7 千年來，它幫人類抵抗瘧疾，也每年「害」了 30 萬人
美劇《X 戰警》講述的是一群天生基因變異（mutants），基因變異後他們能上天入地，無所不能。
早在約 7300 年前的撒哈拉，就有一位這樣的「超人」，一個基因變異使他能抵禦至今造成全球 44.5 萬人死亡的瘧疾（2016 年數據）。
作為瘧疾主要肆虐之地，全世界 90% 的瘧疾死亡及致死案例都在非洲。更令人心痛的是，其中有 70% 的患者是 5 歲以下的孩子。也就是說，在非洲，每兩秒鐘就有一位 5 歲以下的孩子死於瘧疾。
而多虧這位「超人」變異的鐮狀細胞基因，它不僅延續了 237 代歷史，也改變了人類對抗瘧疾的歷程。
這是一個關於鐮狀細胞基因突變的故事：只攜帶一個鐮狀細胞基因的人對瘧疾有天生的抵抗力，這就相當於擁有了「超人鎧甲」。
但「鎧甲」有時甚至會致命。
「鎧甲」發現之路
1950 年代，當時 DNA 的結構仍未被發現，人們也不知道為什麼鐮狀細胞基因會遺傳，直到一位出生於非洲的醫學家出現。
從小在非洲農場長大的安東尼 · 克利福德 · 艾利森（Anthony Clifford Allison）在東非進行瘧疾研究時，偶然發現，很多瘧疾患者血液中有鐮狀細胞。
正常的紅細胞是「兩面凹的圓盤狀」。而鐮狀細胞是「鐮刀狀紅細胞」的簡稱。這種紅細胞並非呈扁平圓盤狀，而似鐮刀狀，皺巴巴，堵塞血管，大大減弱紅細胞原本的輸氧能力。
安東尼發現，這些鐮狀細胞的分布和地理位置也有關：肯亞東西兩側低地的人，血液中攜帶鐮狀細胞的概率很高，而居住在肯亞中部高地的卻很低。
對這個現象，安東尼猜測，肯亞兩側低地溫暖潮濕，蚊蟲滋生，而這正是瘧疾病原體——瘧原蟲的溫床，是否鐮狀細胞的出現與瘧原蟲有關呢？
為此，他繼續採集血樣來證實想法。
他提取當地兒童的血液樣本，並觀察每個樣本中瘧原蟲的數量以及紅細胞的形狀，實驗數據表明，如果一個兒童攜帶鐮狀細胞，那麼他/她體內的瘧原蟲數量則較低。
安東尼前後總共檢測了 5000 多人的血液樣本，龐大的數據幫他繪製出一份地圖。地圖上瘧疾發病率高的地區，和鐮狀細胞攜帶者的高發區，發生了近乎完美的重疊。
肯亞的瘧疾高發地區（紅色）圖
幸運的基因
安東尼通過這 5000 多個血液樣本，計算數據後推導出一套鐮狀細胞基因的遺傳學模型：
鐮狀細胞基因遺傳示意圖
安東尼敏銳地覺察出，只攜帶一個鐮狀細胞基因的人對瘧疾有天生的抵抗力。
如果父母都各攜帶一個鐮狀細胞基因和一個正常基因（雜合子），那麼他們生育的孩子可能有三種情況。孩子如果和父母一樣，那麼他們不僅健康還可以抵抗瘧疾；如果他/她攜帶兩個正常基因的話，就容易感染瘧疾；但是如果他/她攜帶兩個鐮狀細胞基因，就會患鐮刀形紅細胞貧血症。
換而言之，在非洲瘧疾猖獗的國家裡，攜帶了鐮狀細胞基因，就能獲得生存優勢，逃脫瘧疾的魔爪。但是如果不幸攜帶了兩個基因，就要承受鐮刀形紅細胞貧血症的折磨。這種疾病非常可怕，患者很容易因為中風、腎衰竭而死，很有可能活不到成年。
因此，為了對抗瘧疾，人類保留了鐮狀細胞基因，大約 440 萬人同時擁有兩個鐮狀細胞基因，大約 4300 萬人只攜帶一個基因。
鐮狀細胞是如何抵禦瘧疾的？
但安東尼提出的遺傳學模型並不能在分子層面上揭示鐮狀細胞是如何抵禦瘧疾的。
2011 年，邁克爾 · 蘭澤（ Michael Lanzer ）和他的同事對比了三種紅細胞的形態——健康的紅細胞、感染瘧原蟲的「正常」紅細胞、感染瘧原蟲的鐮狀細胞，進一步解開了這個謎團。他們的成果在 Science 雜誌上發表。
健康的紅細胞
研究者發現，健康的紅細胞中存在一種很短的肌動蛋白纖維（actin filament），它們塑造了細胞膜柔韌的骨架，使紅細胞可以遊刃有餘地在微小的血管中擠壓、穿梭。
感染瘧原蟲的「正常」紅細胞
如果紅細胞被瘧原蟲感染，這種肌動蛋白就會被扭曲。瘧原蟲利用肌動蛋白搭建通往細胞內部的橋樑，並把自身製造的蛋白質傳輸到細胞表面。
（via shutterstock）
這種蛋白質被稱作粘附蛋白（ adhesin ），它們使受感染的紅細胞變得粘稠，從而粘附在大腦或者其他器官的毛細血管壁上，因此瘧疾能夠引發廣泛的微血管炎症。
與此同時，依附在血管上的紅細胞不會輕易被帶到脾臟里。脾臟可以消滅異常的紅細胞，即使有瘧原蟲寄生的紅細胞也不例外，統統格殺勿論。
感染瘧原蟲的鐮狀細胞
然而，當瘧原蟲碰到鐮狀細胞時，情況則迥然不同。鐮狀細胞可以阻礙瘧原蟲對肌動蛋白的劫持，並切斷瘧原蟲搭建的肌動蛋白橋，使製造黏性蛋白質的囊泡漂浮在細胞質中。也就是說，瘧原蟲的策略失效了，只能隨著紅細胞順流而下，在脾臟內被清理掉。
蘭澤認為，「瘧原蟲為了在紅細胞中生存，必須重塑宿主的肌動蛋白。這種進化的壓力導致人類血紅蛋白的突變，以此對抗瘧原蟲的攻擊。」
「富人靠科技，窮人靠變異」
有一個經典的梗，是說蝙蝠俠與蜘蛛俠的區別：
「富人靠科技，窮人靠變異」
鐮狀細胞基因，是人類與瘧疾的抗爭是遺傳選擇的妥協之舉。而到了現代，人們已經了解瘧疾的傳播途徑，也有了可靠的預防和治療方法。但鐮狀細胞的突變一直保留至今，也背上了另外一個身份：
