沙鼠糖尿病(沙鼠有病毒吗)

• 1、国家基因库参与沙鼠基因组研究 最新成果发表于PNAS
• 2、寻找能改变进化方向的神秘暗基因
• 3、发胖这件事，科学家有了新发现

国家基因库参与沙鼠基因组研究 最新成果发表于PNAS

金羊网讯 记者李天军报道：7月4日，由牛津大学，深圳国家基因库生物多样性基因组研究课题组和丹麦诺和诺德公司合作完成的沙鼠（Psammomys obesus）基因组最新研究成果发表于PNAS。该研究文章公布了高质量的沙鼠基因组图谱，并通过对沙鼠基因组中重点区域的分析揭示了沙鼠易患糖尿病的遗传机制。

沙鼠是目前少有的可以作为研究二型糖尿病的模式生物，是沙鼠亚科 Gerbillinae 的一个成员，生活在极端的荒漠环境中。长期对缺水和食物极端环境的适应影响了沙鼠对糖分代谢能力。对沙鼠进行高糖分食物喂养，会使沙鼠容易肥胖，发展出糖尿病相关特征，导致胰腺衰竭甚至死亡。PDX1是胰岛细胞中表达的基因，参与调控胰岛素分泌和其他胰岛激素基因作用。在之前的研究中，研究人员并未在沙鼠及其同一亚科（Gerbillinae）的物种中找到PDX1基因，却在该亚科最邻近的物种非洲刺毛鼠（Acomys cahirinus）发现了这个基因。因此，研究人员猜测沙鼠亚科的物种在演化过程中丢失了这个基因，从而使沙鼠变得对糖尿病易感。但在进一步的研究中，发现这个基因跟胚胎中的胰腺发育相关，在小鼠中剔除这个基因会使小鼠在生长中因胰腺缺失而导致死亡，所以也有不少学者推测沙鼠不可能丢失该基因。

通过对沙鼠PDX1功能域的60个氨基酸与其他脊椎动物比较，发现这个基因在沙鼠演化过程中发生了极其快速的变化，演化出跟其他物种完全不同的15个氨基酸位点，同时这个基因两端也存在多个片段缺失。研究人员计算了小鼠与沙鼠／人与沙鼠 1:1 直系同源序列的蛋白偏离指数（PDI），结果表明，大部分沙鼠的基因序列与小鼠和人都有很高的相似度，但Pdx1 序列的差异度最高。在蛋白偏离指数前 10的序列中有7个序列在 GC突变热点区域，暗示GC偏向性突变对这一区域编码序列的差异有重要的影响。研究人员推测，这一高度偏向性的突变造成了沙鼠中 Pdx1基因的高GC含量，这一特征对于该基因调控胰岛素和其他胰腺基因的转录可能有重要的影响。进一步的功能实验表明，这种GC偏好变异对于沙鼠乃至整个沙鼠科物种在干旱与低能量摄入的环境下，提高糖代谢效率具有重要作用。这也很好地解释了沙鼠为何在喂食高热量食物后容易产生糖尿病的现象。

寻找能改变进化方向的神秘暗基因

在宇宙中，95%以上是暗物质和暗能量，但遗憾的是，各国科学家费尽九牛二虎之力却始终无法瞥见暗物质的神秘身影，也没能发现暗能量的踪迹。但在物种的基因宇宙中，科学家发现了一种类似暗物质的基因，他们称它为暗基因。

“缺失”基因仍在表达

暗基因最初是在沙鼠体内发现的，沙鼠是生活在贫瘠干涸的沙漠中的一种啮齿类动物。

其实，研究人员研究沙鼠最初的目的，是想解开沙鼠为何能在沙漠中生存这个谜题。为此，研究人员对沙鼠的整个基因组进行了测序，希望能找到沙鼠在沙漠生存下来的“秘密武器”。遗憾的是测序结果并没有找到这个“秘密武器”，但该结果让研究人员失望的同时也让他们大吃一惊。

因为基因组测序结果表明，沙鼠的基因组中竟“缺失”了许多对生存至关重要的基因！其中包括Pdx1基因，它可以促进胰岛素的合成，也能促进胰腺（胰岛素的合成场所）发育。如果缺失了这个基因，会导致胰腺发育不完全和胰岛素不足，容易患上糖尿病。

为了再次验证Pdx1基因是不是真的“缺失”了，研究人员还给沙鼠喂啮齿类动物的标准食物，然后观察它们的情况。结果发现沙鼠往往会比其他啮齿类动物更加的肥胖，并且很容易患上糖尿病，这似乎可以说明沙鼠体内并没有Pdx1基因。

正当研究人员准备写下沙鼠体内没有Pdx1基因这一结论时，另外一些研究人员却发现，它的胰腺发育得很完整，并且还能正常分泌胰岛素。除此之外，他们还在沙鼠体内发现了应该由Pdx1基因转录出的RNA，那为什么基因测序和喂食实验却显示沙鼠缺失了这个基因呢？这勾起了研究人员强烈的好奇心。

