有一种冷叫你妈觉得你冷,还有一种冷是你的基因还没有突变...

2021
02/24

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学术头条
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照片摄于2月20日 来源:北京头条

正月初十还没过,我国多地已暖到不断刷新历史同期新高。昨日北京的最高温度更是达到了25℃,石家庄27.1℃,西安25.8℃。黄河流域到长江中下游等地最高气温将比常年偏高10-15℃。武汉各高校的早樱花也已提前绽放。


华中师范大学梅园 拍摄:陈希昌 张海楠

然而本周开始,冷空气将回来给大家“拜晚年”,随之而来的是气温断崖式下降。那些怕冷的人,要记得穿秋裤,否则不仅你妈觉得你冷,你自己也会冷得瑟瑟发抖。

然而,同样寒冷环境中的另一些人不穿秋裤也不会觉得冷。怕冷的人会不会有点儿羡慕?别急,还没有所有优点都集于一身的情况。

近日,发表在《美国人类遗传学杂志(AJHG)》(IF=10.502)上的一项新研究中,来自瑞典卡罗林斯卡医学院立陶宛体育大学领导的国际研究团队发现了一种特殊的基因突变,可以解释为什么有些人善于保暖,他们更能适应寒冷的环境。然而,这些人可能具有更高的肥胖症风险



由于ACTN3(R577X)基因在人群中的多态性,全世界有近15亿人骨骼肌中编码α-辅肌动蛋白-3(α-actinin-3)的基因发生突变。虽然该突变尚未发现会引起肌肉疾病,但已有研究证明这种情况会影响普通人和运动员的肌肉功能:在力量和短跑运动员中很少有携带这种突变的人;而在耐力运动员中携带该蛋白的人要多于普通人群。

α-actinin-3只存在于快肌纤维,而不在慢肌纤维中。

先来解释一下这两种骨骼肌纤维。快肌纤维,也称白肌纤维(颜色呈浅红色),其肌浆中的肌红蛋白及线粒体较慢肌纤维少。快肌纤维收缩所消耗的能量主要来自无氧糖酵解,故可以产生快速而有力的收缩,也因此会快速产生疲劳感

慢肌纤维,也称红肌纤维(颜色呈红色),其肌浆丰富,肌红蛋白含量高。慢肌纤维收缩速度慢、收缩力量小,但持续时间长且不易疲劳。它主要靠有氧代谢产生的三磷酸腺苷(ATP)提供能量。因此,它可以抵抗疲劳

此前,一项探索缺乏α-actinin-3对进化意义的研究表明,577X等位基因的流行率随着现代人迁移到更冷气候的地方而增加,这意味着携带这种基因突变的人与耐寒能力提高之间存在联系。然而,尚未有直接证据来证明这一点。

在这项新研究中,研究人员招募了42名年龄在18至40岁之间的健康男性志愿者,他们都生活在立陶宛第二大城市考纳斯,每周体育锻炼的时间均少于2小时,所从事的职业也不需要长期暴露在寒冷环境中,而且至少三个月没有参与任何极端温度环境的活动。


示意图 图片来源:卡罗林斯卡医学院

研究人员让参与者浸泡在14℃的水中(只露出脑袋),每次泡20分钟,然后休息10分钟,总共持续两个小时,目的是让他们的直肠温度降到35.5度。与此同时,研究人员测量他们的摄氧量体温心率,来评估由冷刺激引起的总能量消耗,并使用肌电图(EMG)测量他们的肌肉电活动,并进行肌肉活检组织检测,以研究蛋白质含量和肌纤维组成。



分析结果显示,缺乏α-actinin-3的人具有更高比例的慢肌纤维他们能以更节能的方式保持体温。在冷水浸泡的过程中,他们没有激活导致颤抖的快肌纤维,而是通过激活增加基线收缩(张力)而产生热量的慢肌纤维。也就是说,这种基因突变有助于这些受试者更有效地保存能量,从而建立更强的抗寒能力。

随后,研究人员又对利用ACTN3基因敲除小鼠进行了实验,以检验这种突变是否对激活棕色脂肪产生影响。棕色脂肪组织(BAT)已显示出可以作为发热器官的功能,在冬眠哺乳动物和人类婴儿中普遍存在,但在成人中所剩无几。

实验结果表明,缺乏α-actinin-3基因可以提高小鼠的耐寒性,但并没有BAT产生影响。



研究人员说,在向寒冷气候迁移的过程中,突变可能给进化带来了优势,但在当今现代社会中,这种能力可能反而会增加患“富贵病”的风险,这是需要关注的问题

正如先前的研究所表明,随着人类从温暖气候带迁移到寒冷气候带,α-actinin-3缺乏的情况在人群中有所增加,然而关于这种突变是否在出生时就存在并影响婴儿死亡率的问题仍然未知。

研究人员指出,这项研究的一个局限性是,很难用与动物和细胞实验中同样的细节水平来研究人体机制。因此,所提出的生理机制尚未在分子水平的实验上得到证实。未来将进行进一步的研究,以了解这种机制在分子水平上是如何起作用的,以及如何影响肌肉疾病。

研究人员总结道,这些发现为5万多年前现代人类从非洲迁移到气候更冷的中欧和北欧提供了一种机制。


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关键词:
基因突变,慢肌纤维,棕色脂肪,基因,肌肉

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