遺傳病。
至今，每年大約 30 萬新生兒患有鐮刀形紅細胞貧血症，全世界有 2.5 億人攜帶鐮狀細胞基因。
因禍得福，這些因為基因突變而在瘧疾中倖存的人，至少他們未來不太需要依靠變異來抵抗瘧疾了。
——那麼下一個問題是，CCR5 基因突變什麼時候可以流傳開來呢？（責任編輯：任悠悠 劉冬宸）
參考資料：
1. How One Child』s Sickle Cell Mutation Helped Protect the World From Malaria
https://www.nytimes.com/2018/03/08/health/sickle-cell-mutation.html
2. Scientists Have Pinpointed The Origin Of Sickle Cell Anaemia To One Mutation 259 Generations Ago
http://www.iflscience.com/health-and-medicine/scientists-have-pinpointed-the-origin-of-sickle-cell-anaemia-to-one-mutation-259-generations-ago/
3. Sickle-cell mystery solved-Researchers discover how carriers of the sickle-cell anaemia gene are protected from malaria
https://www.nature.com/news/sickle-cell-mystery-solved-1.9342
4. Common malaria resistance trait discovered in Scripps Research-led study
http://www.sandiegouniontribune.com/business/biotech/sd-me-scripps-ucsd-malaria-resistance-genetic-20180320-story.html
5. The Genetics Of Malaria
https://www.evolving-science.com/health/genetics-malaria-00327
6. Biochemistry: Scientists Decode the Protective Element Sickle Cell Anemia Offers Against Malaria
https://www.nytimes.com/2011/11/15/health/biochemistry-scientists-decode-the-protective-element-sickle-cell-anemia-offers-against-malaria.html
7. Patient Voices: Sickle Cell Anemia
https://www.nytimes.com/interactive/2017/well/patient-voices-sicklecell.html#gwendolyn
8. Sickle-Cell Anemia Mystery Is Solved
https://www.scientificamerican.com/article/sickle-cell-anemia-mystery/
9. Easing the Toll of Sickle Cell Disease in Childbirth
https://www.nytimes.com/2017/01/02/health/easing-the-toll-of-sickle-cell-disease-in-childbirth.html?partner=rss&emc=rss
10. The Making of the Fittest: Natural Selection in Humans
https://www.hhmi.org/biointeractive/making-fittest-natural-selection-humans
11."It』s like millions of ants are biting my bones" – fighting sickle cell disease in Nigeria
https://www.theguardian.com/global-development-professionals-network/2017/jul/19/its-like-millions-of-ants-are-biting-my-bones-fighting-sickle-cell-disease-in-nigeria
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