研究揭示人類進化中「肥胖基因」的調控機制

2020-10-20 科普百分百

研究揭示人類進化中「肥胖基因」的調控機制

（神秘的地球uux.cn報導）據中國科學報（任芳言）：當古人還在打獵、為食物發愁時，他們的基因已經開始變化——總有一些人能囤積更多脂肪，或者更易於從牛奶中獲得營養，以保有更多生存優勢。

但在營養過剩成為普遍現象的今天，古老的基因突變反而讓現代人面臨更高的健康風險。

近日，一項在《細胞》上線的研究找到了變化的關鍵，這一切都與一個非編碼小分子RNA（以下簡稱小RNA）密切相關。

熱門區域的小RNA

小RNA是一段由20~24個核苷酸組成的序列，單個小RNA可參與一個或多個基因的調控表達。

論文第一作者王立峰告訴《中國科學報》，在先前工作中，他與論文通訊作者、哈佛大學醫學院原教授安德斯·納爾等人篩選出數個與肥胖、糖尿病等代謝疾病有關的小RNA。

「雖然當時我們在近兩萬個代謝病人的樣本中篩選出了幾個小RNA，但還未明確它們與代謝疾病和人類進化的直接關聯。」王立峰說。

完成本次新發表的工作時，王立峰是哈佛大學醫學院和麻薩諸塞總醫院腫瘤中心研究員。目前，他在強生公司從事心腦血管類疾病的藥物篩選工作，納爾現為伯克利大學代謝系主任。

在新研究中，王立峰等人篩選出了其中一個小RNA：miR-128-1，觀察到它在機體代謝中發揮的一系列調控作用。

有意思的是，通過全基因組關聯研究，研究團隊發現，這個小RNA恰恰位於進化自然選擇的熱門區域：2q21.3。

這組基因中，有鼎鼎大名的乳糖酶基因（以下簡稱LCT），它的活躍表達可以促使人產生大量的酶，幫助消化乳糖、從牛奶中獲取營養。在針對動物的研究中，研究者在2q21.3內也找到了不止一個促進脂肪積累的基因。

「在人類尤其是歐洲人中，2q21.3發生突變且被遺傳的概率較高。」王立峰介紹，以往觀點認為，2q21.3這組基因之所以成為自然選擇的熱門，是由於其中的LCT基因可幫助人類從牛奶中汲取營養。

但現在看來，情況有變。新的研究顯示，在2q21.3這組基因中，miR-128-1也發揮了重要的「儉省」作用——它能讓機體減少能量消耗，囤積更多脂肪。

時過境遷的「儉省」優勢

人體中2q21.3這組基因的突變可追溯至大約7000年前，彼時人類還需要打獵生存，更易受饑荒威脅。新研究表明，miR-128-1的「儉省」特性或許讓古代人更易存活，2q21.3因此而成為進化中被高度選擇的基因組區域。

但在當下，人們久坐不動、營養過盛，miR-128-1的功效反而更容易將人與肥胖、糖尿病等代謝紊亂聯繫在一起。

「這是這項研究中很有趣的地方，miR-128-1這個小RNA和代謝疾病相關，它與人類的進化也有關聯。」王立峰說。

文章中，研究團隊拿出了更多miR-128-1參與代謝調控的證據。

實驗時，研究者建立的小鼠模型是代謝紊亂、缺乏瘦素的遺傳型肥胖小鼠，這些小鼠因缺乏瘦素而表現出明顯的食慾過盛。研究者在給小鼠提供高脂飲食的同時，每周固定次數和劑量向其注射靶向miR-128-1的藥物，讓這一小RNA失效。

結果顯示，接受藥物注射的小鼠其肝臟、褐色脂肪等主要代謝組織中的miR-128-1含量明顯下降。接受治療兩周後，這些攝入高脂飲食的小鼠在食量不減的情況下，體重和脂肪含量明顯降低，能量消耗也更快。

研究者還對另外一部分小鼠體內的miR-128-1做了敲除處理，他們發現，小鼠連續接受高脂飲食12周後，其體內的白色脂肪組織比對照組減少了60%以上，能量消耗也顯著增加，對胰島素的反應、葡糖糖穩態表現也更好。

此外，他們還觀察到小鼠體內肝臟炎症和脂肪生成標記物的表達降低。「這些都顯示出，miR-128-1在肥胖小鼠中發揮著重要的代謝調節作用。」王立峰介紹。

最終，基於小鼠模型的實驗結果及人類全基因組關聯研究數據，研究確認了miR-128-1在代謝中的調控作用：代謝組織中高水平的miR-128-1可能會減少機體能量消耗，並促進人體中脂肪的累積。

