【科讯】科学家为了治疗人类铜中毒 尝试着让近亲狗交配

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现在科学家通过对狗的实验研究，有助于弄清人体内铜元素的含量对许多疾病有重要影响的理由。 最近的研究表明，近亲繁殖犬可以揭示人体铜元素过剩疾病形成的之谜。

狗的唾液令人作呕，但狗为主人的接吻行为提供了宝贵的基因证据，表明科学家可以明确治疗狗和人类的疾病。

“铜元素过多会中毒，atp7a这种蛋白质被用作铜元素运输机”

人和狗的身体，以及所有动物的身体实际上都需要铜的元素。 这是因为许多蛋白质需要铜元素才能正常工作，铜这种金属具有重要的意义，包括身体吸收铁，促进神经元的通信，保护细胞免受氧“自由基”的高度反应。 但是人体实际上不需要多少铜。 过量的铜元素可能很危险。 我们的身体确实需要少量的铜元素。 同时，进行精细的控制。 同样的高度反应特性会促进我们想要的良性化学反应，但铜元素也会增强我们不希望的恶性化学反应。 为了维持我们需要的微妙平衡，我们的人体把控制铜元素的迅速发展纳入了科学行业。

我们一直主张从食物中摄取铜元素。 其中包括谷类食品、豆类、贝壳类、深绿叶蔬菜等。 人体为了更有效地采用铜元素，首先铜元素进入血流，铜元素进入肠细胞，肠细胞中的atp7a这种蛋白质作为铜元素“运输机”，提取这种蛋白质进入血液。 然后血液进入肝脏排毒。 这里非常危险。 例如，铜元素过量存在会被除去或中和。 铜元素含量过高时，肝细胞( hepatocytes )中的atp7b蛋白从肝脏中提取铜元素进入胆管，最终将过量的铜元素作为粪便排出体外。

atp7a和atp7b蛋白的铜元素“运输方法”有相似之处，事业原理看起来也非常接近，但这两种方法在不同的位置表达，所以功能也有差异，如果不起作用的话结果也不同。 atp7a蛋白的变异会引起致命的缺铜疾病门克斯病( menkes disease )，门克斯病患者的体内肠细胞吸收铜元素，但不泵排出铜元素。 那是因为一直在做超载的工作。 没有这些肠细胞，人们就不能从食物中吸收铜元素，不能运送到所有需要铜元素的身体部位。 因为这个肠细胞开始故障，头发卷曲稀疏，身体发育迟缓，出现了严重的神经问题，最终死亡。

“近亲交配存在很多问题，纯血种狗的悠久历史使他们成为研究事业的优秀dna资源。 」。

相反，atp7b蛋白的变异会引起“威尔逊病( Wilson’s disease )”，该患者群的atp7a蛋白完善，因此可以吸收铜元素进入血液中，但肝细胞不能去除过剩的铜元素。 另外，科学家虽然没有完全明确为什么会这样，但铜元素大多蓄积在眼睛部位，在角膜周围形成金黄色的环结构，该环结构被称为“凯撒弗雷谢尔环( kayser-fleicsher rings )”

科学家知道威尔逊病的具体原因，一点患者也有同样的症状，但没有出现已知的蛋白质变异(被称为特发性铜中毒的疾病)。 另外，关于变异的患者群，发病年龄和症状的严重程度也有很大差异。 例如，威尔逊病患者只出现肝脏问题，其他患者也出现神经症状。 其中一个区别是变异发生在蛋白质的具体位置---目前已知威尔逊病患者出现了近300个蛋白质变异，这种显著变异有可能以不同的方法改变蛋白质的功能，但许多

为什么同样的基因疾病会因人而异？ 专家分解的环境因素很大，比如我们吃什么，每天锻炼什么，每天接触什么。 但是，不仅是环境改良，疾病的严重性也受到基因改良的影响，本质上其他基因的差异可以保护我们免受疾病的侵害，使症状更严重。 这种多样化不容易识别病原基因，特别是少数人患有的罕见性疾病和许多症状疾病。

