单基因突变可能有助于人类成为最佳的长跑运动员

二百万到三百万年前，单一基因的功能丧失引发了一系列重大变化，最终成为现代人类物种，从生育率到增加吃红肉的癌症风险等一切都在改变。

在9月12日出版的“英国皇家学会学报B”上发表的一篇新论文中，加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员报告了对缺乏相同基因的小鼠的研究，称为CMAH，结果数据表明失去的基因也可能有助于人类有充分证据表明自己是动物界最好的长跑运动员之一。

在CMAH突变出现的大致同一时间，人类祖先正在从森林居民转变为生活，主要是在非洲干旱的大草原上。当他们已经直立行走时，这些早期原始人的身体和能力正在发生巨大变化，特别是骨骼生物力学和生理学的重大变化导致长而有弹性的腿，大脚，强大的臀肌和扩张的汗腺系统能够比其他大型哺乳动物更有效地散热。

科学家们说，这种变化有助于推动人类相对不知疲倦地长距离运行的能力的出现，允许祖先在其他食肉动物休息的当天炎热中捕食并追捕猎物，这种技术称为持久性狩猎。

“我们在20多年前发现了人类和我们最亲近的生活进化亲戚，黑猩猩之间的第一个明显的遗传差异，”资深作者，医学博士，加州大学圣地亚哥分校医学和细胞与分子医学杰出教授Ajit Varki说。医学和UC San Diego / Salk人类学学术研究和培训中心的联合主任。

鉴于突变的大致时间及其对具有相同突变的小鼠模型的生育能力的记录，Varki和人类学和病理学教授Pascal Gagneux博士开始研究遗传差异如何促成起源的智人，包括现代属智人和已灭绝的物种像能人与直立人。

“由于小鼠也更容易出现肌肉萎缩症，我有一种预感，有增加的长跑和耐力的连接智人，”瓦尔基说，“但我对这个问题没有专业知识，无法说服任何人在我的实验室里组织这个长期实验。“

最终，一位名叫Jon Okerblom的研究生接手了这项任务，制造了鼠标跑轮和借用鼠标跑步机。“我们评估了运动能力(缺乏CMAH基因的小鼠)，并注意到在跑步机测试期间和自愿轮胎运行15天后性能提高，”该研究的第一作者Okerblom说。研究人员随后咨询了加州大学圣地亚哥分校医学院医学系生理学研究科学家Ellen Breen博士，他补充说，这些小鼠表现出更强的抗疲劳能力，线粒体增加。呼吸和后肢肌肉，有更多的毛细血管，以增加血液和氧气供应。

Varki说，数据表明CMAH的损失有助于提高骨骼肌的氧利用能力。“如果调查结果转化为人类，他们可能已经为早期原始人类提供了从树木到开放范围内成为永久性狩猎采集者的选择优势。”

当CMAH基因在二百万到三百万年前在人类中发生突变时，也许是为了应对古老病原体引起的进化压力，它改变了后来的原始人和现代人使用唾液酸的方式 - 唾液酸是一个覆盖表面的糖分子家族。所有动物细胞，它们作为与其他细胞和周围环境相互作用的重要接触点。

人类突变导致称为N-乙酰神经氨酸(Neu5Gc)的唾液酸的损失，以及其前体的累积，称为N-乙酰神经氨酸或Neu5Ac，其仅相差一个氧原子。

这种看似微小的差异几乎影响到人体内的每一种细胞类型，并且已被证明是混合的祝福。Varki和其他人已将CMAH基因和唾液酸的损失联系起来，不仅提高了长跑能力，而且提高了早期原始人类的先天免疫力。唾液酸也可能是癌症风险的生物标志物。

相反，他们还报告说某些唾液酸与2型糖尿病风险增加有关;可能导致与红肉消费相关的癌症风险升高;并引发炎症。

“他们是一把双刃剑，”瓦尔基说。“一个遗失的基因和一个小的分子变化的后果似乎已经深刻地改变了人类生物学和能力回到我们的起源。”