一项最新研究提出,一个长期被视为“进化事故”的人类基因缺失,可能实际上是一种精巧的防御策略,用来对抗寄生虫感染。 大多数哺乳动物都能依靠一种名为GULO的酶在体内合成维生素C,但约在6000万年前,人类这一代谢基因失活,此后只能从食物中获取维生素C。
科学界过去普遍认为,这一变化在进化上“中性”,因为饮食足以弥补缺口,而新研究则认为,这种“缺陷”在寄生虫横行的环境中反而带来了生存优势。
来自美国德克萨斯大学西南医学中心的Michalis Agathocleous团队长期研究维生素C在造血干细胞等生物学过程中的作用,同时也注意到:在进化谱系上,维生素C(抗坏血酸)合成是一种非常古老且广泛存在的能力,却在多个物种中被独立地反复丢失,包括一些寄生虫自身。 这引发了研究人员的一个大胆猜想:既然寄生虫依赖宿主获取营养,它们是否也需要从宿主那里“掠夺”维生素C,而宿主降低体内维生素C水平,反而可能削弱寄生虫的繁殖能力。
支持这一假设的线索来自此前的一项研究:在体外培养条件下,向血吸虫(一类寄生蠕虫)加入维生素C,可以显著促进其产卵。 这提示血吸虫等寄生虫可能会主动利用宿主提供的维生素C来完成关键的生殖过程,因此,如果宿主出现维生素C缺乏,寄生虫或许能在体内生长,却难以完成有效繁殖和传播。
为了验证这一设想,研究团队通过基因工程手段构建了缺失GULO酶的小鼠,使之在维生素C供应上模拟人类——即必须依赖饮食获取维生素C。 研究人员随后同时感染两组小鼠:一组是能够正常合成维生素C的“野生型”小鼠,另一组则是GULO缺失、并被喂以低维生素C饲料的小鼠,感染的寄生虫为常见的血吸虫(Schistosoma mansoni),又称血吸虫或血吸虫类“血吸虫病原体”。
结果显示,两组小鼠体内的寄生虫都能正常生长,但结局截然不同。 在具有自体维生素C合成能力的正常小鼠体内,寄生虫大量产卵,引发严重炎症反应,肝脏和脾脏明显肿大,典型寄生虫病变显著,死亡风险大大增加。 而在缺乏GULO、处于维生素C相对缺乏状态的小鼠体内,虽然成虫仍能存活,但雌虫几乎无法产生成熟卵,导致既难以经粪便传播,也大幅减少了因虫卵引起的炎症和死亡。
Agathocleous指出,如果动物具有自体合成维生素C的能力,其体内维生素C水平会长期保持在较高区间,这为血吸虫等寄生虫持续产卵提供了充足条件。 相比之下,那些失去了合成能力、必须依赖外源维生素C的动物,一旦处于低维生素C摄入状态,就会对寄生虫的繁殖形成“资源封锁”,从而在感染暴发期获得显著生存优势。
这套机制似乎与人们熟悉的坏血病风险形成了矛盾:缺乏维生素C会在几个月时间尺度上导致坏血病,严重时甚至致命。 对此,研究人员强调,寄生虫如血吸虫在宿主体内完成感染、繁殖和致病的时间要短得多,远低于坏血病发作所需的时间窗口。 换言之,在短期高压感染环境中,轻度或中度维生素C缺乏可以先一步阻断寄生虫扩散,带来急性生存获益,而长期营养缺失导致的坏血病风险则在时间上“滞后”。
研究团队认为,这种时间尺度上的错位可能正是人类在漫长进化过程中“容忍”乃至“选择”维生素C合成能力缺失的重要原因之一:在寄生虫猖獗的生态环境中,牺牲合成维生素C的代谢优势,换取在感染高峰期对寄生虫繁殖的天然抑制,整体上可能更有利于种群存续。 新研究发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS),为人类为何丧失体内合成维生素C的能力提供了一个全新的寄生虫防御视角,也提示未来在寄生虫病防治方面,或可探索围绕宿主体内营养环境调控的干预策略。
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