因此，如果科学家想找出遗传疾病的根源，他们一般会进行“全基因组相关研究( gwas )”。 在这个实验中，研究者从大量被实验者的身体中提取dna样本，一个人患有疾病，另一个人没有疾病。 以前基因测序的费用太高，计算量太多，不得不读出基因组中的各碱基。 对此，科学家对各样品在已知经常变化的位置检查基因序列，这些“单核苷酸多态性( snps )”本身不存在变异(虽然所有基因变异都是从变异开始的)，类似于人类头发颜色的差异。

单核苷酸多态性是指基因组水平上由单核苷酸变异引起的dna序列多态性。 是人类遗传变异中最常见的，占全已知多态性的90%以上。 单核苷酸多态性广泛存在于人类基因组中，平均每500-1000碱基对中有一个，估计其总数达到300万个以上。

科学家一般从基因组中排列数万个碱基多态性，将染色体分成不同的片段。 之后，他们对患病的人和没有患病的人，两组中的大部分基因组没有任何关系，但有一个病原基因围绕在周围，这两组基因组大不相同。 这是因为该病原基因(及其附近具有遗传性的dna )不同。

“全基因组相关研究”的精度有限。 因为科学家认识到的第一个区域——链接不平衡区域( linkage disequilibrium )或“ld区域”相当大。 一般来说，连锁不平衡区的大小取决于单核苷酸多态性相互分离到什么程度，以及与连续多久的单核苷酸多态性有关。 这意味着连锁不平衡区中含有很多多样性基因。 科学家明确大领域后，患者的dna与健康者不同，为了注意可能相关的基因(有时是多基因)，需要更深入地研究分析，“明确的映射”。 根据连锁不平衡区的大小，有可能将整个区域基因排列，或只排列被认为重要的部分，这次对每个核苷酸进行了分析。

这个过程有助于研究者识别“候选基因”或导致疾病的潜在功能障碍基因，但实际上并不一定有直接关系。 例如，它不仅继承了一种疾病，看起来像基因，但与疾病本身没有任何关系。 这是一个被称为“组层次”的问题。

“近亲繁殖有助于减少背景的遗传变异，发现基因的缺陷区域。 」。

为了在实验室处理这个问题，科学家经常进行“背交繁殖( backcrosses )”实验，或者在动物和植物种群中进行近亲繁殖，以减少背景遗传变异。 可以将其视为“遗传噪声”，如果其他地区的偏差减少，因果地区会变得更明确。

显然不能对人类进行“近亲繁殖”。 这是违反人类伦理道德的，幸好可以用狗进行近亲繁殖实验。 近亲繁殖存在很多问题——基因多样化对物种适应和隐性疾病的预防很重要，该实验需要两个有缺陷的基因拷贝，纯种狗近亲繁殖的悠久历史使它们成为研究的优良dna资源。 同一品种的狗总体上遗传变异概率低意味着在实验中很容易发现缺陷区域和较大的连锁不平衡区域，科学家不需要进行越来越多的单核苷酸多态性测序。

2005年第一只进行基因测序的实验犬是拳击手犬，之后科学家开发了简化犬科动物dna分析和比较的新工具。 这个结果涉及体型、导致各种遗传疾病的多异特征遗传性等很多进化谜，考虑到这些有前途的研究结果，我想知道狗实验是否有助于理解人体内铜元素贮藏疾病的重要线索。

研究者知道狗患有类似的铜元素储存疾病。 2000年初，研究者发现了一种特殊品种贝德温顿厚毛犬。 这是commd1基因缺失引起的过剩铜元素紊乱，实际上这项研究导致了新的蛋白质家族的发现。 但是威尔逊先生的患者大多存在atp7b蛋白变异。 因为包括荷兰乌得勒支大学和美国密苏里大学在内的几所大学的科学家合作，研究不同犬种的类似疾病是否有不同的遗传原因，发现适合人类疾病的动物模型，最终想把实验眼球转移到拉布拉多。

研究者收集了近300只拉布拉多猎犬的dna数据，寻找健康犬和铜中毒犬dna的区别。 他们发现连锁不平衡区含有atp7a吗？ 和？ 关于atp7b蛋白变异，在对这些区域进行测序后，在铜中毒拉布拉多犬中发现了atp7b蛋白变异，但如果也存在atp7a蛋白变异，则症状不严重。

