為什么藏人能適應(yīng)高原生活

為什么藏人能適應(yīng)高原生活

在平原地區(qū)生活慣了的人初到青藏高原會有高原反應(yīng)，原因是快速進(jìn)入高原暴露于低壓低氧環(huán)境后會產(chǎn)生各種病理性反應(yīng)，常見的癥狀有紅細(xì)胞增多、頭痛、呼吸困難、失眠、食欲減退、疲倦等。統(tǒng)計表明，平原人快速進(jìn)入海拔3000米以上高原時，50%-75%的人會出現(xiàn)高原反應(yīng)，但經(jīng)過3-10天后會慢慢習(xí)慣，癥狀逐漸消失。

不過，全球約有1.4億人世世代代居住在高原，如東亞的藏人、南美的安第斯人和東非的阿比西尼亞人，他們在高原生活應(yīng)對自如，沒有高原反應(yīng)，這是為什么呢？研究人員從遺傳、適應(yīng)等不同角度進(jìn)行了研究和解釋。

高原適應(yīng)基因之一：EPAS1

研究人員發(fā)現(xiàn)，藏人適應(yīng)高原生活有多種原因，其中一個原因是，他們具有適應(yīng)高原低氧環(huán)境的基因，例如，其中一種稱為低氧誘導(dǎo)因子的EPAS1的基因。任何人都帶有EPAS1基因，在高海拔地區(qū)，由于空氣中含氧量較低，血液中的含氧量也會降低，這時EPAS1基因會被激活，觸發(fā)生成更多的紅細(xì)胞，其中的血紅蛋白能攜帶更多的氧氣，以供應(yīng)全身各組織器官維持生理功能的需求。

不過，EPAS1基因被激活導(dǎo)致血紅蛋白和紅細(xì)胞過度增多后，也會增高血液黏稠度，導(dǎo)致高血壓、心臟病發(fā)作以及產(chǎn)生低出生體重嬰兒，提高嬰兒的死亡率。所不同的是，藏人長期生活于高海拔地區(qū)，其EPAS1基因發(fā)生了變異，基因變異的結(jié)果是只讓藏人輕微提高紅細(xì)胞和血紅蛋白水平，不會造成什么副作用。但漢人和其他沒有長時間生活在高原的人，EPAS1基因沒有變異，若到高原就會導(dǎo)致供氧不足和其他心血管系統(tǒng)的副作用。

藏人的這種適應(yīng)高原生活的生物學(xué)特性又是如何獲得的呢？最近，美國加州大學(xué)伯克利分校生物學(xué)教授尼爾森團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，藏人適應(yīng)高原生活是通過祖先與其他民族通婚后以遺傳方式而獲得。

研究人員對40名藏人和40名漢人的EPAS1基因周圍區(qū)域進(jìn)行了重復(fù)測序，發(fā)現(xiàn)藏人的這一基因包含一個存在高度差異的單體型，后者只存在于丹尼索瓦人（一個古老的原本生活在歐亞大陸西伯利亞地區(qū)的滅絕人種）基因組而不存在于世界各地其他的種群中。這證明，藏人適應(yīng)高原生活的基因源自丹尼索瓦人。藏人的祖先有可能與丹尼索瓦人有過婚配，從而導(dǎo)致這一基因從丹尼索瓦人流動到藏人，促進(jìn)了藏人適應(yīng)高海拔的低氧環(huán)境。

研究也發(fā)現(xiàn)，在藏人和漢人混居的地方，部分漢人也攜帶有與藏人相同的這種基因。統(tǒng)計表明，高達(dá)87%的藏人攜帶EPAS1變異基因，有9%的漢人攜帶該變異基因。

高原適應(yīng)基因之二：EGLN1

越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，藏人適應(yīng)高原生活不只是一種基因在幫助他們，而是有幾十種基因，只是現(xiàn)在對這些基因的研究還不夠。最近，研究得比較深入的另一個高原適應(yīng)基因是EGLN1。

EGLN1基因能促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）的分解，從而導(dǎo)致紅細(xì)胞加速生成。相反，突變的EGLN1難以促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)因子分解，使得紅細(xì)胞生成作用降低。研究發(fā)現(xiàn)，高達(dá)88%的藏人都攜帶突變的EGLN1基因，生活在低海拔平原地區(qū)的人體內(nèi)則不含這個突變基因。

不含這個突變基因的人在高原環(huán)境會產(chǎn)生高原反應(yīng)，即對低氧水平的過度反應(yīng)，紅細(xì)胞會增多，以增加血紅蛋白的攜氧量來供應(yīng)全身組織器官之需，但由于心血管紅細(xì)胞堆積過多，會造成血液過分黏稠而堵塞，以及心力衰竭等副作用。相反，藏人含有這個突變基因，其血液中紅細(xì)胞及血紅蛋白濃度也較低，心血管不會因紅細(xì)胞堆積過多導(dǎo)致血液過分黏稠而堵塞，也不會有心力衰竭。

