Science子刊：促进生殖的基因突变往往会缩短人类的寿命

1957年，进化生物学家George Williams提出，如果导致衰老的基因突变在生命早期能够促进更早生育或产生更多后代，那么这些突变可能会受到自然选择的青睐。换句话说，许多基因具有多效性，在生物体的不同发育时期可能有不同的作用。

Williams的观点，现在被称为衰老的拮抗多效性（antagonistic pleiotropy）理论，仍然是对衰老的主流进化解释。尽管这一理论得到了个别案例研究的支持，但仍缺乏明确的全基因组证据。

美国密歇根大学的进化生物学家张建之和中国医学科学院研究员龙尔平利用英国生物样本库（Biobank）中27.6万多名参与者的遗传、生殖和死亡登记信息，对Williams的假设进行了检验。这项研究成果于12月8日发表在《Science Advances》杂志上。

他们发现，生殖和寿命在遗传学上呈强烈的负相关，这意味着促进生殖的基因突变往往会缩短寿命。此外，根据这项研究，如果个体携带了可提高生育率的基因突变，那么他们活到76岁的概率低于那些携带了降低生育率的基因突变的个体。

不过，作者提醒说，生殖和寿命既受基因影响，也受环境影响。与环境因素（包括避孕和堕胎对生殖的影响以及医学进步对寿命的影响）相比，研究中讨论的遗传因素所起的作用相对较小。

密歇根大学生态学与进化生物学系教授张建之表示：“这些结果有力地支持了Williams的假设，即衰老是自然选择的副产品，目的是为了更早、更多地繁衍后代。自然选择并不关心我们在完成生殖后能活多久，因为我们的适应度在很大程度上是在生殖结束时确定的。” 

生物学家用适应度（fitness）这一概念来描述生物体增加其后代数量的程度。“有趣的是，我们发现，当你控制遗传预测的生殖数量和时间时，生两个孩子对应的寿命最长，”张教授谈道。“少生孩子或多生孩子都会降低寿命。”这一结果支持了之前几项研究的发现。

在遗传学中，多效性（pleiotropy）的概念认为单个突变可以影响多个性状。同一突变可能是有益的，也可能是有害的，取决于不同的情况，这一观点被称为拮抗多效性。Williams在一篇题为《Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence》的论文中提出了这一观点，作为衰老起源的基础。

对生物学家来说，衰老特指身体机能的逐渐衰退，表现为生殖能力下降，死亡率随年龄增长而上升。两位研究人员利用英国生物样本库，在基因组尺度上评估生殖和寿命之间的遗传关系。

研究人员分析了数据库中583个与生殖相关的基因变异的频率，发现近几十年来，与高生殖率相关的几个变异变得越来越常见，尽管它们同时与寿命较短相关。变异频率的增加可能是自然选择的结果，以提高生殖能力。

“拮抗多效性假说预测，大多数提高生殖率但减少寿命的突变在适应度上的优势大于劣势，因此会受到选择性青睐，”张教授谈道。

即便如此，在过去的几十年里，人类的预期寿命、出生率和生殖行为都发生了巨大的变化。具体来说，根据这项新研究，世界上超过一半的人生活在出生率下降的地区，同时避孕、堕胎和生殖障碍的发生率也在上升。

另一方面，全球人类的预期寿命从1950年的46.5岁稳步增长到2019年的72.8岁。

张教授表示：“这些趋势主要是由生活方式和技术变化等重大环境变化驱动的，与本研究发现的遗传变异自然选择所引起的变化相反。这种反差表明，与环境因素相比，遗传因素在本文研究的人类表型变化中发挥的作用很小。”

这项研究工作得到美国国立卫生研究院、中国国家自然科学基金和中国医学科学院创新基金的资助。

Evidence for the role of selection for reproductively advantageous alleles in human aging