当他们认识到这些变异时，科学家们需要证明这些蛋白质的变异是如何解决铜元素的。 其次，他们在细胞内表达了这些变异蛋白，研究了变异蛋白如何影响蛋白质的铜输送能力，以及输送铜通过细胞。 结果表明，atp7b变异像人威尔逊病患者一样，在细胞中蓄积铜。 但是，由于atp7a变异会在肠上皮细胞这样的细胞中蓄积铜，因此这两种蛋白质变异的拉布拉多犬，进入肝脏的铜元素总数减少，铜元素不会过载，疾病的严重程度减轻了。

对人来说，atp7a变异数的增加也可能增强其保护作用，有助于说明严重疾病的偏差。 迄今为止的小研究没有发现atp7a变异影响威尔逊病患者病情的迅速发展，但显然需要越来越多的研究。

"肝脏中大量蓄积铜元素，可能导致肝硬化. "

发现体内铜元素过多的拉布拉多犬和人类有很多共同点，不仅有相同的基因变异，肝脏中也有大量铜元素蓄积，有可能导致肝硬化。 但是，铜元素的蓄积也有差异，在人患者中，铜元素不仅蓄积在肝脏中，也蓄积在眼睛和大脑中。

另一个潜在的重要区别是饮食可以发挥重要的意义，对拉布拉多犬来说，低铜、低锌的食物可能会使宠物狗消除螯合疗法的必要性，螯合疗法是从身体中去除重金属的医学疗法。 对威尔逊病患者来说，改变饮食习惯对去除体内的铜元素没有什么帮助，但可以帮助体内与铜贮藏相关的患者。 拉布拉多犬体内很可能存在越来越多的铜元素解决过程中基因的改变，这可能有助于识别人类越来越多的致病因子和基因的变化。 这可能形成更有效的治疗方法。

狗的实验研究将有助于铜元素失调症患者(人和犬类的变种)。 他们好像没有已知的蛋白质变异。 在狗的品种中，科学家还没有进行全面的检查，研究者很可能能识别出越来越多的病原突变和基因修饰因子。 即使是我们研究过的犬种，也还有很多未解决的谜团。 例如，commd1基因缺失可以解释很多贝都因厚毛犬的铜中毒病例，但出现该病例的少量贝都因厚毛犬没有出现commd1基因缺失，病因可能与其他因素有关。

狗不仅有助于发现可能导致人类疾病的基因，还有助于说明特定基因是如何生病的，作为为人类和动物开发比较有效的治疗方法的“模型生物”。 在进化的时间尺度上，人和老鼠的关系比狗更密切，但老鼠的寿命短，繁殖速度也快，基因的进化速度也快。 因为基因实际上狗的基因组比我们的基因组更相似。 狗的体型大，寿命长，生活环境与人相似，因此疾病的迅速发展和治疗反应往往适合人。

这不是单行道。 通过更好地掌握这些疾病的相似之处，狗的治疗也有可能改善。 即使是潜在不同的原因，症状相似的疾病一般也会对相似的治疗产生反应。 由于人和狗的铜储藏疾病有相似之处，他们一般接受同样的治疗“铜螯合疗法( copper chelation )”，一般服用d-青霉胺。 螯合疗法来源于“指甲”一词。 因为这些药吸附在铜一样的金属上，通过尿排泄。 但是，患者服用的d-青霉胺是刺激性很强的药，可能有严重的副作用，包括神经症状恶化。

许多研究是为了寻找更好的人患者治疗方案，但部分原因是这些新药比较神经系统症状，研究者对狗没有进行太多测试。 现在有一种叫四硫钼酸铵( ttm )的药，人类服用了很多年，现在用于狗的实验。 美国密歇根州立大学的研究小组进行了临床研究，结果表明硫钼酸铵对狗服用是安全的。 然后，他们最近完成了临床试验(结果尚未公布)。

这只是“一种健康”做法的实例，鼓励兽医和生物医学研究之间的合作和交流，强调人类、其他动物的健康和我们共同环境之间的相互作用。 毕竟所有的动物都会生病。 一般研究这些疾病的相似性和差异，我们可以改善对每个人的医学治疗。