艾滋病悲剧如何推动人类进化
艾滋病悲剧如何推动人类进化
在抗逆转录病毒药物传入南非之前，高死亡率重塑了免疫系统基因
一项新研究表明，在强效抗艾滋病药物问世之前，艾滋病在南非某地区造成了严重的损失，以至于在短短十多年间，它就对人类基因组产生了影响，改变了免疫系统基因的频率。随着20年前药物可及性的提高，这些进化力量逐渐减弱，基因变化也随之放缓。4月27日，相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。
这项研究生动展现了人类进化之迅速。“这太令人惊叹了。”美国亚利桑那大学研究艾滋病毒的进化生物学家Michael Worobey表示，“这清楚地展示了自然选择的作用，以及药物干预如何阻止了自然选择。”
研究人员评估了南非受艾滋病影响最严重的夸祖鲁-纳塔尔省人群的基因变化。全球目前约有4080万艾滋病病毒携带者，其中南非占比20 %。该研究基于1998年至2025年间在夸祖鲁-纳塔尔省采集的近1600名母亲（包括感染者和非感染者）及400多名婴儿的血样。
英国牛津大学的免疫学家Philip Goulder表示，在2005年抗逆转录病毒药物在夸祖鲁-纳塔尔省广泛使用之前，曾出现过“某种风暴”，多种特殊因素相互交织，引发了一场毁灭性的疫情。在20世纪90年代初，艾滋病病毒在南非的传播尚不广泛，随后疫情在异性恋人群中爆发，导致夸祖鲁-纳塔尔省约40%的孕妇感染，这一惊人的高感染率至今仍未改变。由于遗传因素、医疗资源有限和可能流行的病毒亚型等多重原因，感染者发展为艾滋病，即免疫系统受损危及生存的速度异常迅速——仅需约4.5年，相比之下，北美地区需要10年。
其他研究曾揭示疟疾和结核病等传染病如何改变了人类基因组，但那些变化历经了数千年。“这正是此研究令人振奋之处，你能亲眼见证进化实际上能发生得多么迅速。”Goulder说。
类似的进化力量可能也在北美和欧洲发挥作用，但更难察觉，且不太可能影响后代。这些地区的艾滋病毒流行率低于1%，受影响最严重的群体是男同性恋者。
在夸祖鲁-纳塔尔省血液样本的DNA序列数据中，Goulder和同事追踪了免疫系统中一种最精妙且有效的抗感染机制的变化。当细胞被艾滋病病毒等感染时，人类白细胞抗原（HLA）分子会将病毒片段运送到细胞表面，在那里，它们像双手一样将病毒片段“举起”以供识别。被称为细胞毒性T淋巴细胞（CTL）的免疫系统“神枪手”会将其识别为外来物并杀死受感染的细胞。该研究重点关注了编码HLA分子的基因变异，即等位基因。
在艾滋病病毒感染者体内，病毒会迅速演变出大量不同的变异株。某些HLA分子比其他分子更有效，能捕获所有变异株共有的病毒片段；而另一些则更倾向于捕获病毒中频繁变异的片段，从而削弱了CTL的防御能力。研究人员追踪了3种被称为“保护性”的HLA等位基因和3种被称为“易感性”的等位基因的频率。
基于他们用数据构建的模型，研究人员发现，携带任何易感等位基因的人群比例从1990年的28%下降至2004年的25%。Worobey解释道：“如果大量人群被淘汰了，他们就无法将这些基因传给后代。” 在同一时期，携带任何保护性等位基因的人群比例从23%上升至27%，这意味着幸存人群中能够产生强效CTL反应的人群比例有所增加。论文作者、美国弗雷德里克国家癌症研究中心的免疫学家Mary Carrington表示，这些变化“幅度不大，但十分明确”。
目前，约80%的南非艾滋病病毒感染者都能获得抗逆转录病毒药物，虽然这未能阻止这种进化趋势，但显著减缓了其进程。研究人员预测，到2035年22%的南非人口将携带易感等位基因，而32%的人口将携带保护性等位基因。研究指出，若夸祖鲁-纳塔尔省居民从未接触过抗逆转录病毒药物，到2035年，易感等位基因的流行率将从1990年的29%下降10个百分点至18%，而保护性等位基因的流行率则将跃升19个百分点至42%。
美国乔治城大学的进化生物学家Tomoko Steen表示，从更长的时间尺度来看，从HLA频率中观察到的“定向选择”往往会被其他因素所抵消。由于大多数等位基因在全球范围内均有分布，“似乎是迁移历史而非自然选择塑造了这些频率”。此外，由于保留不同的等位基因具有优势，所谓的平衡选择，即维持基因多样性的机制也会抵消大部分定向选择的影响。
Goulder认同这一观点：“任何基因的存在，都是因为它经某种选择而得以保留。”“实际上，那些对艾滋病病毒不利的基因肯定对其他方面有益，只是我们目前还不清楚具体是什么。”
相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2502683123