時過境遷，幫助古代人類忍耐饑荒的小RNA反而拉高了現代人罹患代謝疾病的風險。不過，這也為研究者提供了新的治療思路。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.017

相關焦點

  • 科學家揭示人類進化中「肥胖基因」的調控機制
    在新上線的研究中，王立峰等人篩選出了其中一個小RNA：miR-128-1，觀察到它在機體代謝中發揮的一系列調控作用。有意思的是，通過全基因組關聯研究，研究團隊發現，這個小RNA恰恰位於進化自然選擇的熱門區域：2q21.3。
  • 你的祖先靠它熬過饑荒，如今你卻不想要它……科學家揭示人類進化中「肥胖基因」的調控機制
    有意思的是，通過全基因組關聯研究，研究團隊發現，這個小RNA恰恰位於進化自然選擇的熱門區域：2q21.3。新的研究顯示，在2q21.3這組基因中，miR-128-1也發揮了重要的「儉省」作用——它能讓機體減少能量消耗，囤積更多脂肪。
  • 研究揭示視黃酸對海馬育兒袋發育與懷孕過程的調控機制
    近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室研究員林強團隊與香港科技大學教授錢培元團隊合作，以線紋海馬（Hippocampus erectus）為研究對象，揭示視黃酸（Retinoic acid）在雄海馬育兒袋形成和懷孕過程中的關鍵分子與生理調控機制
  • 發現調控肥胖基因:肥而健康-冬眠,動物,基因片段,肥胖...
    11月26日，據外媒報導，美國猶他大學的研究人員發表在《細胞報告》雜誌上的一項新研究顯示，冬眠動物可以「關閉」某種基因片段，這些基因片段可能控制著與肥胖相關基因的活動。眾所周知，冬眠的哺乳動物體內會蓄積大量脂肪，但甦醒後依然能保持健康。
  • 研究人員從冬眠動物進化中尋找治療肥胖等疾病線索
    新華社華盛頓11月26日電（記者周舟）美國科研團隊從冬眠動物的基因組中發現可能與肥胖和代謝紊亂有關的基因片段，未來有望開發出治療人類相關疾病的新方法。　　冬眠的哺乳動物體內會蓄積大量脂肪，但甦醒後依然能保持健康。
  • 精神分裂症風險遺傳基因調控機制初步揭示
    精神分裂症風險遺傳基因調控機制初步揭示 2019-02-21 05科技日報 參與互動　 　　精神分裂症風險遺傳基因調控機制初步揭示　　科技日報昆明2月20日電 （記者趙漢斌
  • 視黃酸對海馬育兒袋發育與懷孕調控機制獲揭示
    中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室研究員林強團隊主導、聯合香港科技大學教授錢培元團隊，以線紋海馬（Hippocampus erectus）為研究對象，首次系統揭示了視黃酸在雄海馬育兒袋形成和懷孕過程中的關鍵分子與生理調控機制。相關研究10月13日在線發表於《創新》。
  • 祖先基因調控網絡機制決定螞蟻等級
    近日，中國科學院昆明動物研究所生物多樣性基因組學團隊在調控螞蟻等級分化演化機制研究上取得了進展，揭示了螞蟻這類超個體組織物種存在的生殖等級分化的核心基因調控網絡。 　　此前的研究成果表明，蟻后與工蟻具有相同的基因組，但在形態、生理與行為上有著明確的分化。蟻后負責產卵，可以繁衍後代；而工蟻則永久喪失了繁殖力。這種生殖等級分化起源於約1.5億年前各螞蟻物種的共同祖先。
  • 腦科學日報:首張人類小腦圖譜;揭示「嘴饞」的中樞調控機制
    2，PNAS | 劉聰/李豔梅合作揭示翻譯後修飾調控帕金森病致病蛋白α-syn的液-固相轉化與聚集的分子機制 來源：BioArt 3，Nat Metab | 童青春和束剛/江青豔合作揭示「嘴饞」的中樞調控機制 來源：BioArt 下丘腦弓狀核作為食慾調控中樞，主要由GABA能神經元構成。
  • 基因研究稱人類仍在進化 :痴呆肥胖或被自然選擇淘汰
    參考消息網9月9日報導英媒稱，一項分析了英國和美國共21萬人的基因組的大型研究發現，一系列疾病正通過自然選擇過程從人類的基因庫中被「淘汰」掉。據英國《每日郵報》網站9月6日報導，研究人員發現，與阿爾茨海默症和重度菸癮相關聯的基因變異較少出現在壽命較長的人身上，這表明在這兩國的人口中自然選擇過程都正在逐漸淘汰掉那些不利的變異。研究人員還發現，使人易患心臟病、高膽固醇症、肥胖或哮喘的幾組基因變異也較少在壽命較長的人身上出現，而這些人的基因更有可能遺傳給下一代並在人群中傳播。
