古基因組揭示烏茲別克斯坦史前人群遺傳演化史

近來(lái)，由我國(guó)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的國(guó)外區(qū)域人群的古基因組研究通過(guò)大規(guī)模核基因組的捕獲、測(cè)序和分析，揭示出烏茲別克斯坦人群自青銅時(shí)代至鐵器時(shí)代的遺傳結(jié)構(gòu)變化與遺傳連續(xù)性，以及月氏人群與貴霜人群之間的遺傳聯(lián)系。古代游牧民族月氏由中國(guó)西遷進(jìn)入中亞是世界歷史進(jìn)程中的重要事件。該事件在絲綢之路東西方文明交流與互動(dòng)中有著不可忽視的地位?？脊艑W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，從分布地域、埋葬習(xí)俗及來(lái)源、宗教文化、經(jīng)濟(jì)形態(tài)等特征來(lái)看，位于烏茲別克斯坦南部鐵器時(shí)代的拉巴特墓地（Rabat）被確認(rèn)為月氏文化遺存，其大致年代為公元前2世紀(jì)末期到公元1世紀(jì)前期；謝爾哈拉卡特墓地（Serkharakat）被確認(rèn)為貴霜文化遺存，兩者都屬于鐵器時(shí)代遺存。烏茲別克斯坦位于歐亞草原南部邊緣，天山沿線西部地區(qū)，此地區(qū)的青銅時(shí)代巴克特里亞·馬爾吉阿納文明區(qū)（BMAC），一直以來(lái)是國(guó)際學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。作為青銅時(shí)代的延續(xù)和發(fā)展，考古學(xué)研究指出這些鐵器時(shí)代墓地古人群遷徙和交流非?；钴S，導(dǎo)致不同文化人群的遷徙與交流大幅增加，但一直沒(méi)有確鑿的證據(jù)。為深入探究這些遺址中古人群的遷移、交流等科學(xué)問(wèn)題，從遺傳學(xué)角度直接觀察其人群遺傳成分的融合情況，古人類學(xué)家從國(guó)際考古獲取的烏茲別克斯坦南部拉巴特墓地（Rabat）、謝爾哈拉卡特墓地（Serkharakat）和德?tīng)柨的沟兀―ehkan）的人骨樣本中成功捕獲、測(cè)序27例鐵器時(shí)代（距今約2100—1900年）的人類古核基因組。結(jié)果表明在鐵器時(shí)代的烏茲別克斯坦區(qū)域，伊朗農(nóng)業(yè)人群與歐亞草原牧民之間的聯(lián)系與交流更加緊密；同時(shí)也表明了歐亞草原牧民向南遷移至烏茲別克斯坦南部地區(qū)，影響了以拉巴特人群為代表的月氏文化相關(guān)人群，及以謝爾哈拉卡特人群為代表的貴霜文化相關(guān)人群的形成。盡管拉巴特墓地（相對(duì)單一）的墓葬形式、葬式葬俗等文化面貌與謝爾哈拉卡特墓地（多種墓葬形式和葬俗、多樣文化）不同，但是其相關(guān)的人群之間具有較近的遺傳關(guān)系。未來(lái)還需要在該區(qū)域搜集更多時(shí)空框架下的個(gè)體數(shù)據(jù)，以研究相關(guān)人群互動(dòng)的復(fù)雜過(guò)程。（Molecular Biology and Evolution, 2021, 38(11): 4908-4917）

