使用古基因组学阐明10000年的免疫系统进化

来自巴斯德研究所、巴黎西泰大学、法国国家科学研究中心和法兰西学院的科学家们使用古基因组学来追踪人类免疫系统进化的10,000 年。他们分析了过去一万年生活在欧洲的 2,800 多人的基因组。他们能够将大多数有利于抵御病原体的突变频率的增加追溯到 4500 年前的青铜时代之后。科学家们还观察到，在过去的 10,000 年里，导致炎症性疾病发生的风险更高的突变变得更加频繁。这些关于自然选择对免疫基因影响的启发性结果发表在2023 年 1 月 13 日的《细胞基因组学》杂志上。

在 1950 年代，遗传学家 JBS Haldane 将导致在非洲常见的红细胞异常的突变的维持或持续归因于这些异常提供的保护以对抗疟疾，疟疾是一种夺去数百万人生命的地方性感染。该理论表明，病原体是人类面临的最强选择压力之一。几项群体遗传学研究随后证实了这一理论。但主要问题仍然存在，尤其是关于病原体对人类施加的选择压力最强的特定时代，以及它们对当今发生炎症或自身免疫性疾病的风险的影响。

为了解决这些问题，巴斯德研究所、巴黎西堤大学、法国国家科学研究中心和法兰西学院的科学家与想象研究所和洛克菲勒大学()合作，采用了一种基于古基因组学的方法。这门学科研究化石遗骸中的 DNA，在人类和人类疾病的历史和演变方面取得了重大发现，古遗传学家斯万特·帕博 (Svante Pääbo) 获得 2022 年诺贝尔生理学或医学奖的决定就说明了这一点。在巴斯德研究所领导的研究中，1 月 13 日发表在《细胞基因组学》杂志上，科学家们分析了过去 10 千年生活在欧洲的 2800 多人的基因组变异性——这一时期涵盖了新石器时代、青铜时代、铁器时代、中世纪和现代。

通过重构数十万个基因突变随时间的演变，科学家们初步确定了在欧洲频率迅速增加的突变，表明它们是有利的。这些在“正”自然选择下进化的突变主要位于 89 个基因中，这些基因富含与先天免疫反应相关的功能，尤其是OAS基因——负责抗病毒活性——以及负责 ABO 血型系统的基因。令人惊讶的是，这些表明对致病环境的遗传适应的这些正选择事件中的大多数最近才开始，大约在 4,500 年前的青铜时代开始。科学家们解释了这一时期人口增长和/或青铜时代病原体施加的强大选择压力导致的适应“加速”，这可能与鼠疫等严重传染病的传播有关。

与此同时，科学家们还关注了相反的情况，即在过去的一万年中频率显着下降的突变。这些突变可能会受到“负”选择的影响，因为它们会增加患病的风险。他们再次指出，这些选拔活动主要始于青铜器时代。许多这些不利突变也位于与先天免疫反应相关的基因中，例如TYK2、LPB、TLR3和IL23R，并且已在实验研究中证实在传染病风险方面具有有害影响。结果强调了在传染病遗传易感性研究中采用进化方法的价值。

最后，科学家们探索了这样一种理论，即过去病原体的选择使等位基因具有对传染病的抵抗力，但这些等位基因反过来又增加了当今自身免疫性疾病或炎症性疾病的风险。他们调查了已知的数千种突变，这些突变首先会增加对结核病、肝炎的易感性，其次会增加对类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮或炎症性肠病的易感性。通过观察这些突变随时间的演变，他们观察到那些与炎症性疾病(包括克罗恩病)风险增加相关的突变在过去 10,000 年中变得更加频繁，而那些与患传染病风险相关的突变的频率减少。“

这项利用古基因组学巨大潜力的研究结果表明，在过去的一万年里，自然选择一直以欧洲的人类免疫基因为目标，尤其是自青铜时代开始以来，并导致了当今在免疫力方面的差异。传染病和炎症性疾病的风险。