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我们真的了解衰老与繁殖吗?
——小小裸鼹鼠的遗传机制挑战人类传统认知
2018-08-06 10:02 来源:科技日报

生存繁衍至今,人类对于衰老与繁殖的科学,已经有了一套传统认知。不过,总有一些物种超乎想象。

裸鼹鼠,被称为哺乳动物的杰出代表。它们其貌不扬,全身裸露、没有皮毛,而且无痛觉、能抗毒,是癌症克星。如果说这些奇怪之处还只是流于表面,那么这个种群的遗传机制则更令人吃惊。

这一群体生活方式其实很像蜜蜂及蚂蚁——非常有组织性——一般由2只具有生殖能力的首领和大约300只没有生殖能力的工鼠组成。对于首领而言,繁殖会造成额外的能量消耗,鼠后在生育的基础上还要进行哺乳,本应因此削减寿命,但令科学家们百思不得其解的是,它们的寿命却比工鼠更长,且终生保有繁殖能力。

德国莱布尼茨老年化研究所的研究者们调查了这一悖论背后的遗传学机制,他们于近期将这一发现发表在了英国《自然》杂志旗下开放获取期刊《BMC生物学》上。

裸鼹鼠首领比工鼠寿命更长

论文的通讯作者马丁·本斯博士表示,研究结果显示,当裸鼹鼠成熟发育出繁殖能力时,它们的衰老速率也同时被改变了,即首领能够比工鼠活得更久。这很让人吃惊,因为从其他物种身上找到的证据都表明,繁殖虽然对整个物种的生存有益,但却会削减个体的寿命。可是在裸鼹鼠中,生殖似乎可以延长寿命。这与哺乳动物要么将资源用来延长寿命、要么用来繁育后代的普遍认知相悖。

研究者们从一系列器官(包括心脏、肝和性腺)中提取了组织样本,并对转录组,即所有被转录的基因进行了分析。他们将有繁殖能力的裸鼹鼠的转录组与工鼠、有繁殖能力的豚鼠、无繁殖能力的豚鼠的转录组分别进行了比较,其中豚鼠是裸鼹鼠的近亲但寿命较短。

研究团队发现,有繁殖能力的裸鼹鼠,其衰老相关的基因的表达与另三组显著不同。比如,一个和肌肉再生相关的基因可能有利于抵抗衰老过程中的肌肉流失,这个基因在有繁殖能力的裸鼹鼠中的表达量更高。类似的基因表达变化可能为裸鼹鼠首领长得异乎寻常的寿命作出了贡献。

不具备生育能力的裸鼹鼠雌雄差异很小

本斯表示,与不具备生殖能力的豚鼠或其它啮齿类动物不同,不具备生殖能力的裸鼹鼠不会有性别二态性,雌雄鼠之间体型、体重或外生殖器都没有差别,连行为上的差异都很小。它们的研究中最主要也最令人惊讶的发现之一,就是雌雄裸鼹鼠在转录的基因上也没有显著差异。但是研究人员发现,当它们成熟为可繁殖个体后,转录组就会极大地改变。

当研究团队把没有生育能力的裸鼹鼠从群体中分离出来,并与异性裸鼹鼠配对后,工鼠便能恢复生育能力。这一转变过程伴随生理和行为上的变化,且雌雄两性的变化不同——也就是说这些动物此时会表现出性别二态性。性成熟的发生,也伴随着长寿和健康相关的基因在表达水平上的变化。

本斯表示,对裸鼹鼠转录组数据的深入挖掘,可以帮助人类理解性成熟的调控机制,更好地理解人类的性成熟,因为不同的人青春期起始时间不同,受很多因素(比如压力和营养)的影响。而青春期的起始时间又与很多疾病(如乳腺癌或心血管疾病)的发生相关联。这些新的数据可能有助于找到减轻这种差异的靶点。

长寿或因其线粒体与众不同的代谢特征

在同一天发表在《BMC生物学》上的另一项研究《肝脏蛋白质组的物种间比较揭示其与裸鼹鼠长寿及人类衰老的联系》中,本斯团队还比较了裸鼹鼠和豚鼠的肝脏,以进一步研究裸鼹鼠长寿背后的分子机理。

这项研究的通讯作者亚历山德罗·奥表示,他们发现,裸鼹鼠的肝脏在线粒体蛋白的表达上呈现出了一种特别的模式,导致它们的线粒体具备一些与众不同的代谢特征,其中包括较高的脂肪酸利用能力。团队还成功证明,无论是裸鼹鼠还是人类,在衰老过程中受影响的分子网络是类似的,这表明这些网络和这两个物种的长寿之间可能有直接的联系,毕竟按照体重估算他们的寿命本应短得多。(记者 张梦然 科技日报北京8月5日电)

原标题:我们真的了解衰老与繁殖吗? 

[编辑:郭晓彤]