肥胖相关的基因附近。为了确认加速区域基因与肥胖控制中起作用的基因之间的联系,Gregg和Ferris随后分析了一组非常特殊的基因:引发人类罕见的遗传病“Prader-Willi综合征”的基因。此病的特征是食欲过度,会导致不健康的体重增加和肥胖。研究人员发现,与在Prader-Willi综合征中不起作用的基因相比,Prader-Willi综合征相关基因会更多的与加速区基因有关联,这与此前结果相吻合。

数据整合有望发现肥胖主调控开关,并对其它代谢相关疾病进行控制

根据上述这些结果,Gregg和Ferris表示冬眠动物可能在某些机制方面发生了进化,这使得它们能够自主“关闭”某些与肥胖有关基因的活性,而非冬眠哺乳动物不可以。

此外,研究人员还确定了多达364种既可以调节冬眠又可以控制肥胖的遗传元件。Ferris说:“在对数十万人基因组进行研究后,我们得到的结果表明,肥胖以及肥胖综合征性质相关基因附近会富集冬眠加速区基因。”

此外研究人员还发现,冬眠动物的pARs会改变保守调控蛋白结合位点的结构,这也提供了控制肥胖的候选基因通路。Ferris补充说道:“因此,通过整合人类和冬眠动物的基因组数据,我们可以发现基因组中控制哺乳动物肥胖的候选主调控开关。”

研究人员目前正在使用特殊的基因编辑技术,在小鼠模型中测定这364种遗传元件的作用。研究人员希望他们的发现不但可以帮助他们找到控制肥胖的方法,还可以对其他代谢机制有关疾病进行控制。

Christopher Gregg说道:“肥胖和新陈代谢会有影响许多其他不同疾病的风险,所以这些基因组信息的发现很是令人振奋,它会为许多重要的、新的研究方向奠定基础。大批新的衰老、痴呆以及新陈代谢综合症相关的研究项目正在涌现。”

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