東亞最早具有現(xiàn)代人面部特征的人類化石

安徽省東至縣境內(nèi)的華龍洞遺址出土30余件古人類化石，其中包含一件較完整的頭骨化石。此外，還發(fā)現(xiàn)數(shù)百件石器，大量哺乳動(dòng)物化石及動(dòng)物骨骼表面切割、砍砸痕跡等多種反映古人類生存行為的證據(jù)。通過(guò)鈾系測(cè)年、動(dòng)物群組成分析及地層對(duì)比，確定古人類化石年代為距今33.1萬(wàn)—27.5萬(wàn)年之間。這是繼周口店之后，在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的人類化石數(shù)量最為豐富且含有石器等人類活動(dòng)證據(jù)的更新世中期人類化石地點(diǎn)。編號(hào)為華龍洞6號(hào)（HLD 6）的完整頭骨保存有完整的面部骨骼，呈現(xiàn)鑲嵌性（mosaic）形態(tài)特征，除部分眶上部和顴部特征與周口店、南京、大荔、金牛山等更新世中期直立人及古老型人類相似外，多數(shù)面部特征位于早期現(xiàn)代人及現(xiàn)代人類變異范圍?？茖W(xué)家利用傳統(tǒng)形態(tài)描述、高清晰度CT、多變量統(tǒng)計(jì)等方法對(duì)華龍洞6號(hào)面部骨骼進(jìn)行詳細(xì)的形態(tài)觀察與測(cè)量，并將其與世界范圍內(nèi)的更新世古人類及現(xiàn)代人類標(biāo)本進(jìn)行對(duì)比分析，然后對(duì)華龍洞人類頭骨進(jìn)行了面貌復(fù)原，清晰、直觀地展示了30萬(wàn)年前生活在華龍洞古人類的容貌特征，顯示出年輕的、與現(xiàn)代人相似的個(gè)體面容。這項(xiàng)研究進(jìn)一步證明了東亞中更新世晚期人類演化多樣性，說(shuō)明東亞地區(qū)人類從古老形態(tài)向現(xiàn)代形態(tài)的演化過(guò)渡在30萬(wàn)年前已經(jīng)發(fā)生，對(duì)比以往的認(rèn)識(shí)，將該時(shí)間節(jié)點(diǎn)提早了8—10 萬(wàn)年。（Journal of Human Evolution, 2021, 161, 103052）

減肥有望：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)飲食誘導(dǎo)產(chǎn)熱的關(guān)鍵蛋白

肥胖是一種慢性疾病，可導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和久坐等不良生活方式的擴(kuò)散，肥胖的患病率呈快速增長(zhǎng)。長(zhǎng)期能量攝入超過(guò)能量消耗造成脂肪累積是肥胖發(fā)生的根本原因，因此，減少能量攝入或促進(jìn)能量消耗是防治肥胖的策略。然而，迄今為止，臨床應(yīng)用的減肥藥物多通過(guò)抑制食欲而實(shí)現(xiàn)減重，因作用于中樞可產(chǎn)生諸多不良反應(yīng)，難以滿足臨床減重需求。促進(jìn)能量消耗是實(shí)現(xiàn)減重的另一理想策略，但目前臨床尚無(wú)相關(guān)藥物，因此一直是代謝領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。飲食減肥法是目前常用的減肥模式。近幾年流行的間歇性輕斷食（Intermittent fasting, IF）減肥法根據(jù)禁食時(shí)間可分為每天限制時(shí)間飲食、1:1飲食（進(jìn)食一天、饑餓一天）、5:2飲食（進(jìn)食5天、饑餓2天）等。近期的研究發(fā)現(xiàn)，該方法確能提高能量消耗、改善肥胖狀況；臨床研究也證實(shí)該方法能降低肥胖人群的體重。因此全面解析IF抑制肥胖的分子機(jī)制對(duì)新減肥藥物的開(kāi)發(fā)具有重要指示作用。機(jī)體各器官間的相互作用對(duì)維持機(jī)體代謝平衡至關(guān)重要，而器官之間的相互作用是否在間歇性輕斷食的減重作用中發(fā)揮作用尚不清楚。妊娠區(qū)帶蛋白（Pregnancy zone protein, PZP）是肝臟特異性高分泌蛋白。研究人員發(fā)現(xiàn)，在小鼠和人體內(nèi)，肥胖個(gè)體的血清以及肝臟PZP蛋白水平低于正常體重的個(gè)體；而進(jìn)食狀態(tài)下，小鼠和人體的血清和肝臟中PZP蛋白增加，提示PZP蛋白可能參與進(jìn)食后機(jī)體代謝的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，肝臟分泌的PZP蛋白可激活棕色脂肪（一種具有產(chǎn)熱、耗能作用的特殊脂肪組織）產(chǎn)熱，在間歇性輕斷食誘導(dǎo)的減重中具有重要作用。在正常高脂飲食條件下，PZP缺失不影響小鼠體重；而在高脂飼料聯(lián)合間歇性輕斷食的條件下，PZP缺失導(dǎo)致小鼠體重顯著增加。研究結(jié)果表明，在飲食誘導(dǎo)下，肝臟分泌的PZP蛋白可與棕色脂肪組織上的GRP78受體相結(jié)合，激活p38 MAPK-ATF2-UCP1信號(hào)通路而促進(jìn)棕色脂肪產(chǎn)熱，改善肥胖以及相關(guān)代謝紊亂，揭示了間歇性飲食條件下肝臟與棕色脂肪之間相互作用的分子機(jī)制，為以調(diào)控產(chǎn)熱為靶點(diǎn)而防治肥胖提供了重要的依據(jù)，有望得以實(shí)現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化，為治療減重提供新策略。（Advanced Science, 2021, 8(21): 2101991）

