揭秘高原人群适应之谜：安第斯与喜马拉雅人群血管生成的趋同演化

研究人员为探究安第斯和喜马拉雅人群适应高海拔遗传机制，分析基因组数据，发现趋同演化及相关基因通路，意义重大。

　　在地球的高海拔地区，稀薄的空气如同神秘的面纱，笼罩着独特的生命适应故事。长期以来，生活在高海拔的安第斯和喜马拉雅人群如何适应低氧环境，一直是科学界热衷探索的谜题。以往研究虽有所发现，但仍存在诸多问题。比如，对于这两个人群在遗传层面的适应机制，尤其是复杂适应性性状的遗传基础，了解十分有限。而且，之前研究多聚焦于单一基因或少数基因的选择扫描，难以全面揭示复杂性状的遗传调控网络，无法解释为何部分适应性位点在两个群体间重叠较少。

为解开这些谜团，来自意大利博洛尼亚大学等多个机构的研究人员，踏上了这场意义非凡的探索之旅。他们以 “Convergent evolution of complex adaptive traits modulates angiogenesis in high altitude Andean and Himalayan human populations” 为题的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们揭示了高海拔人群适应低氧环境的遗传密码。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，收集了来自安第斯地区多个高海拔民族的基因组数据，包括 24 名玻利维亚艾马拉人（Aymara）的全基因组序列（WGS），以及其他安第斯人群的基因组数据作为验证数据集，同时选取了亚马逊低海拔人群作为对照数据集。其次，运用多种选择扫描方法（如 H12、nSL 和 LASSI），检测基因组中自然选择的信号。然后，借助基因网络分析，确定功能相关的基因座集合，探究这些基因在适应性进化中的作用。最后，通过查询相关数据库，寻找候选适应性基因与复杂生理或病理性状的关联，以及表达数量性状基因座（eQTLs）对这些基因表达的调控作用。

研究结果如下：

• 确定低海拔对照人群：通过主成分分析（PCA）和计算 outgroup - f3 统计量等方法，研究人员将玻利维亚艾马拉人的 WGS 数据置于美洲原住民群体的基因组背景中，确认其能代表安第斯高海拔人群的遗传变异。同时，从亚马逊低海拔人群中筛选出 8 名阿沙宁卡人（Ashaninka）、6 名卡西博人（Cashibo）和 10 名希皮博人（Shipibo），作为合适的低海拔对照人群12。
• 安第斯人群的多基因适应性事件：对安第斯人群和对照人群的 WGS 及推算数据进行分析，研究人员发现低海拔对照人群的显著基因网络主要参与免疫相关通路，而安第斯人群则存在与高海拔环境应激反应相关的适应性事件，主要由参与粘着斑（Focal adhesion）通路的基因介导。该通路中的多个基因，如 LAMA3、COL4A1、ITGB6、PRKCB 和 PTK2 等，在血管生成过程中发挥关键作用。进一步运用 LASSI 方法分析，发现更多与血管生成、细胞增殖和血管舒张相关的基因，如 COL4A1、IGF1R、PDGFD、ITGA8 等，这些结果进一步证实粘着斑通路在安第斯人群适应高海拔环境中的重要性345。
• 安第斯和喜马拉雅人群的趋同适应性进化：研究人员对比安第斯和喜马拉雅人群的基因网络，发现多个共同受到自然选择的基因，如 LAMA1、COL4A2、ITGA2、LAMC2、COL4A4、PLCE1、PIK3CB 和 PRKCE 等。这些基因参与血管生成和心血管保护相关的功能通路，表明两个群体在这些方面存在趋同适应性进化，但也存在不完全的遗传收敛678。
• 候选适应性基因与复杂性状及 eQTLs 的关联：研究人员通过查询相关数据库，发现 COL4A1、IGF1R、PDGFD、ITGA8、RYR3、LAMC2、COL4A4、PLCE1 和 PRKCE 等基因与血液学和心血管性状相关，且这些基因存在多个 eQTLs，能在主动脉、心脏、肺、骨骼肌、血液和子宫等组织中调节基因表达，这进一步强化了这些基因在安第斯和藏族人群适应高海拔环境中的功能作用910。

研究结论和讨论部分指出，本研究发现的遗传特征可能有助于增加血管密度，改善组织的血液流动和氧气输送，特别是在孕期增加子宫血流量，这在安第斯和喜马拉雅人群中是一种相似的适应性性状。虽然藏族 / 夏尔巴人群在这方面表现更为突出，但研究中发现的多个候选基因在胎盘和胚胎血管组织发育中起关键作用，支持了这种相似性的存在，也表明趋同适应性进化可能在早期生命和 / 或生殖阶段优化了这些人群的血管生成，促进了胎儿在子宫内的发育，降低了高海拔地区的新生儿死亡率。此外，PRKCE、RYR2 和 RYR3 基因的研究结果表明，心血管性状也可能受到自然选择的影响。这些发现揭示了多个粘着斑和 / 或功能相关基因的适应性进化所介导的多基因机制，可能是安第斯人群增强血管生成、氧气运输和心血管保护的驱动因素，与之前在藏族 / 夏尔巴人群中的观察结果相似，为他们对低氧环境的趋同适应提供了更多的分子基础证据。这一研究成果不仅加深了我们对人类适应高海拔环境遗传机制的理解，也为未来相关领域的研究提供了重要的参考和方向。