人类与猩猩大脑中基因表达的差异揭示人类进化大秘密

　　

【生物通编译】

黑猩猩与恒河猴基因表达水平的比较可以有助于解释我们大脑的发育过程

东京消息：遗传变异可以解释为什么人类与他们的灵长类兄弟不同，但是其方式确实人们不曾预料的。尽管人类基因组与那些大型猿类的相比只相差大约1%到2%，但是在基因的表达和调控上却存在着明显的不同。新的研究表明那些差异主要集中在大脑中，这一发现提供了解释人类如何获得更高的智力能力的可能线索。

德国Max Planck进化人类学研究所的遗传学家Svante Paabo说：“我并不对我们与小鼠之间有多少相似性感兴趣，我感兴趣的是我们与和我们关系最近的亲戚黑猩猩之间的差异。”他认为这样的比较是了解令人类之成为人的遗传原因的唯一方式。

由于现在人类基因组序列已经获得，许多研究者正准备开始进行这样的比较。在上个月在此召开的一次会议上（Genes and Minds Initiative Workshop on Ape Genomics, Tokyo, 14-15 March）Svante Paabo介绍了他的研究组在三种来自人类，黑猩猩和恒河猴的组织——大脑皮层，肝脏和血液样品的基础上所进行的研究。他们混合了来自每个种内单个个体的信使RNA样品以去除种内差异，并使样品通过一个携带有2万个人类cDNA的微阵列滤器来确定基因表达的水平。他们鉴定到165个基因在至少一种样品的三个物种中的至少两个物种之间存在明显差异。大脑中含有最大比例的这种基因（约1.3%）。

实验还提供了区分人类与其它灵长类动物的最明显的证据。在黑猩猩与人类之间，肝脏和血液组织中的基因表达非常相似，但是却与恒河猴有明显的不同。但是大脑皮层中的基因表达情况就完全不同了。在这次会议上Paabo说：“在大脑中，黑猩猩与恒河猴的基因表达形式的相似性高于它们任何一个与人类之间的相似性。”分析表明在从一个共同的祖先进化分支后，人类大脑基因变化和表达水平是黑猩猩的三到四倍。“在这三种组织中，似乎大脑是真正在人类获得特殊基因活性中起专门作用的。”

与会的200名学者还听取了将人类与我们最亲密的物种区分开的生物化学差异的报告，也许这种差异影响了人类大脑的发育。加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的糖化学家Ajit Varki说：“除了基因组学，转录本组学和蛋白质组学，还有糖组学。”Varki和同事们正在研究人类如何通过丢失一个酶而获得某种进化优势（Science, 23 March, p. 2340）。

这种酶制造一个细胞表面糖家族——唾液酸中的一种形式。UCSD的研究组发现除了人以外的所有哺乳动物，细胞表面存在N-乙酰神经氨酸（Neu5Ac）和N-糖基神经氨酸（Neu5Gc）两种形式。接着他们发现人类缺少Neu5Gc是由于一个基因的小小突变，在其它哺乳动物当中，这个基因编码一种名为CMP-Neu5Ac羟化酶的酶。这种羟化酶通过添加一个氧原子催化CMP-Neu5Ac到CMP-Neu5Gc的转变。没有这个酶，人类细胞就没有Neu5Gc而是有更多的Neu5Ac。

分支长度代表大脑中基因表达变化的相对量

幸运的是这些唾液酸可以很好地保存在骨骼中。该研究组发现虽然现代猿类的骨骼中同时含有Neu5Ac和Neu5Gc，但是穴居现代人类骨骼的化石只有Neu5Ac。Varki说，因此这种基因失活的发生“早于人类与穴居人类的共同祖先但是晚于人类与大型猿类的共同祖先。”因为Neu5Gc是一定病原体的一个结合靶，Varki推测在早期人类当中丧失Neu5Gc可能增强了他们对一定疾病的免疫能力。

与大脑的关系的发现是因为甚至在Neu5Gc普遍存在于大多数组织中的哺乳动物中，Neu5Gc却几乎不出现在大脑中。当然在人类大脑中完全不存在Neu5Gc。Varki提出的一个“纯猜想”认为去除Neu5Gc可能以某种原因促进了大脑功能的改善。日本国家遗传学研究所的进化遗传学家Naruya Saitou称这一理论“非常刺激，而且值得进行研究。”

——摘译自 Science Volume 292, Number 5514, Issue of 6 Apr 2001, pp. 44-45. （heartlake）

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