妈妈的⼀个基因没⽤后,他们成了欢乐的智障⼉童

作者: 七君

来源: 把科学带回家

发布日期: 2022-09-08 22:15:10

本文讲述了一位新加坡母亲Irene Wong的孩子的故事,她的儿子患有罕见的天使症候群,这种病症是由于母亲的一个关键基因失灵导致的。文章探讨了基因印记现象,即一些基因只来自父母一方,这种现象在生物学上被称为基因印记。此外,文章还讨论了父母基因在后代大脑发育中的不同作用,以及这种不对称性如何影响孩子的智力和行为。

43岁的新加坡妈妈 Irene Wong 为孩⼦操碎了⼼。⼗⼏年来,为了孩⼦她辞去了⼯作,全身⼼地投⼊到育⼉这件事中。她认为,这件事她要做⼀辈⼦,因为她的⼉⼦⽐别的孩⼦更不让⼈省⼼。实际上,她的⼉⼦不会说话,智⼒远远低于⼀般⼉童,动作很不协调,还时常犯癫痫。所幸的是,⼉⼦虽然⽆法⽤语⾔表达爱,但是却常常拥抱⾃⼰,⽽且常常露出微笑,态度友善。她的其他两个孩⼦都很正常,为什么偏偏⼩⼉⼦不对劲呢?

在孩⼦两三岁时,她才明⽩,孩⼦身上这古怪的一切,是因为⼩朋友⼤脑发育所需的⼀个关键基因完全靠妈妈,但⾃⼰的这个基因却在⼉⼦身上失灵了。她的孩⼦,患上了每两万⼈才出⼀例的天使症候群。Irene 的⼉⼦表现出来的是天使症候群的典型特质。此外,天使症候群患者还有⼀些特别的⾯貌:他们往往后脑勺⽐较扁平、头也⽐较⼩;他们⾯⾊苍⽩、头发颜⾊也⽐较浅、⽛缝较⼤。

但是,天使症候群患者却天性开朗,很容易开怀⼤笑,很容易激动,对⽔有很特殊的偏爱,这就是“天使”为什么会出现在中⽂病名中。天使症候群患者需要终身看护,对于患者家庭来说是⾮常不幸的。不过天使症候群却让⼈类意外地发现,原来在⼤脑发育这件事上,爸爸妈妈的贡献并不相同。这⼀点显然打破了孟德尔遗传学,突破了许多⼈的认知。

根据中学教授的孟德尔遗传学,爸爸和妈妈的基因在你身上的地位⼏乎相同,因为除了性染⾊体,其他染⾊体上来⾃⽗⺟的基因互相匹配,有爸爸的⼀份就有妈妈的⼀份,它们都会起作⽤。为了不把事情搞复杂,孟德尔遗传学的词条⼀般不会告诉你上⾯这句话的限制性:⼀些基因只随你爸或只随你妈,这种基因的不对称性在⽣物学上叫做基因印记。⽣物学家们和我们⼀样,⼀直以来也想知道,两个爸爸或两个妈妈的孩⼦是什么样的。

20世纪80年代的实验总是失败,因为如果实验⼩⿏胚胎的基因组全部来⾃雄性或雌性,那么这个胚胎肯定会流产。他们最终找到了让这种有两个爸爸或两个妈妈的⼩⿏出⽣的技巧:混⼊正常细胞,双雄/双雌胚胎就能成活并分娩。精彩的后续来了,如果⼩⿏宝宝的基因组全部来⾃雄性,那么它的身体就会更⼤,⽽头更⼩。反之如果来⾃双雌,那么⼩⿏宝宝身体更⼩,但是头更⼤。

也就是说,来⾃⼩⿏⽗⺟的基因对身体和头的⼤⼩有相反的作⽤,妈妈的基因让宝宝变成“⼤头⼉⼦”的形态,爸爸的基因让宝宝变成“⼩头爸爸”的形态。这个基因后来被发现是编码胰岛素样⽣⻓因⼦2(IGF-2)的基因,活跃的IGF2基因能让胚胎身体相对脑袋⻓得更⼤。只有来⾃爸爸的IGF2基因是有⽤的,来⾃妈妈的IGF2基因虽然也在孩⼦的DNA⾥,但是却被关掉了,不能读取,因此双雄的后代“四肢发达,⽽头脑简单”。

实际上后来的研究发现,⼈类基因组中⼤约1%的基因只有双亲⼀⽅的起作⽤,⽽⽬前已知会发⽣基因印记现象的只有少部分哺乳动物、昆⾍和植物。可是,为什么⼀些基因只听爹妈⼀⽅呢?这个问题并没有定论。⽬前以哈佛⼤学⽣物研究者 David Haig 为代表的主流理论是,基因印记来⾃双亲之间的竞争,这个理论被称为亲属理论。

