鲸偶蹄目动物上皮钠通道δ亚基的进化路径揭示其在钠离子感知中的关键作用

本研究针对海洋哺乳动物从陆地重返海洋环境后面临的钠离子稳态调控挑战，通过比较基因组学揭示了上皮钠通道(ENaC)δ亚基(SCNN1D)在鲸偶蹄目中的独特进化轨迹。研究人员发现δ-ENaC作为"应激蛋白"在陆地偶蹄类中保留完整功能，而在鲸类中发生假基因化，并通过行为实验证实海洋环境可能使高钠感知功能变得冗余。该研究为理解环境适应与感觉系统进化提供了分子证据，发表于《Communications Biology》。

　　

在生命演化的壮阔史诗中，哺乳动物从海洋登陆又重返海洋的历程始终充满谜团。约5000万年前的始新世，鲸类祖先从偶蹄目陆地动物演化而来，面对海水盐度高达血浆3倍的极端环境，它们如何重构钠离子调控系统成为进化生理学的关键问题。上皮钠通道(ENaC)作为脊椎动物渗透调节的核心元件，其δ亚基(SCNN1D)恰好在鱼类向四足动物登陆时出现，暗示其可能在环境适应中扮演特殊角色。

德国研究团队在《Communications Biology》发表的研究，通过45种鲸偶蹄目动物的比较基因组分析，结合海豚行为实验，揭示了ENaC亚基的差异化进化模式。研究发现虽然α、β、γ亚基基因在鲸类中保持完整，但δ亚基在鲸类中普遍假基因化，而在陆生偶蹄类如牛科动物中保留功能，甚至在羚羊亚科出现独特的11-12外显子融合变异。瓶鼻海豚肾脏、肺和皮肤组织检测证实αβγ-ENaC维持基础生理功能，而δ-ENaC的缺失可能与海洋环境的高钠感知需求降低相关。

研究采用多学科技术方法：比较基因组学分析NCBI数据库中45个物种的SCNN1基因结构；RT-PCR验证绵羊和瓶鼻海豚组织表达谱；ColabFold预测δ-ENaC三维结构；建立贝叶斯混合效应模型分析6只瓶鼻海豚和2只白鲸对含500mM NaCl凝胶的摄食行为差异。

"鲸偶蹄目ENaC编码基因的功能分布"部分显示，SCNN1A/B/G在所有物种中保持完整，而SCNN1D在鲸类出现共享的剪接位点突变和阅读框破坏。河马作为鲸类近亲保留完整SCNN1D，暗示假基因化发生在鲸类早期进化阶段。

"羚羊亚科SCNN1D的结构变异"揭示牛科动物中11-12外显子融合事件，通过绵羊消化道组织RT-PCR证实该变异产生含33个额外氨基酸的δ-ENaC异构体。结构预测显示这些插入位于"指节"结构域，可能改变与"手指"结构域的相互作用，影响通道调控。

"鲸类化学感受特征与SCNN1D退化的关联"部分发现，瓶鼻海豚皮肤转录组中检测到SCNN1D碎片化转录本，而行为实验显示海豚和白鲸对海水浓度NaCl刺激无显著行为差异，支持δ-ENaC介导的高钠感知功能在海洋环境中的冗余性。

"其他海洋哺乳动物ENaC编码基因分布"扩展分析显示，海牛目、海豹科(Phocidae)和海獭也出现SCNN1D假基因化趋势，但海狮科(Otariidae)和北极熊保留完整基因。选择压力分析显示鲸类和鳍足类SCNN1D进化约束显著降低。

这项研究系统阐释了ENaC亚基在环境适应中的差异化进化策略：αβγ-ENaC作为"管家蛋白"维持基础钠稳态，而δ-ENaC可能作为"应激传感器"监测高钠环境。研究创新性地将分子进化与行为表型关联，为理解海洋哺乳动物感觉系统退化提供了机制解释。δ-ENaC的假基因化可能不是主动适应的结果，而是高盐环境中选择压力松弛的副产品，这一发现为基因功能丧失的进化意义提供了新的思考维度。