论文第一作者、复旦大学复杂性状的遗传调控全国重点实验室博士生张裕丰正在进行分子遗传学实验。受访者供图
这项新研究为理解人类如何通过适应高能量、高蛋白的肉食，获得体型和认知能力上的优势提供了重要的分子遗传学证据。它有力支持了“肉食塑造人类”这一进化假说。肉食提供的充沛能量和必需氨基酸，不仅支持了身高的增长，也为大脑的发育和复杂化奠定了物质基础。
◎本报记者 蒋 捷 聂慧敏
在人类漫长的进化历程中，两个显著特征持续吸引着科学家的研究兴趣：相较于其他灵长类动物，人类实现了显著的身高增长以及基础代谢率的提升。
近日，《细胞·基因组学》发表的一项研究，首次揭示了一个名为“rs34590044-A”的古老遗传变异，如何通过调控线粒体代谢枢纽——ACSF3基因，驱动人类身高与基础代谢率协同进化。论文通讯作者、复旦大学生命科学学院研究员樊少华认为，这项研究不仅解释了人类身高与代谢率提升的部分遗传基础，更将“多吃肉能长高”的古老经验与现代科学联系起来。
身高与代谢存在遗传相关性
想象一下与人类亲缘关系最相近的黑猩猩，它们强壮有力，但它们的身高以及身体在静息状态下消耗能量的速度与人类存在显著差异。现代人类和非人猿类的具体差异非常明显：现代人类的身高比非人猿类平均高出约0.3米；二者在同样体重的情况下，现代人类的基础代谢率比非人猿类高出15%—50%。
科学家们早已注意到，更高的平均身高和更高的基础代谢率是现代人类区别于其他非人灵长类的关键特征。这种生理特征的跃迁，与人类形成、适应新环境、发展复杂社会行为等重大进化事件密切相关。
“传统观点认为，身高增长主要受骨骼发育基因调控，而代谢率提升则与能量利用效率相关。”论文通讯作者、复旦大学生命科学学院研究员李晋解释，“我们的研究发现，这两个看似独立的性状背后，存在着深层遗传协同机制。”
研究团队通过全基因组数据分析发现，身高与基础代谢率存在遗传相关性，二者共享部分遗传基础。研究团队特别关注了那些在人类谱系中独有的遗传变异，发现人类进化过程中获得的新遗传变异对塑造现代人类独特的体型和代谢特征起到了重要作用。
基因突变提高肉食转化率
通过精细定位，研究团队在人类基因组16号染色体发现了一个关键调控变异：rs34590044-A，它可以显著增强ACSF3基因的活性。
ACSF3基因编码的蛋白是身体处理肉食营养的一个关键酶，主要负责代谢以苏氨酸及其相关代谢物为代表的外源性物质，将它们转化为无毒或可利用的形式。
rs34590044-A突变是人类特有的，它出现在人类与黑猩猩分离之后的人类谱系中。拥有这个突变，能显著增强ACSF3基因的表达水平，产生更多ACSF3蛋白。这意味着携带该突变的个体，代谢肉类中苏氨酸等成分的效率更高。樊少华用了一个生动的比喻：“当rs34590044-A增强ACSF3基因表达时，就像繁忙的高速公路上又开辟了新的车道，使通行更加高效、顺畅。”
为了验证这一发现，研究团队利用腺相关病毒载体技术，在小鼠体内人为提高ACSF3基因的表达水平，以模拟人类rs34590044-A突变的效果。结果发现，这些小鼠在获得相应营养后，表现出更强的骨骼生长和更高的能量代谢水平。相反，如果在小鼠中敲除ACSF3基因，模拟该基因功能完全丧失的效果，则会导致严重的生长迟缓。在人类中，ACSF3基因的完全失活会导致一种罕见遗传病，患者会表现出身材矮小等症状。这些实验强有力地证明了ACSF3基因及其高水平表达对人类身高和代谢的重要性。
研究团队还分析了古人类的DNA数据。他们发现，在历史上以狩猎游牧为主、肉食摄入比例更高的人群中，rs34590044-A突变的出现频率显著高于以农耕为主、植物性食物比例更高的人群。这从进化角度印证了该突变是在人类增加肉食摄入的进化压力下被筛选和保留下来的优势突变。
多角度认识适应性进化“图谱”
可以说，这项研究将ACSF3基因及rs34590044-A，列入了人类代谢适应性进化的“图谱”。
它们与既往发现的多个适应性进化事件一道，共同描绘了人类如何通过遗传变异不断适应剧烈变化的饮食环境。例如，欧洲人群因尼安德特人基因渗入强化了脂肪代谢能力，更能适应高脂饮食；全球农业人群在FADS基因簇上发生的适应性变异，优化了植物来源脂肪酸的代谢效率；不同地区人群独立进化出的乳糖耐受性，使人类能够消化乳制品；淀粉酶基因拷贝数扩增现象，帮助人类更好地适应高碳水化合物农业饮食。破译这些进化密码，为解答“人类何以成为人类”这一终极命题提供了深层线索。
具体来说，这项新研究为理解人类如何通过适应高能量、高蛋白的肉食，获得体型和认知能力上的优势提供了重要的分子遗传学证据。它有力支持了“肉食塑造人类”这一进化假说。肉食提供的充沛能量和必需氨基酸，不仅支持了身高的增长，也为大脑的发育和复杂化奠定了物质基础。
同时，专家提醒，对ACSF3基因及rs34590044-A的作用要有客观认识。
樊少华介绍，除了丙二酸和甲基丙二酸尿症患者携带ACSF3基因的失活突变外，所有人都有正常的ACSF3基因。所有人都需要摄入肉类等蛋白质，这是维持生命和健康的基础。rs34590044-A突变的存在，意味着携带者在代谢肉类营养上可能更高效，这在一定程度上有助于人在生长发育期更好地利用能量。但这绝不意味着没有该突变的人就无法从肉食中获益，也不意味着拥有该突变就可以无节制地狂吃肉类。
实际上，身高和代谢是极其复杂的多基因性状。
李晋说，研究中提到的基因只是众多影响因素中的一个。均衡营养、适度运动、充足睡眠等生活方式因素，以及更多尚未被发现的基因和环境互作，共同决定着个体的最终身高和代谢水平，不能通过检测基因中是否携带rs34590044-A突变来决定肉类摄入量。