具体来说,爸爸希望⾃⼰的孩⼦多从⺟亲的⼦宫⾥获取营养,⻓得更⼤更壮,这样有利于⾃⼰⾎统的扩散和延续;但是对于妈妈来说,不管是这⼀胎还是下⼀胎,肚⼦⾥的孩⼦都是⾃⼰的,谁多抢了营养那以后的孩⼦的营养可能就跟不上了,因此她希望资源在兄弟姐妹间平均分配。换⾔之,妈妈的深谋远虑和爸爸的短期利益产⽣了冲突,Haig 认为这就是基因印记出现的原因。这个理论能够解释为什么只有爸爸给的IGF2基因才会被激活。

实际上后来的研究发现,包括⼈类在内的许多哺乳动物身上都存在IGF2基因印记现象。不过,天使症候群的问题基因却不是IGF2,⽽是第15号染⾊体上的UBE3A基因。UBE3A基因管的是(表达的是)泛素连接酶这种蛋⽩质,它对学习和记忆⾮常重要。虽然每个孩⼦都会从⽗⺟那⾥分别获得UBE3A基因的⼀个拷⻉,但是在胚胎⼤脑发育时,⽗亲的那⼀份被关掉了,只有来⾃⺟亲的UBE3A基因会起作⽤。

更有趣的是,UBE3A基因在身体的其他地⽅却并不会发⽣基因印记现象。实际上,UBE3A名字⾥的U是Ubiquitin的缩写,⽽Ubiquitin的词根和ubiquitous(⽆所不在的)同源,因为在⼤多数真核细胞⾥都有这种蛋⽩质。可唯独在⼤脑神经元⾥,只有来⾃妈妈的UBE3A基因管事⼉。

对⺟亲UBE3A基因的依赖也是天使症候群的病因:在天使症候群患者身上,来⾃⺟亲的UBE3A基因受损,⽆法执⾏正常功能,因此⼤脑⽆法正常发育。这个关键基因失灵的直接后果就是,天使综合症患者的智商不到60分(⼀般认为70分以下属于智⼒障碍),超过⼀半的天使综合症患者智商不到40分。可是问题来了,妈妈的UBE3A基因和爸爸的到底有什么冲突呢,为什么爸爸的UBE3A基因在孩⼦脑⼦⾥要被关掉呢?

Haig 本⼈没有给出直接答案,不过⼀些⽀持他理论的研究者提出了⼀种可能:爸爸的UBE3A基因是来挤兑妈妈资源的。这种理论指出,天使综合症的孩⼦虽弱智但欢乐多,很亲⼈,常常会⼤笑,不容易表现出不良情绪,看起来很“社会”,这种智商不够情商凑的表现让他们更依赖别⼈,也可以同时获得更多的积极社会接触,从⽽可以从照料者,也就是⺟亲那⾥获取更多关注和资源。

反过来说,如果⺟亲的UBE3A基因起作⽤,那么孩⼦就不会这么“社会⼈”,不会这样寻求关注,夺取的资源也更少。因此,⺟亲的UBE3A基因激活时会抑制孩⼦的“社会性”,⽽⽗亲的UBE3A基因则是希望孩⼦别那么聪明独⽴,多“社会⼈”⼀点,多啃啃⽼妈。不过这并不意味着孩⼦的智商完全取决于⺟亲。2017年剑桥⼤学的研究者发表在Nature Genetics上的⼀项研究指出,⾄少有22个基因和智商相关。

实际上天使症候群的“姐妹病”——普瑞德威利症候群,也叫⼩胖威利症,就是爸爸的基因掉链⼦导致的。顾名思义,⼩胖威利症患者都是胖⼦,因为他们永远也吃不饱。⼩胖威利症和天使综合症的问题都是出在⼈类第15条染⾊体上。更具体来说,这两个症候群都是因为第15号染⾊体上的⼀个特定区域(15q11-q13)出了问题,因为这个位置有⼤量的基因印记。不过,⼩胖威利症牵涉的基因更多,⽽且⼤部分是爸爸的管事⼉。

相对⽽⾔,除了控制⻝量以外,⼩胖威利症患者所需的照顾较少;他们虽然也有学习障碍,智商平均只有65分,但是⽣活能够⾃理,⼀些患者甚⾄能出⻔⼯作。那么,对于孩⼦的智商来说,到底来⾃爸爸的基因重要,还是妈妈的基因更胜⼀筹呢?有研究者指出,就印记基因⽽⾔,妈妈和爸爸的基因的⼯作阶段可能是不同的。

⽐如2010年哈佛⼤学的研究者Catherine Dulac的团队发表在Science上的研究发现,⼩⿏妈妈的基因主要在胚胎的⼤脑中表达,爸爸的基因则是在后代成年后更为活跃。不管怎么说,夫妻闹⽭盾,最后还是孩⼦受苦啊。这就是DNA层⾯的丧偶式育⼉吧。

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