malaria 7 千年来，它帮人类抵抗疟疾，也每年「害」了 30 万人

美剧《x战警》讲的是一群天生的基因突变，之后可以上天，无所不能。

早在大约7300年前的撒哈拉，就有这样一个“超人”，一种基因变异使他能够抵抗疟疾，疟疾已造成全球44.5万人死亡(2016年数据)。

作为一种主要的疟疾流行病，世界上90%的疟疾死亡和死亡发生在非洲。更令人痛心的是，70%的患者是5岁以下的儿童。也就是说，在非洲，每两秒钟就有一名5岁以下的儿童死于疟疾。

多亏超人的变异镰状细胞基因，不仅延续了237代，还改变了人类抗疟的历程。

这是一个关于镰状细胞基因突变的故事:只携带一个镰状细胞基因的人天生对疟疾有抵抗力，相当于拥有了“超人盔甲”。

但有时“盔甲”甚至会致命。

盔甲的发现之路

在20世纪50年代，DNA的结构还未被发现，直到一位非洲出生的医学科学家出现，人们才知道镰状细胞基因为什么会被遗传。

安东尼·克利福德·艾莉森(Anthony Clifford Allison)在非洲农场长大，他在东非研究疟疾时意外发现许多疟疾患者的血液中含有镰状细胞。

正常红细胞为“圆盘状，侧面凹陷”。镰状细胞是“镰状红细胞”的简称。这种红细胞不是平圆盘状的，而是镰刀状的，皱巴巴的，堵塞血管，大大降低了红细胞原有的供氧能力。

安东尼发现，这些镰状细胞的分布也与其地理位置有关:肯尼亚东西两侧低地的人血液中携带镰状细胞的概率很高，而生活在肯尼亚中部高地的人携带镰状细胞的概率很低。

安东尼猜测肯尼亚两岸低地温暖潮湿，蚊子滋生，是疟疾病原体疟原虫的温床。镰状细胞的出现与疟原虫有关吗？

为此，他继续采集血样来证明自己的想法。

他从当地儿童身上采集血液样本，观察每个样本中疟原虫的数量和红细胞的形状。实验数据表明，如果一个孩子携带镰状细胞，他/她体内的疟原虫数量就会减少。

安东尼前后检测了5000多个血样，庞大的数据帮助他绘制了一张地图。在地图上，疟疾高发区和镰状细胞携带者高发区几乎完美重叠。

肯尼亚疟疾易发区地图(红色)

幸运基因

安东尼在计算了5000多个血液样本的数据后，推出了镰状细胞基因的遗传模型:

镰状细胞基因遗传示意图

安东尼敏锐地意识到，只携带一种镰状细胞基因的人天生对疟疾有抵抗力。

如果父母双方都携带镰状细胞基因和正常基因(杂合子)，那么他们的孩子可能有三种情况。如果孩子和父母一样，不仅健康，而且对疟疾有抵抗力；如果他/她携带两个正常基因，很容易得疟疾；但是如果他/她携带两个镰状细胞基因，他/她就会患上镰状细胞性贫血。

换句话说，在非洲疟疾肆虐的国家，如果携带镰状细胞基因，就可以获得生存优势，逃离疟疾的魔掌。但如果不幸携带两个基因，就会患上镰状细胞性贫血。这种病很可怕，患者很容易死于中风和肾衰竭，很有可能活不到成年。

因此，人类为了抗击疟疾，保留了镰状细胞基因，约440万人同时拥有两个镰状细胞基因，约4300万人只携带一个基因。

镰状细胞如何抵抗疟疾？

但是安东尼的遗传模型无法揭示镰状细胞如何在分子水平上抵抗疟疾。

2011年，迈克尔·兰泽(Michael Lanzer)和他的同事比较了三种红细胞的形态——健康红细胞、“正常”红细胞感染疟原虫、镰状细胞感染疟原虫，进一步解开了谜团。他们的结果发表在《科学》杂志上。

