先天or后天?是什么导致了肥胖和糖尿病?

作者: 生命科学  发布:2019-11-17
遗传分析预测肥胖风险

据发表在《自然》杂志上的两篇论文显示,之所以有些人更容易超重,是因为他们体内存有“肥胖基因”。事实上,超过五分之一的人体重间的差异都可以归因于遗传基因。

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本报讯 研究人员近日提出了一种基于遗传标记的评分系统,可以预测个体的先天性肥胖风险。他们利用现有最大全基因组肥胖研究数据,应用新算法整合200多万个影响身体质量指数的遗传变异信息,得到的评分准确预测了30多万人从出生到中年的BMI和肥胖情况。相关论文4月18日刊登于《细胞》。

第一项研究分析了超过30万份样品,以了解肥胖形成与体内脂肪分布的情况。通过对数据的仔细筛选,研究人员发现基因对身体质量指数有着重要影响。而在第二项针对22万人的研究中,他们发现了97个与体重指数有关、影响肥胖的全基因组区域,这是之前已知数量的三倍。基因变种和体重增加有关,一个有着104个“高风险”基因变种的人,平均要比只有78个基因变种的人重11公斤。同时,这些人也更易遭受糖尿病、高血压等疾病的困扰。

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研究还显示,一些人比其他人更容易肥胖:评分在前10%的人平均比评分最低的10%的人重29磅,且患上严重肥胖的可能性是后者的25倍。该评分的影响在3岁左右开始显现。

“只有基因,才能够解释为什么有些人更容易长出多余的脂肪和小肚腩。”论文的资深作者、密歇根大学遗传流行病学家Elizabeth Speliotes博士说道,这些肥胖基因通过改变控制食欲和能量使用的大脑信号,而不是通过改变身体的新陈代谢来进行工作。如果能更好理解这些机制,或许就能解释为什么有些人更易罹患糖尿病、高胆固醇等疾病,同时,未来或许能帮助科学家们研发出治疗这些疾病的新方法。

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“虽然这种评分仅与出生体重的微小差异相关,但它预测了儿童早期体重的明显差异,以及随后体重变化和发生严重肥胖风险的显著差异。”论文通讯作者、美国马萨诸塞州总医院基因组医学中心主任、布罗德研究所心血管疾病研究中心主任Sekar Kathiresan说。

不过,即使这97个基因变种显示对BMI指数有着重大影响,但也只能解释3%人口的体重差异。另外,即使是那些携带大量基因变种的人也可以通过健康饮食和锻炼来保持身材。

众所周知,环境和生活方式会在不改变遗传密码的情况下影响我们的基因功能。近日,一篇综述文章总结了过去10年的研究,表明这是如何导致肥胖和2型糖尿病的。

之前的研究表明,健康的生活方式可以将心脏病发作的风险降低一半,即使在遗传风险最高的人群中也是如此。肥胖也是一样,健康饮食和锻炼可以抵消遗传倾向的一些影响。但是,在具有肥胖遗传倾向的人群中,不健康饮食和久坐不动的生活方式对BMI的影响最为明显。本文作者、Kathiresan实验室博士后Amit Khera说,“如果从出生时就能识别高风险个体,可能有助于制定有针对性的肥胖预防策略,从而提高效果或成本效益。”

研究人员同时还注意到,某些基因的变异虽然意味着一些人更容易变胖,但身体却很健康,不太可能患上糖尿病和心脏病。因此,“我们几乎可以肯定,这世上有着健康的胖子。而如果不是影响到了你的健康,又有多少人在乎自己是不是真的肥胖呢?”Speliotes博士表示,在未来,人们可以通过筛选基因来评估自己的体重,以及他们是否有可能患上某种疾病。

“先天或后天”是一个我们都很熟悉的说法。基因决定了我们的许多特征,但是后天因素和环境也同样会产生影响。

研究人员使用一种价格为50美元的微阵列基因测试检测了数百万种遗传标记中的变异和突变,他们预计自己的评分方法有一天可预测一系列健康问题的遗传风险,如心脏病、乳腺癌和心房颤动。干预方法可能包括开具预防性的降胆固醇药物、生活方式咨询或使用可穿戴设备检测心律不齐。

对于肥胖和2型糖尿病来说,我们很容易遵循一种简单直白的思路:如果每天摄入的能量超过了身体所需,体重就会增加,而这就会使我们容易患2型糖尿病。一旦改变生活方式并减轻体重,我们的脂肪细胞和胰腺就会恢复。

虽然这个评分并不是一个完美的预测指标,但研究人员认为,遗传特征有助于识别高风险个体,并帮助医生推荐一些方法避免高BMI引起的潜在健康风险。

然而,这个简单的思路却带来了很多悬而未决的问题:为什么有些人减肥比其他人更快,即使都遵循相同的饮食模式或运动方案?为什么有些人会患上2型糖尿病,而另一些人则不会?即使他们的遗传风险相似。

“如果能够通过基因组分析预测疾病,这将为临床医学带来重要机遇和潜在挑战。”Khera说,“当然,判断何时以何种方式披露遗传信息最合适,以及如何最好地帮助患者克服所发现的任何遗传风险,我们还处于起步阶段。”

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相关论文信息:

表观遗传学可能会解决其中一些问题。它是一个相对年轻的遗传学领域,研究基因功能的可遗传变化。那么,表观遗传学能解释不断上升的肥胖率和2型糖尿病吗?