破解人類全生命周期代謝規(guī)律

近日，科學(xué)家通過(guò)大規(guī)模的國(guó)際合作，準(zhǔn)確測(cè)量了人類從出生到老年代謝率的高峰和低谷，首次揭示出全生命周期的代謝規(guī)律。研究表明，人的代謝規(guī)律呈現(xiàn)出“升高—下降—穩(wěn)定—緩慢下降”的模式，改變了以往人們對(duì)“青春期代謝率高，中年之后代謝下降”的認(rèn)知。此前，許多大規(guī)模研究?jī)H僅測(cè)量人體的基礎(chǔ)代謝率，即進(jìn)行呼吸、消化、心臟搏動(dòng)等重要基本功能時(shí)所消耗的能量。然而，這部分維持生命所需要消耗的基本能量只占人體每天總能量消耗的50%至70%。人類日常生活中從事家務(wù)、運(yùn)動(dòng)甚至思考、坐立不安也會(huì)消耗能量，但此前的研究中，這些日常活動(dòng)需要的能量并未被納入大規(guī)模研究中。為了測(cè)算人在日常生活中的能量消耗，研究小組分析了6000余名被測(cè)者在日常生活中消耗的平均卡路里的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)樣本年齡覆蓋從剛出生后1周的嬰兒到95歲的老人?！半p標(biāo)水”是自20世紀(jì)80年代以來(lái)，被科學(xué)家用于人體能量消耗的測(cè)量技術(shù)，通過(guò)收集尿液并分析尿液中標(biāo)記物的豐度值變化，了解機(jī)體的能量代謝情況。由于其準(zhǔn)確度和精準(zhǔn)性，該技術(shù)被認(rèn)為是在實(shí)驗(yàn)室之外，測(cè)量自由活動(dòng)狀態(tài)下日常能量消耗的“金標(biāo)準(zhǔn)”?；凇半p標(biāo)水”技術(shù)的精確檢測(cè)方法，研究團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了人們每天總能耗的數(shù)值，通過(guò)匯集和分析整個(gè)生命周期能量消耗的數(shù)據(jù)，觀察人體的代謝規(guī)律。數(shù)據(jù)表明，嬰兒的代謝率是最高的。嬰兒在出生后的前12個(gè)月里，對(duì)能量的需求會(huì)迅速增加，因此到1歲時(shí)，嬰兒?jiǎn)挝惑w重消耗的卡路里可比成人的代謝率高50%。代謝率在經(jīng)過(guò)嬰兒初期的激增之后，會(huì)以每年約3%的速度減緩至20多歲，隨后便穩(wěn)定下來(lái)進(jìn)入正常狀態(tài)。20多歲至50多歲這一時(shí)期的能量消耗是最穩(wěn)定的。即使在懷孕期間，伴隨著嬰兒的成長(zhǎng)，孕期女性的能量需求僅僅是隨著體重的增加而增加，其自身的能量需求并沒(méi)有出現(xiàn)大幅上升。人體的代謝率在60歲之后才真正開(kāi)始緩慢下降，雖然每年以0.7%的速度緩慢下降，但到90多歲時(shí)，人每天需要消耗的卡路里只有中年人的74%。影響代謝水平的最大因素可能是身體的筋肉組織量，但筋肉組織量本身也受體重、性別、年齡的影響。能量需求隨時(shí)間變化的機(jī)制目前尚不完全清楚，但該研究改變了以往人們對(duì)代謝的認(rèn)知，表明我們可能需要重新審視發(fā)育階段和衰老階段的能量需求和營(yíng)養(yǎng)策略。（Science, 2021, 373(6556): 808-812）