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近日,一项基于古代和现代基因组数据的综合分析揭示了人类免疫相关基因CCR5的一个重要变异——CCR5Δ32缺失突变的演化历史。这一突变因其与HIV-1抗性及其他多种疾病的风险关联而备受关注。研究发现,该突变最早出现在至少6700年前的欧亚西部草原地区,并在新石器晚期至青铜时代经历了正向选择作用。
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CCR5基因编码一种趋化因子受体,是免疫系统中调控炎症反应的重要分子。它在激活后可介导免疫细胞之间的信号传递,在抵御某些病毒入侵方面发挥关键作用。1996年,科学家发现CCR5是HIV-1进入CD4+ T细胞所必需的共受体之一;而携带两个拷贝(纯合子)的CCR5Δ32突变个体对HIV感染具有显著抵抗力。
这一发现使CCR5成为治疗艾滋病的重要靶点。例如,近年来通过移植含有CCR5Δ32/Δ32基因型的干细胞,成功治愈了数例同时患有艾滋病和血液系统恶性肿瘤的患者。此外,研究还表明,该突变与多种其他疾病存在关联,包括新冠感染、自身免疫病、神经系统疾病及某些癌症,显示出其复杂的表型效应。
尽管CCR5Δ32在欧洲人群中频率较高(约10%-16%),但在非洲和东亚人群中几乎不存在,提示其可能起源于特定地理区域并经历了强烈的选择压力。此前的研究对其出现时间的估计差异较大,从不足千年到超过五千年不等。
在这项最新研究中,研究人员分析了934个古代基因组样本和2504个现代基因组,结合一个基于单倍型的概率模型,首次精确追踪了CCR5Δ32的演化轨迹。结果显示,该突变最早出现在至少6700年前的欧亚西部草原地带,属于一个包含84个遗传变异的古老单倍型背景之上。
研究进一步揭示,CCR5Δ32在距今8000年至2000年间经历了持续的正向选择作用,表明该突变可能在特定环境或病原体压力下提供了生存优势。这种选择压力可能与农业社会形成后人口密度增加、传染病传播风险上升有关。
此外,该突变后来通过哥伦布大交换等历史事件传播至拉丁美洲,说明其分布不仅受到自然选择影响,也与人类迁徙密切相关。
通过对欧洲人群的千人基因组计划数据再分析,研究人员识别出三个主要的CCR5单倍型:
单倍型A:包含CCR5Δ32突变,由84个高度连锁的SNP组成,广泛存在于北欧人群。
单倍型B:与单倍型A共享其中84个变异,但缺乏Δ32缺失及其完全连锁的两个SNP。
其他重组型:显示更多区域性变异,反映该区域在不同人群中的重组历史。
这些结果提示,CCR5Δ32并非孤立突变,而是嵌套在一个更古老的遗传背景中,其功能效应需结合整个单倍型背景进行解读。
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这项研究不仅为理解CCR5Δ32的演化历程提供了新的视角,也为未来以CCR5为靶点的治疗策略带来了重要启示。由于该突变在多个疾病中表现出双向效应(既有保护作用,也可能带来不利风险),因此在临床应用中应更加谨慎。
此外,研究团队指出,目前关于该突变的许多结论仍基于单一SNP分析,未来应加强对完整单倍型结构的研究,以避免误判其生物学功能。
随着古基因组学的发展,我们得以回溯人类基因组中隐藏的历史密码。CCR5Δ32的故事不仅是一个关于免疫适应的科学探索,也是人类与病原体长期博弈的缩影。它的演化轨迹提醒我们,在追求基因编辑等前沿技术的同时,必须充分尊重自然选择留下的复杂遗传遗产。
参考
Ravn, Kirstine, et al. "Tracing the evolutionary history of the CCR5delta32 deletion via ancient and modern genomes." Cell(2025).
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