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长多高由什么决定?科学家发现调控青少年生长发育关键基因


之前的研究表明,饮食营养丰富的人群往往会长得更高、更早进入性成熟。例如在韩国,成人平均身高随着经济发展而增长。相反在非洲的一些地区,人们的身高相较上世纪初变化甚微。

来源: 学术经纬 

 

之前的研究表明,饮食营养丰富的人群往往会长得更高、更早进入性成熟。例如在韩国,成人平均身高随着经济发展而增长。相反在非洲的一些地区,人们的身高相较上世纪初变化甚微。

那么,我们的身体是如何感知营养状态,又是如何调控我们的生长发育呢?

在20多年前,科学家们发现大脑缺乏“黑素皮质激素3受体(MC3R)”基因会延缓小鼠的生长。近日,发表在《自然》杂志上的一项研究进一步证明,受体MC3R能够对人类身体的营养状态作出应答,调节新陈代谢与能量平衡,影响着儿童/青少年青春期开始时间、生长速度与瘦肌肉含量。

营养信号会传递大脑身体的营养状态,例如脂肪细胞中产生的瘦素激素,和响应血糖水平升高而产生的胰岛素。在下丘脑,这些激素作用于一小组神经元,产生称为“促黑素(melanocortin)”的信号。

促黑素作用于多种受体,两种在大脑中。其中,MC4R已被证明可以调节食欲和能量消耗,缺乏MC4R的人类和小鼠会容易发生肥胖和高血脂。然而,没有证据显示MC4R对生长发育的影响。

在新研究中,来自英国剑桥大学(University of Cambridge)和美国密西根大学(University of Michigan)等几所知名高校的研究团队发现,另一种受体MC3R,会对营养信号产生应答,控制着人类大脑中调节生长和性成熟的关键激素释放,从而调节个体性成熟的时间、身高增长的速度和瘦体重(lean mass)的增加。

通过分析英国生物银行(UK Biobank)约50万志愿者的全外显子组序列数据,科学家们确定了几千名携带天然MC3R基因突变的人,发现这些人平均身高比普通人群更矮、进入青春期的时间更晚、肌肉等瘦肉组织的含量更少。

例如,其中812名女性的两个MC3R基因拷贝中仅有一个发生了突变,尽管变化微小,携带这种基因突变的女性发生月经初潮的年龄比非突变携带者平均晚了4.7个月。

 

 

▲MC3R基因突变携带者(深蓝色)在很小时身高就低于对照组(浅蓝色)(图片来源:参考资料[1])

接着,科学家们继续在一项名为“雅芳父母和儿童纵向研究”(ALSPAC)的队列中,从5993参与者中确定了6名携带MC3R突变的儿童。数据显示,这6名儿童在整个童年时期相较正常儿童身高较矮,瘦体重和体重也较低,意味着MC3R功能异常带来的影响在生命早期就已发生。

这些研究中突变携带者的基因两个拷贝中都只有一个发生了突变,而两个拷贝都发现突变的群体十分罕见。有一位携带两个突变的孟加拉裔男子身高很矮,且在20岁出头的时候有青春期明显延迟的现象。

 

 

▲缺乏MC3R会影响小鼠的性成熟和发情周期(图片来源:参考资料[1])

研究人员还在小鼠中进行了实验,以确认MC3R途径在跨物种中的作用。结果表明,当经历一段时间的食物匮乏,正常小鼠会停止生殖周期,直到能量储备恢复正常,而缺乏Mc3r的小鼠则没有反应。这证实了MC3R能通过感知营养状态,控制性激素的产生。

注:原文有删减

参考资料:

[1] Lam, B. Y. H., et, al. (2021). MC3R links nutritional state to childhood growth and the timing of puberty. Nature, 599(7885), 436–441. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04088-9

[2] Scientists Discover How Our Brain Uses Nutritional State To Regulate Growth And Age At Puberty. Retrieved November 3, 2021, from https://medicalxpress.com/news/2021-11-scientists-brain-nutritional-state-growth.html

[3] Protein In The Brain Uses Energy Status To Influence Maturation, Body Size, New Research Shows. Retrieved November 3, 2021, from https://news.umich.edu/protein-in-the-brain-uses-energy-status-to-influence-maturation-body-size-new-research-shows/