為何北歐白人跟非洲黑人有較高的膽固醇?

義大利科學家Riccardo Sabatini在這個TED演講告訴我們,雖然目前科學家們對人類基因所隱含的巨大訊息了解有限,但已經足以做出許多運用,例如個人化醫療(personalized medicine)。

用書來比喻的話,人類基因組就像一本擁有23個章節,總長度達30億字的書,雖然這本書只用到四個字母,但透過基因轉錄、轉譯後,可以製造出各式各樣具有特定功能的蛋白質,使細胞得以建構出人體並維持各種基本生理功能的運作。

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人類的基因有99.6%是完全相同的,這代表人類在深層上,例如能量代謝、訊息傳導、免疫調節等重大基本功能的運作方式是一樣的。當管控這些基本功能的基因出現變異,就可能造成嚴重的疾病,例如苯丙酮尿症(phenylketouria, PKU),這個疾病的形成是因為第12對染色體上負責製造苯丙氨酸水解酶(phenylalanine hydroxylase, PAH)的關鍵基因出現異常,使得肝臟無法合成PAH來分解自然存在於飲食中的苯丙氨酸,於是苯丙氨酸在體內逐漸堆積造成病症,除非早期發現進行特殊飲食,否則後續通常會有嚴重的發展障礙,特別是神經系統。苯丙酮尿症算是一種罕見疾病,在台灣的新生兒當中,這個疾病的發生率約三萬分之一,而影片中提到的囊狀纖維化(cystic fibrosis)是歐洲最常見的自體隱性遺傳疾病,新生兒的發生率也僅約三千分之一,而台灣約是三萬分之一,而這個疾病的最常見病因是在長達二十三萬字的CFTR基因序列出現三個字母的缺失所造成的,二十三萬分之三!

或許除了新手父母在了解新生兒先天性代謝異常篩檢時,才有機會聽到苯丙酮尿症、高胱胺酸尿症(homocystinuria)、楓漿尿症(maple syrup urine disease)…等罕見基因疾病。對大多數順利度過青春期的成人而言,關鍵基因應該都沒有問題,於是基因這碼子事跟日常生活不怎麼相干,就算偶爾到醫院健診跟看病時也不大感覺評估或治療涉及基因。但實際上,當醫師在詢問家族病史時就是在評估基因,只是在人類基因組計畫於2003年完成歷史上第一個全人類基因組定序後,這個方法就開始顯得粗糙,因為我們開始漸漸解開那0.4%不到的基因差異性,到底是如何讓每個人罹患慢性疾病的機率有所不同,且不管是高血壓、心肌梗塞、退化性關節炎、阿茲海默症或各種癌症。

例如過去流行病學家就已經發現高緯度的北歐國家跟赤道非洲的人,雖然膚色相差很大,但是他們都有一個共同特質,那就是他們都有較高的血膽固醇,晚近的研究也揭露了這個現象背後的部分原因就是這兩個族群的人都帶有APOE4這個會升高血中膽固醇的基因。問題來了,為何北歐白人跟非洲黑人這個基因的盛行率比其他族群高呢?原因在於維生素D,因為我們的身體必須在日照下,皮膚才能將膽固醇轉換為維生素D,所以當北歐人遷移到冬季漫長的高緯度地區是,一方面他們逐漸演化出較淺的膚色來增加紫外光UVB穿透皮膚的機率,同時升高血液中的材料,也就是膽固醇,來增加維生素D的製造。那黑人呢?赤道不是充滿日照?他們在熱帶面臨的是另一個難題,也就是葉酸一旦在血液裏流經體表皮膚時,會被UVB給破壞掉,因為葉酸太重要了,為了保護葉酸,赤道非洲的人們就演化出黝黑的膚色,只是如此一來,UVB都被擋住維生素D製造就會有困難,所以只好也把膽固醇拉高,來增加製造的效率。這個不得以的折衷方案,在那樣的歷史地理背景下是有幫助存活的正面意義,但到了現代,反而可能造成“不方便”,因為高膽固醇在發炎的情況下,會導致心血管疾病跟失智症等疾病的風險增加,而我們的的基因組充滿許多類似這樣的妥協。

什麼是功能醫學這篇文章裡,我們提到每個人都是不同的,其中部分的原因就是基因的多型性(polymorphism),也就是那4%的基因差異,當我們仔細看這些基因,就會發現人類基因組是我們的祖先們在十五萬年前從東非一路遷徙跟演化到今天的歷史紀錄,基因的變異反映了祖先們在不同環境下的適應性變化,這些基因一路保留下來賦予我們某種傾向,增加或降低我們罹患特定疾病的風險,因此我們不只可以從基因讀到過去,也可以看到自己的未來,現在已經有許多基因檢測公司,例如Google創辦人Sergey Brin的太太Anne E. Wojcicki所共同創辦的23andme就是在做重大基因的定序,類似這樣的檢測協助受檢者就可以在還沒生病前了解自己的基因傾向並給予預防,又或者不幸已經發病,協助評估該使用何種藥物,及多少劑量,在這個基礎上,醫療將有巨大的變革,我們有機會預防跟治療更多疾病,做到真正的個人化醫療。

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