讓藏族人適應高原反應的關鍵基因

日期：2010-07-05 12:37:01

深圳華大基因研究院發現青藏高原世居藏族人群高原適應的關鍵基因，有關這一科研成果的論文《50個全外顯子測序揭示人類的高原適應機制》在最新一期美國權威學術刊物《科學》（Science）上正式發表。該成果由深圳華大基因研究院發起和主導，得到了國家自然科學基金委員會、國家科技部、中國科學院、深圳市政府以及丹麥、美國、瑞士等國自然科學基金委員會的支持。

這一成果揭示了青藏高原世居藏族人群高原適應的分子機制之謎，對預測、預防與治療高原缺氧性疾病，促進我國高原地區社會和經濟發展具有重大意義；該成果闡明了人類的基因組在極端環境下發生了何種適應性變化，具有改寫人類分子進化教科書的意義。

青藏高原是世界上海拔最高、面積最大的高原，素有“世界屋脊”之稱，極高海拔也使得青藏高原具有獨特的地理氣候環境、人文生活習慣和醫療衛生事業狀況。高原環境對人體關鍵的影響因素是低壓性低氧，大氣壓力隨海拔增高而降低，氧分壓也隨之下降。當生活在低海拔地區的人來到高原環境時，由于氧分壓的降低，會使人產生缺氧，因而引起“高原反應”，嚴重的“高原反應”會引起肺水腫和腦水腫，威脅到人的生命。而世居高原的人群在這樣的環境下沒有“高原反應”，將世居高原人群與低海拔人群的基因組進行對比分析，具有重要的啟發意義。

藏族人群是世界上居住高原時間最長，并對高原低氧環境適應能力最佳的民族，本研究使用比較基因組學的方法闡明了高原世居藏族人群的低氧適應機制。“應用先進的基因組學分析技術——全外顯子測序技術，對青藏高原世居藏族人群和低海拔人群進行比較，我們發現了藏族人群適應高原環境的關鍵基因。”該研究負責人、深圳華大基因研究院汪建研究員說。利用第二代高通量測序技術對50個藏族人的全基因組外顯子進行測序，并將結果與低海拔漢族人群以及高加索人群的外顯子進行對比，通過一套新開發的尋找自然選擇信號的算法，計算出在藏族人群中受到自然選擇的基因。這些受到自然選擇的基因，就可能是在藏族人群高原適應中起著重要作用的基因。結果顯示，有一系列基因在藏族人群的高原適應中發揮作用，其中EPAS1基因可能起著關鍵作用。進一步通過對藏族人群中EPAS1基因的改變位點進行關聯分析，發現EPAS1基因中受選擇的基因型與藏族人群血紅蛋白的代謝有關。EPAS1基因是HIF通路（低氧誘導調節通路）中的重要基因，在人體面對低氧環境的調節通路中起到核心作用。藏族人群特有的“EPAS1”基因不同于漢族人群，正是這種遺傳基因阻止了藏族人血紅蛋白濃度的過度升高，降低了各種高原性疾病發生的可能性。由于EPAS1基因與缺氧及血紅蛋白生成密切相關，對這一基因的研究還有可能對某些血液性疾病的治療帶來突破，并且還可應用于運動員的篩選等方面。

同時，該成果發現了其它一些重要的高原適應相關基因，例如EGLN1基因、FANCA基因等共30個重要候選基因。這些基因可能在藏族人群的高原適應機制中發揮重要的作用，但是其明確的生理生化表型仍不是很確定，這為科學家們下一步對高原缺氧性疾病的研究指明了方向。這是我國在高原醫學研究中的重要基礎性突破，必將帶動相關的基礎研究和應用研究的發展。