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调节人类骨骼变化的基因功能图谱发布 为理解人骨关节炎高发提供演化层面线索
来源:科技日报 作者:张梦然 2026-09-28
日本京都大学人类生物学高级研究所等机构在最新一期《自然》发布了首张“人类骨骼基因开关”功能图谱。这项研究把全基因组比对、软骨细胞大规模平行报告分析与“人—大猿杂交细胞”结合,显示了在人类演化中软骨维持分子糖胺聚糖(GAG)显著减少,为理解骨骼成型和人类为何更易患骨关节炎提供证据。
团队此次用超过15000人的基因组对比139只大型类人猿,包括黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩和猩猩,筛选出仅沿人类谱系出现的约570万个变化,其中约56.1万处位于候选启动子和增强子。再合成每处序列的人类型与祖先型,在培养软骨细胞里作“大规模平行报告基因分析”(MPRA)——一种可同时测几十万段调控序列活性的方法,最终筛出约1.5万个会切实改变基因活性的人类专属变异。
为排除培养条件差异,团队用人类和大猩猩的诱导多能干细胞融合成“跨物种杂交细胞”,再诱导为形成骨和软骨的祖细胞。两套染色体待在同一个细胞里,直接比较谁活跃谁沉默。结果最突出的通路是GAG相关基因。GAG是细胞外基质的主要成分,相当于软骨里的保水海绵,含水还负责保持结构弹性。杂交细胞里,多条GAG基因在人类染色体上的活跃度低于大猩猩。
关节组织测量与细胞结果一致。团队测了人类与其它大猿的肘部、膝部组织,其他大猿GAG含量波动不大,人类仅约为其1/4到1/3。他们据此判断:人类一些增强子演化后降低了GAG相关基因表达,使软骨保水支撑物质减少。这参与塑造了人类骨骼特征,也让关节更不耐磨损,为骨关节炎高发提供了演化层面的线索。
团队表示,该图谱价值不限于骨头,今后可用于脑、皮肤等组织,从细胞上找到“哪段DNA真正影响功能”的证据,也为人类专属疾病风险研究提供新路径。
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