原来基因只是“藏”起来了

怀揣着对沙鼠的好奇心，研究人员探究了这种应该由Pdx1基因转录出来的RNA。研究人员发现，这些转录RNA上的胞嘧啶和鸟嘌呤的数量要比其他基因转录的RNA多得多，它们是两种类型的碱基。根据碱基配对原则，基因和转录RNA上的胞嘧啶和鸟嘌呤是配对存在的，当转录的RNA上有鸟嘌呤时，基因上就有胞嘧啶；当转录RNA上有胞嘧啶时，基因上就有鸟嘌呤。由此推断，如果存在Pdx1基因，那么它应该含有大量的胞嘧啶和鸟嘌呤。

为了找出基因组里的Pdx1基因，研究人员将沙鼠基因打碎，投入基因分离机器，富含胞嘧啶和鸟嘌呤的Pdx1基因会因质量较大沉淀到底部，这样就可以得到这个基因。

在不懈努力下，研究人员最终找到了Pdx1基因。他们发现，这个基因与其他基因最大的不同，就是基因上存在着比其他基因多得多的胞嘧啶和鸟嘌呤，而由于原来的基因测序技术很难发现带有高水平的胞嘧啶和鸟嘌呤的基因，所以在测序过程中没发现这个基因。

为什么它与其他基因不同呢？研究人员决定找出其中的原因。

暗基因竟能改变进化方向

在对这个基因做了许多研究后，研究人员认为，产生大量胞嘧啶和鸟嘌呤的原因是沙鼠体内发生的大量产生胞嘧啶和鸟嘌呤的基因突变。

我们知道，进化往往是从基因突变开始的。首先，基因发生随机突变，基因突变会导致物种的性状发生改变。然后，自然选择就像一个过滤器，过滤掉那些产生不利物种生存的基因，并留下具有优势性状的基因，进化会在自然选择的作用下找到一个明确的方向。因此，自然选择可以说是基因突变的唯一“驱动器”，而且进化的方向仅仅是由自然选择决定的。

但是，由于暗基因发生了大量的突变，这些突变有好有坏。自然选择来不及过滤掉所有的有害变异，一部分有害变异会被自然选择遗漏，并在物种中传递下来，这可能会使物种的进化轨迹发生改变。

以Pdx1基因的突变导致合成无法调节血糖水平的胰岛素为例。对普通物种而言，“无法调节血糖水平的胰岛素”是一个不利的变异，因为如果胰岛素无法降低血糖，在普通物种吃掉正常的食物后，物种体内的血糖无法降低，很容易患上糖尿病甚至死亡。

但对沙鼠而言，这反而是个有利的变异，因为沙鼠通常生活在沙漠中，食物极其匮乏，它只能食用营养极少的食物，这些食物能提供的糖分本来就很少，如果胰岛素再继续降低沙鼠的血糖，它根本就无法存活。

其实，暗基因并不是不存在的基因，而是像暗物质和暗能量一样，它只是真实存在却没有被人类发现的基因。当暗基因发生大量突变时，它就可能成为物种进化的另一个“驱动器”，也可能控制着进化的方向。暗基因带来的进化对物种来说，究竟是天堂还是地狱，还需要进一步的研究。

拓展阅读:什么是碱基配对原则？

基因是带有遗传信息的DNA片段。基因表达时，RNA通过碱基和DNA的一条链连接，DNA上的遗传信息就可以通过碱基流入RNA。在RNA和DNA中共有五种碱基，分别是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）（DNA特有）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和尿嘧啶（U）（RNA特有）。

为了稳定RNA和DNA的连接，碱基之间会通过配对形成较为稳固的氢键。只有可以形成相同数量氢键的碱基才会发生配对，A-T、T-A和A-U、U-A会形成两个氢键，C-G和G-C会形成三个氢键，这就是碱基配对原则。

发胖这件事，科学家有了新发现

中学课本告诉我们，当我们吃下米饭或面条之类的高淀粉食物后，那些淀粉将被人体水解为葡萄糖，继而进入血液，使得血糖含量升高，而胰岛细胞分泌的胰岛素可促进血液里的葡萄糖进入其他组织细胞，进而被利用和储存；此外，糖类会通过多种代谢途径转变为脂肪，因此当人体摄糖过多，肥胖往往随之而来。

但我们要知道，肥胖的发生机制远比课本上的简述更复杂。很多瘦身人士紧盯营养成分表里的“碳水”和“脂肪”，严控每天摄入与消耗的“大卡”，这种精确的自律固然有一定道理和一定效果，却并未从更深层次拿捏肥胖问题。

美国著名医学教授兼科普作家理查德·约翰逊（Richard Johnson）

长期致力于研究肥胖根源，以及糖尿病、高血压和慢性肾病等疾病。在他看来，解读肥胖绕不开果糖代谢问题，“盐分”和“水分”也理应被瘦身人士高度重视。

他在以下文章中科普了“果糖增肥”理论，并提出了简单易行的减肥新策略。

果糖不影响食欲

会鼓励多吃，促进增重

水果和蜂蜜中含大量果糖。它和葡萄糖一样都是单糖，但又不能像葡萄糖一样被人体直接利用，而是先进入肝脏代谢，再转化为葡萄糖、糖原或脂肪——这一独特的吸收利用路径能够“无限制”地“鼓励”生物体长膘。