健康的红细胞

研究人员发现，健康的红细胞中有一种短肌动蛋白丝，它塑造了细胞膜的柔性骨架，使红细胞可以在微小的血管中轻松挤压和穿梭。

感染疟原虫的“正常”红细胞

如果红细胞感染了疟原虫，这种肌动蛋白就会扭曲。疟原虫利用肌动蛋白搭建一座通向细胞内部的桥梁，将自身产生的蛋白质传递到细胞表面。

这种蛋白质被称为粘附素，它使感染的红细胞变得粘稠，从而粘附在大脑或其他器官的毛细血管壁上，因此疟疾可以引起广泛的微血管炎症。

同时，附着在血管上的红细胞不容易被带入脾脏。脾脏可以排除异常红细胞，即使有疟原虫寄生的红细胞。

感染疟原虫的镰状细胞

但当疟原虫遇到镰状细胞时，情况就大不一样了。镰状细胞可以阻断疟原虫对肌动蛋白的劫持，切断疟原虫构建的肌动蛋白桥，使制造粘性蛋白的小泡漂浮在细胞质中。也就是说疟原虫的策略失败了，只能和红细胞一起在脾脏被冲走。

兰泽认为，“疟原虫必须重塑宿主的肌动蛋白，才能在红细胞中存活。这种进化压力导致了人类血红蛋白的突变来对抗疟原虫。」

"富人依靠技术，而穷人依靠变异."

有个经典梗，意思就是蝙蝠侠和蜘蛛侠的区别:

"富人依靠技术，而穷人依靠变异."

镰状细胞基因是对抗疟疾的斗争，是基因选择的妥协。在现代，人们已经知道疟疾的传播途径，并有可靠的预防和治疗方法。然而，镰状细胞的突变一直保留到今天，它还带有另一个身份:

遗传病。

到目前为止，每年大约有30万新生儿患有镰状细胞性贫血，全世界有2.5亿人携带镰状细胞基因。

每一片乌云都有一线希望，那些因为基因突变而幸免于疟疾的人，至少他们未来不需要依靠突变来对抗疟疾。

——那么接下来的问题是，CCR5基因突变什么时候可以扩散？(负责编辑:任友友刘冬雨)

参考文献:

1.一个孩子的镰状细胞变异如何帮助保护世界免受疟疾的侵害

https://www . nytimes . com/2018/03/08/health/镰状细胞突变. html

2.科学家已经将镰状细胞贫血的起源确定为259代前的一个突变

http://www . ifscience . com/health-and-medicine/scientists-find-origin-of-the-fix-cell-贫血-to-one-transition-259-generations-ago/

3.镰状细胞之谜被解开——研究人员发现镰状细胞贫血症基因携带者如何免受疟疾感染

https://www . nature . com/news/镰状细胞-奥秘-已解开-1.9342

4.斯克里普斯研究中心领导的研究发现了常见的疟疾抗性特征

http://www . sandiegouniontribune . com/business/biotech/SD-me-Scripps-ucsd-疟疾-抗性-遗传学-20180320-story.html

5.疟疾的遗传学

https://www . evolution-science . com/health/genetics-疟疾-00327

6.生物化学:科学家解读镰状细胞性贫血对疟疾的保护作用

https://www . nytimes . com/2011/11/15/health/biochemistry-scientists-decode-the-protective-element-镰状细胞-贫血-offers-against-疟疾. html

7.病人的声音:镰状细胞性贫血

https://www . nytimes . com/interactive/2017/well/patient-voice-sicklecell . html # gwendolyn

8.镰状细胞性贫血之谜被揭开

https://www . scientific American . com/article/镰状细胞贫血-奥秘/

9.降低分娩中镰状细胞病的死亡率

https://www . nytimes . com/2017/01/02/health/easing-toll-of-of-镰状细胞病-in-turning . html？合作伙伴= rss & ampemc=rss

10.适者生存:人类的自然选择

https://www . hhmi . org/biointeractive/making-fitters-natural-selection-humans

11.这就像数百万只蚂蚁在啃我的骨头——在尼日利亚抗击镰状细胞病

https://www . the guardian . com/global-development-professional-network/2017/jul/19/its-like-百万蚂蚁-正在-啃-啃-骨头-战斗-尼日利亚镰状细胞病