  • 昆明動物所等在幹細胞基因組穩定性調控機制研究中取得進展
    前期工作中，該研究團隊鑑定胚胎幹細胞基因組穩定性調控的關鍵多功能因子Filia，揭示其不同的作用途徑（Cell Stem Cell 2015，16(6)：684-698；Cell Research 2018，28(1)：69-89），並發現人類同源基因的功能突變能夠導致胚胎發育失敗和復發性流產（PloS Biology 2019，17(10)：e3000468）。
  • 研究揭示基因間甲基化調控機制
    研究揭示基因間甲基化調控機制 作者：小柯機器人 發布時間：2019/9/5 13:59:51 美國哥倫比亞大學Chao Lu、加拿大麥吉爾大學Jacek Majewski和美國洛克菲勒大學C.
  • 研究發現脂肪前體細胞分化命運的重要調控機制
    1月17日，中國科學院上海營養與健康研究所時玉舫/王瑩團隊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表了題為Scd1 controls de novo beige fat biogenesis through succinate-dependent regulation of mitochondrial complex II 的研究論文
  • 揭示反義長鏈非編碼RNA順式調控基因轉錄的新模式
    》（Divergent lncRNAs regulate gene expression and lineage differentiation in pluripotent cells）的研究論文，系統揭示了長鏈非編碼RNA順式調控基因組上鄰近基因的表達，以及它們在幹細胞分化和發育中的作用。
  • Nature | 宋保亮組揭示進食後膽固醇合成調控的機制
    膽固醇合成需要消耗很多營養與能量，因此經過長期進化，哺乳動物只在進食後才明顯上調膽固醇合成，而在飢餓狀態下則抑制合成，但其中的調控機制一直不清楚。Nature雜誌上發表文章Feeding induces cholesterol biosynthesis via the mTORC1-USP20-HMGCR axis，揭示了進食誘導膽固醇合成的機制
  • 蒺藜苜蓿雄性不育調控機制及其進化研究中獲進展
    絨氈層廣泛存在於陸生植物中，而被子植物中已報導多個調控絨氈層發育的關鍵因子，但是對這些關鍵因子介導的絨氈層發育在陸生植物中的進化模式甚少被關注。豆科作為第二大經濟作物，為人類和動物提供最主要的植物蛋白及油脂來源。但是目前雜交育種較少在豆科作物中應用，而且豆科植物的絨氈層研究也鮮有報導，這些問題亟待解決。
  • 《The Innovation》揭示視黃酸對海馬育兒袋發育與懷孕過程的調控機制
    近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室林強研究員團隊主導、香港科技大學錢培元教授團隊聯合探索，以線紋海馬（Hippocampus erectus）為研究對象，首次系統揭示了視黃酸（Retinoic acid）在雄海馬育兒袋形成和懷孕過程中的關鍵分子與生理調控機制（圖1）。
  • 中國科學家揭示人類胚胎發育和進化的奧秘
    新華社北京３月９日電（記者董瑞豐）如同計算機編程，人類生命從受精卵發育成複雜有機體，也需要基因表達的編程。中國科學院北京基因組所劉江團隊與山東大學附屬生殖醫院陳子江團隊、廣州醫科大學劉見橋團隊合作，在國際上首次解讀了這種「程式語言」如何指揮人類胚胎的基因表達，相關研究９日發表於國際權威學術期刊《細胞》。
  • Nature communication:科學家發現重要肥胖基因FTO促肥胖機制
    2015年4月22日訊 /生物谷BIOON/ --近日，來自英國的科學家在國際學術期刊nature communication在線發表了他們的一項最新研究成果，他們發現脂肪含量與肥胖相關基因（FTO）能夠通過調節脂肪前體細胞的有絲分裂克隆擴增，影響脂肪生成，而這一過程是通過增強促脂肪生成因子RUNX1T1的表達實現的。
  • 中國科學家揭示肥胖性心肌病線粒體自噬調控新機制
    肥胖已成為全世界範圍的流行病。肥胖的發病率不斷增長，並且被認為是癌症等慢性病和死亡率升高的主要危險因素。大量研究表明肥胖與心血管疾病關係密切，特別是冠心病、心衰和房顫。