【Science】狨猴实验揭秘人类进化！人类特异性基因可引起新皮质扩张

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作者：竹子

导言：或许是600万年前的机缘巧合，一种人类特异性基因使人与黑猩猩分道扬镳，开启了自然历史上最为神奇的进化过程——人脑的进化。大脑扩张是人类大脑进化中一个重要的特征。《科学》上一项新研究表明，这种基因会引起新皮质变大，在人类进化过程中起着关键作用。

前有研究表明，人类特异性基因ARHGAP11B，在小鼠和雪貂中会引起新皮质（neocortex）变大，大脑体积进而增大，但其与灵长类动物进化的相关性尚不清楚。

为了研究ARHGAP11B基因对灵长类动物的作用，德国马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所（MPI-CBG），与产生转基因非人类灵长类动物技术的日本川崎市的中央实验动物研究所（CIEA）和东京庆应义塾大学合作，发现转基因狨猴正在发育的新皮层中表达人类特异性基因ARHGAP11B，而通常它们没有这种基因。结合先前研究得出结论：ARHGAP11B引起了新皮质变大，从而促进人脑进化。他们在《科学》杂志上发表了他们的发现。

人类特异性基因的兴起

ARHGAP11B基因在人类大脑进化中发挥了关键作用

科学家认为生物进化过程中人类的先祖一定发生了基因组变异，刺激了脑生长。

2015年，德国马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所（MPI-CBG）的研究小组负责人维兰德·赫特纳（Wieland Huttner）及其团队，首次确定ARHGAP11B基因只存在于人类，并且它与基底脑干细胞再生、触发大脑皮层折叠相关。人类特有的ARHGAP11B基因是普遍存在的ARHGAP11A基因的部分复制，随尼安德特人、丹尼索瓦人和现在人类的进化谱系进化而来。在这个谱系与黑猩猩分离后，形成了黑猩猩。ARHGAP11B会导致人脑发育过程中产生更多的神经元，使负责说话和思维等高级认知能力的大脑体积增加。

2016年，Wieland Huttner领导的研究，解释了为什么ARHGAP11B蛋白包含47种氨基酸序列是人类特异性的，未在ARHGAP11A蛋白中发现，以及是ARHGAP11B增加脑干细胞的能力的必备条件。具体来说，在ARHGAP11B基因中发现一个C到G碱基的碱基替换会导致ARHGAP11B信使RNA丢失55个核苷酸，这会导致阅读框发生移位，从而导致人类特异性且功能关键的47个氨基酸序列。这种点突变并不罕见，但是在ARHGAP11B的例子中，其形成更大大脑的优势似乎立即影响了人类的进化。

ARHGAP11B的道德考量

在动物研究和福利方面，日本的道德标准和法规与德国相似。日本获得了101天大的狨猴胎儿的大脑（正常出生日期前50天），然后将其出口到德累斯顿的MPI-CBG进行详细分析。

一个101天大的ARHGAP11B转基因胎儿狨猴的大脑半球的切片的显微镜图像。DAPI（白色）显示细胞核；箭头显示沟和回。

野生型（正常）和ARHGAP11B转基因胎儿（101天）狨猴的大脑。黄线：大脑皮层边界；白线：发育的小脑；箭头：褶皱。

研究人员表示，普通狨猴的新大脑皮层确实变大了，并且大脑表面折叠了，皮层板也比正常的厚。此外，可以看到在脑室下区（outer subventricular zone ） 的放射状胶质祖细胞（radial glia progenitors）及上层神经元的数量增加。这种神经元类型在灵长类动物进化过程中会增加。这项研究提供了功能的佐证，表明ARHGAP11B会导致灵长类动物新皮质变大。

Wieland Huttner补充，他们的分析仅限于狨猴胎儿，因为他们预期ARHGAP11B的表达会影响狨猴的新皮质发育。鉴于ARHGAP11B对胎儿出生后大脑功能的潜在不可预见的影响，他们认为，从伦理角度出发，必要的前提条件是首先确定ARHGAP11B对胎儿狨猴新皮质发育的影响。

参考：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-06-human-brain-size-gene-triggers.html

【2】https://science.sciencemag.org/content/early/2020/06/17/science.abb2401

"Human-specific ARHGAP11B increases size and folding of primate neocortex in the fetal marmoset" Science (2020). DOI: 10.1126/science.abb2401

【3】http://www.yacoo.com.cn/exhibitioninfo/5850

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