艾滋病悲剧如何推动了人类进化

一项新研究表明，在强效抗艾滋病毒药物问世之前，艾滋病在南非的一个地区造成了极其严重的破坏，短短十几年间，就对人类基因组产生了影响，改变了免疫系统基因的频率。随着二十年前药物的普及，这种进化力量有所减弱，基因改变的速度也随之放缓。

这项研究令人震惊地展现了人类的快速进化。“太棒了，”亚利桑那大学研究艾滋病毒的进化生物学家迈克尔·沃罗贝（Michael Worobey）说道，他并未参与这项研究。“它清晰地展示了自然选择的作用，以及药物干预如何阻止自然选择的过程。”

研究人员评估了南非夸祖鲁-纳塔尔省（该国受艾滋病影响最严重的省份）人群的基因变化。目前，全球约有4080万艾滋病毒感染者，其中20%居住在南非。这项研究使用了1998年至2025年间采集的近1600名夸祖鲁-纳塔尔省母亲（包括感染和未感染艾滋病毒的母亲）及其400多名婴儿的血液样本。

牛津大学免疫学家菲利普·古尔德（Philip Goulder）领导了这项研究，该研究成果发表在今天的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。他表示，在 2005 年抗逆转录病毒药物（ARV）开始在夸祖鲁-纳塔尔省广泛应用之前 ，当地出现了一场“完美风暴”，多种不寻常的因素汇聚在一起，导致了一场毁灭性的疫情。在 20 世纪 90 年代初之前，艾滋病毒在南非的传播并不广泛，但随后疫情在异性恋人群中爆发，夸祖鲁-纳塔尔省约有 40%的孕妇感染了艾滋病毒。（这种惊人的高感染率至今仍然存在。）由于遗传因素、医疗保健的匮乏以及可能存在的病毒亚型等多种因素，感染者发展为艾滋病（即免疫系统被摧毁，生命受到威胁）的速度异常迅速，在南非仅需约 4.5 年，而北美则需要 10 年左右。

其他研究表明，包括疟疾和肺结核在内的传染病如何改变了人类基因组。但这些改变历经数千年。“这正是这项研究令人兴奋之处：你可以看到进化实际上可以发生得如此迅速，”古尔德说道。

类似的进化力量可能也曾在北美和欧洲发挥作用，但它们更难被察觉，也不太可能影响后代。这些地区的艾滋病毒感染率低于1%，受影响最严重的群体是男男性行为者。“他们通常不会留下那么多后代，”沃罗贝指出。

在夸祖鲁-纳塔尔省血液样本的 DNA 序列数据中，古尔德及其同事追踪了免疫系统最精妙、最有效的抗感染机制之一的变化。当细胞被 HIV 等病毒感染时，人类白细胞抗原（HLA）分子会将病毒片段携带到细胞表面，如同手一般，将这些病毒片段展示出来。免疫系统的“神枪手”——细胞毒性 T 淋巴细胞（CTL）会将这些片段识别为外来物并杀死受感染的细胞。这项研究的重点是编码 HLA 分子的基因的变异，即等位基因。

在艾滋病毒感染者体内，病毒会迅速进化出大量不同的突变体。一些 HLA 分子比其他分子更有效，它们携带所有变异株共有的 HIV 片段；而另一些 HLA 分子则更倾向于携带病毒中那些经常发生变化的片段，从而削弱细胞毒性 T 淋巴细胞（CTL）的防御能力。研究人员追踪了三种他们称之为“保护性”的 HLA 等位基因和三种他们称之为“易感性”的 HLA 等位基因的频率。

基于他们利用自身数据建立的模型，研究人员发现，携带任何易感等位基因的人口比例从 1990 年的 28%下降到 2004 年的 25%。沃罗贝解释说：“如果你杀死了很大一部分人口，他们就无法将这些基因留给后代了。” 同期，携带任何保护性等位基因的人口比例从 23%上升到 27%，这意味着幸存人口中更大比例的人能够产生强烈的细胞毒性 T 淋巴细胞（CTL）反应。该研究的共同作者、弗雷德里克国家癌症研究实验室专门研究人类白细胞抗原 （HLA） 的免疫学家玛丽·卡林顿表示，这些变化“虽然幅度不大，但很明显”。

抗逆转录病毒药物的出现（目前已覆盖约80%的南非艾滋病毒感染者）并未阻止这一进化趋势，但显著减缓了其速度。研究人员预测，到2035年，22%的人口将携带易感基因，32%的人口将携带保护性基因。研究表明，如果夸祖鲁-纳塔尔省的人口从未获得过抗逆转录病毒药物，到2035年，易感基因的流行率将从1990年的10个百分点下降至18%，而保护性基因的流行率将上升19个百分点至42%。乔治城大学医学院的进化生物学家托莫科·斯蒂恩表示，这是一个“有趣的反事实假设”。

斯蒂恩表示，从长远来看， HLA 频率中观察到的“定向选择”往往会被其他因素所掩盖。由于大多数等位基因在全球范围内分布，“迁徙历史而非选择似乎塑造了这些频率，”她说道。而且，由于维持不同的等位基因是有利的，因此所谓的平衡选择（它维持基因多样性）也抵消了许多定向选择的作用。

“任何基因的存在都是有原因的，”古尔德表示赞同。“事实上，几乎可以肯定的是，那些对艾滋病毒有害的基因对其他方面是有益的。只是我们目前还不知道而已。”