《中国科学报》 (2019-04-22 第2版 国际)

表观基因组

表观遗传修饰是影响基因功能的一种方式。

DNA甲基化就是一种表观遗传修饰。当DNA中称为甲基的小化学标签附着于胞嘧啶碱基时,就会发生这种情况。该甲基化关闭基因。

我们从父母那里继承一些表观遗传标记,但很多标记会在我们一生中自发地发生变化,使我们每个人都具有一个独特的表观基因组。

近日发表在《Cell Metabolism》上的这篇研究,瑞典隆德大学的研究人员回顾了对人类参与者进行的研究,这些研究调查了DNA甲基化是如何导致肥胖和2型糖尿病的。

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该研究通讯作者、糖尿病中心的Charlotte Ling教授解释说:“表观遗传学仍然是一个相对较新的领域,但我们现在知道,表观遗传机制在疾病发展中起着重要作用。”

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图片来源:《Cell Metabolism》

在这篇论文中,研究人员在整个基因组中发现了许多表观遗传修饰,可以在一定程度上预测一个人的体重指数。

在对比2型糖尿病患者和健康胰岛中的DNA甲基化位点时,一项研究在这两组参与者中确定了近2.6万个不同区域。

但Lind谨慎地指出,目前尚不清楚这些变化是否是2型糖尿病的原因还是结果。

饮食、运动和衰老

大量证据表明肥胖和2型糖尿病与高糖、高脂的西式饮食之间存在关联。表观遗传研究可以告诉我们原因。

Ling解释说:“持续5天摄入高脂肪饮食(模拟了很多肥胖人士的饮食)能够改变人类骨骼肌和脂肪组织中的基因表达和甲基化模式。重要的是,与通过控制饮食来逆转甲基化相比,过度饮食诱导的甲基化变化似乎更加容易。”

她继续说:“运动也会影响表观基因组。单次运动和长期运动都会改变骨骼肌和脂肪中的DNA甲基化,但基因靶点有所不同。

研究合着者、博士后研究员Tina R?nn说:“表观遗传学可以解释为什么不同的人对运动有不同的反应。”

随着我们年龄的增长,表观遗传基因组会继续发生改变,因此衰老也可能是表观遗传变化的驱动因素。有研究表明肥胖和随着年龄增长出现的表观遗传学漂移存在关联,但目前对这种现象发生的原因尚不清楚。

下一代会发生什么?

对啮齿动物的研究表明,它们可以将与肥胖和2型糖尿病相关的一些表观遗传标记传递给下一代。在人类中,这种类型的研究尚处于起步阶段,但已经出现一些有趣的结果。

有些研究表明,如果母亲在怀孕期间经常饥饿,那么她们的下一代患肥胖和葡萄糖耐受不良的风险更高,这也许是由于瘦素基因的甲基化出现了变化。

然而,在下一代表观基因组中留下印记的不只是母亲。肥胖男性的精子具有独特的DNA甲基化模式,这种模式在减肥手术后会发生改变。

对健康意味着什么?

Ling和R?nn建议在基因组中的已知风险位点使用DNA甲基化作为生物标记,以帮助识别那些发生肥胖和2型糖尿病风险较高的个体。在更好的生物标记帮助下,有可能显示DNA甲基化位点是重要的风险因素,然后使用药物来改变甲基化模式。

事实上,这种表观遗传药物已经存在。科学家已经在其他条件下对它们进行了测试,例如某些类型的白血病。

最近的一项研究表明,一种名为MC1568表观遗传药物(组蛋白脱乙酰化酶抑制剂)能够改善2型糖尿病患者捐赠胰岛的胰岛素分泌能力。

研究人员总结道:“表观遗传修饰的暂时性和可逆性为未来肥胖和2型糖尿病预测和治疗概念的靶点提供了一个开放的领域。重要的是,我们要记住,DNA甲基化只是表观修饰的一种。随着这一研究领域的逐渐扩展,我们一定会取得更多有趣的发现。”

导致肥胖和2型糖尿病的到底是先天还是后天因素?目前看来,平息这场争论还需要一些时日。

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