高原適應(yīng)基因之三：HMOX2

最近中國科學(xué)院昆明動物研究所的宿兵研究團(tuán)隊(duì)同樣發(fā)現(xiàn)了一種讓藏人適應(yīng)高原極端低氧環(huán)境的基因HMOX2基因。

由于HMOX2基因參與血紅素的代謝，它在藏人群的低氧適應(yīng)，特別是血紅蛋白水平的調(diào)控中可能發(fā)揮著重要作用。在不適應(yīng)低氧環(huán)境的漢族人體內(nèi)，長期低氧將引發(fā)紅細(xì)胞的增生，因?yàn)?，這可以讓增多的紅細(xì)胞攜帶更多氧氣供給缺氧的機(jī)體。但是，紅細(xì)胞增多又會產(chǎn)生紅細(xì)胞增多癥，造成一系列副作用。

HMOX2基因的功能突變可以加速藏人體內(nèi)多余血紅素的代謝，有利于藏人在高海拔條件下保持相對較低的血紅蛋白水平，以避免紅細(xì)胞過度增殖帶來的負(fù)面效應(yīng)，為藏人提供保護(hù)。這顯然是自然選擇的結(jié)果。

顯然，無論是EPAS1、EGLN1，還是HMOX2基因，都是通過降低藏人血液中的血紅蛋白量來使藏人適應(yīng)低氧環(huán)境，而且，這些基因都屬于缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）基因，是一大類基因。不過，這些基因降低紅細(xì)胞和血紅蛋白量也會降低氧氣的攜帶量，為何藏人還會適應(yīng)高原上的低氧環(huán)境呢？因此，基因現(xiàn)在尚不完全清楚解釋為何藏人適應(yīng)高原低氧環(huán)境，而且，基因也只是藏人適應(yīng)高原環(huán)境的解釋之一，當(dāng)然還會有其他的解釋。

低氧適應(yīng)的其他解釋

高原人群與平原（低海拔）人群適應(yīng)環(huán)境都有各自的多種因素，例如，可以從血紅蛋白濃度、血氧飽和度、一氧化氮（NO）濃度、血細(xì)胞比容等來解釋?，F(xiàn)在，研究人員通過研究供氧途徑和一氧化氮的相互關(guān)系，提出了一種更清楚地解釋藏人適應(yīng)高原環(huán)境的原因。

美國Case Western Reserve大學(xué)的人類學(xué)家比爾等人從其研究結(jié)果提出，藏人的血流較快才是他們適應(yīng)高原環(huán)境的原因，因?yàn)檠骺炷茌^快地供應(yīng)全身各組織器官氧氣，而這種血流較快又與一氧化氮濃度相關(guān)。藏人的血流速度幾乎是生活在平原人的兩倍，這使得他們能更好地適應(yīng)高原環(huán)境。

比爾等人測量了85位藏人和50位生活在平原的美國克利夫蘭人的前臂血流速度，發(fā)現(xiàn)前者的血流速度是后者的2倍，同時藏人血液中的一氧化氮副產(chǎn)物是克利夫蘭人的10倍。這表明，藏人的血管內(nèi)膜會產(chǎn)生大量的一氧化氮，一氧化氮擴(kuò)散到血液中，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，后兩種化學(xué)物質(zhì)會使動脈和毛細(xì)血管擴(kuò)張，由此會增加血管的血流量，從而更快更多地將氧氣送達(dá)全身。同時，研究發(fā)現(xiàn)，藏人血液中的亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度比感染性休克患者還高，因此他們的血流速度也比高血壓患者更快。按理，快速的血流可能會造成高血壓，但是對藏人的檢測沒有發(fā)現(xiàn)血管阻力的上升，這是血壓增高的一個重要因素。此外，藏人體內(nèi)的抗氧化物的濃度也更高，這或許是為了減弱一氧化氮作為一種自由基對人體的負(fù)面作用。

藏人適應(yīng)高原環(huán)境的另一個原因是，他們的呼吸頻率既高于生活在平原上的人，也高于那些生活在南美安第斯山脈的人，安第斯人素來以巨大肺容積著稱。給藏人吸純氧時，他們的心率會下降16%。這也意味著，呼吸頻率快和血流快是對高原低氧環(huán)境的人提供維持生理功能氧氣的重要方式，這種重要方式的產(chǎn)生又是他們體內(nèi)有高濃度的一氧化氮導(dǎo)致的，因?yàn)楦邼舛鹊囊谎趸獣碳ぱ艿臄U(kuò)張，這才是他們適應(yīng)高原低氧環(huán)境的主要原因。

（摘自《南方周末》2016年4 月21日 張?zhí)锟?文）