左右分别为葡萄糖和果糖的分子结构示意图

如前文所述，当我们吃下一碗米饭，体内胰岛素的水平会因血液内葡萄糖含量增加而升高，它负责将血糖送入细胞，用于供能或储备；与此同时，机体会分泌更多瘦素（leptin），从而降低食欲，加速能量消耗，阻碍脂肪储存。

但果糖的代谢不受瘦素的直接管辖。换言之，摄入果糖后，食欲不会减少，耗能不会加快，机体依旧充满觅食动力。另一方面，果糖向脂肪转化的效率非常高，甚至还可能诱发胰岛素抵抗，导致葡萄糖的利用效率降低，进一步加剧长膘倾向。

果糖鼓励长膘的属性似乎有着重大进化学意义。

农耕时代以前的古人类主要仰赖碳水化合物维生，可富含淀粉的谷物和根茎类食物不容易获得，水果是最易摘取的食物。由于果糖摄入不降低食欲，古人类便会持续不断地摘果子吃，在饥饿感驱使下最大化体内的糖原和脂肪储存，从而增加生存可能。

这种“果糖进化学”如今在肥沙鼠（Psammomys obesus）身上体现得淋漓尽致。

容易得富贵病的肥沙鼠

肥沙鼠主要生活于北非地区的沙漠和咸水沼泽，靠吃盐角草（Salicornia）的茎部勉强维生。盐角草是一种状若芦笋的植物，虽营养成分很低，但富含浓度堪比海水的盐水。

亚洲和非洲都有肥沙鼠的身影

几十年前，科学家曾将肥沙鼠放到实验室内饲养，为其提供普通啮齿动物所需碳水量的1/2，再辅以新鲜蔬菜，结果它们迅速发展出肥胖症和糖尿病。而当科学家只提供新鲜蔬菜时，肥沙鼠们得以保持苗条身形。

到了2018年，美国学者发现这类只过苦日子、易得富贵病的肥沙鼠都存在代谢问题，以盐角草为主的高盐饮食会刺激它们将极少量的碳水摄入转化为内源性果糖，并导致瘦素抵抗，加剧肥胖倾向。

面对食物匮乏、淡水稀缺的生存环境，这种“高盐→果糖”式的代谢模式激活了动物的“生存开关”，令其得以命保荒漠，却又过不了富裕日子。

那么，这个高盐摄入会怎样影响人类的果糖代谢的呢？少吃盐多喝水是否就是控制体重的标准答案之一？

脱水会促进果糖生产

果糖和葡萄糖互为同分异构体，可相互转化。人体当然也具备制造果糖的能力。当血糖水平较高时（例如吃下很多土豆或面包后），果糖的产量也会增加。

高盐摄入可导致机体脱水，而脱水又会显著促进“葡萄糖→果糖”的转化过程，进而导致脂肪堆积。

这就是为什么，椒盐薯条尤其容易使人发胖。高盐分简直就是推动“淀粉→果糖”的催化剂。

研究显示，大多数超重或肥胖者都没补充够水分，比瘦子更容易脱水，也摄入了更多盐分。此外，他们往往有着很高水平的加压素（vasopressin）——一种帮助肾脏保持水分以调节尿量的激素。（缺水的人特别需要它。）

科学家发现，这种加压素除了保持水分，还会参与果糖代谢，间接刺激脂肪生成。

人们主要从食糖和高果糖玉米糖浆处获取果糖。富含高果糖玉米糖浆的食物包括果酱、蜜饯、果汁饮料、精制面包和饼干等。

鉴于上述种种，我们能不能说，“多喝水有助于减肥”呢？

医学界的同行们对于此类说法往往嗤之以鼻。然而，科学家发现，给实验小鼠补充更多水分，的确能控制其体重增加，延阻前驱糖尿病（prediabetes）发展——即便它们的饮食富含糖类和脂肪，效果依旧。

另有证据表明，大多数人的饮水量都还太少，增加水分摄入可能确实有助于肥胖人士减重。

当然了，喝水喝8杯就够了，喝太多可能出事。曾有过大量饮水导致人体“水中毒”的案例。而对于那些有心脏、肾脏或肝脏疾病的患者，超长距离跑者，以及刚接受手术不久的人士来说，增加饮水量时尤其需要谨慎，最好事先向医生咨询此问题。

对于肥沙鼠和现代人的祖先来说，高盐少水的饮食有其重要意义，但现代人已不再过狩猎采集的生活，因此我们需要喝更多水，吃更少盐。这种每个人都能做到的饮食习惯为我们预防和治疗肥胖提供了实惠、简单又健康的策略。

资料来源：

Two surprising reasons behind the obesity epidemic: Too much salt, not enough water

END