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美麗，但不“凍”人
圖片來源：攝圖網
冬天來了，一陣陣的小風彷彿能吹到骨子裏，讓人瑟瑟發抖。隨着天氣越來越寒冷，人們的衣裝也隨之變得厚重，但是風度與温度不可兼得，穿得越多就顯得越臃腫，有些愛美人士為了展現時尚，會選擇露出腳踝、脖子等部位，但是這樣的穿法對健康又有害。風度温度真的只能二選一嗎？
2月17日發表在《美國人類遺傳學雜誌》上的一項研究表明，α-輔肌動蛋白3的缺失可以通過增加肌肉張力來改善人類的耐寒性。ACTN3基因的功能喪失（LOF）變異會導致α-輔肌動蛋白3喪失，這種影響骨骼肌功能的基因變體可能在5萬多年前人類從非洲遷徙到歐洲時保護了人類免受低温的影響，並且隨着現代人類遷徙到更冷的環境中，這種變體變得更加普遍。
全球大約有15億人攜帶ACTN3 LOF變體，因此缺乏α-輔肌動蛋白3（α-輔肌動蛋白3在人類中由ACTN3基因編碼）。科學家認為缺失α-輔肌動蛋白3會造成快肌數量減少。骨骼肌是由稱為肌肉纖維的長圓柱形細胞組成的。有兩種類型的肌肉纖維，慢肌纖維或肌肉收縮(類型I)和快肌纖維(類型II)。慢肌纖維更有效地利用氧氣產生能量，而快肌纖維的效率較低。然而，快肌纖維發射速度更快，使它們比慢肌纖維(I型)產生更多的動力。快肌纖維和慢肌纖維又分別稱為白肌纖維和紅肌纖維。
ACTN3基因型對運動結局的潛在廣泛影響的總結
圖片來源：https://doi.org/10.3389/fphys.2017.01080
由於隨着人類移向寒冷氣候，LOF變異變得越來越豐富，故研究人員懷疑它可能在提高耐寒性中起作用。為了驗證這一想法，研究人員分別在人類和小鼠身上做了實驗。
人類
研究招募了42名健康的18至40歲男性成年人，他們的體力活動量適中（每週體育鍛煉時間；沒有從事長期暴露於寒冷挑戰的職業，也沒有極端温度暴露（例如，體育鍛煉後的冰水浴或在開放的冷水中游泳）至少3個月。患有任何現有疾病或正在服用可能影響自然體温調節的藥物的人被排除在研究之外。
RR組和XX組個體的身體特徵和基線温度。
參與者無論是缺乏α-輔肌動蛋白3（XX）還是具有ACTN3（RR），都浸泡在14℃的水中20分鐘，並在室温空氣中停頓10分鐘，然後繼續浸泡於冷水中，直到直腸温度達到35.5°C，或總共持續120分鐘（包括停頓在內的170分鐘）。在完整的冷水暴露過程中，XX組（69%）能夠將體温維持在35.5℃以上的個體比例明顯高於RR組（30%）。平均而言，α-輔肌動蛋白3的喪失導致直腸和小腿肌肉的體温下降速度減半。
冷水浸泡過程中的温度測量和生理反應
老鼠
在急性温度暴露實驗中，12周齡的WT雌性小鼠和ACTN3 KO小鼠單獨飼養在籠子中，飼養温度為30°C或4°C。簡單地説，在實驗開始前，將小鼠置於熱中性(30°C)環境中，在此温度下適應20小時(可自由進食水和食物)。在暴露低温5小時內，從暴露低温小鼠中取出食物、水和牀上用品。
在8:00至14:00的5小時內，用直腸探針（BAT-12微探針温度計）測量核心體温。在0、30、60、90、120、180、240和300分鐘測量體温。在5小時温度測量期前後記錄體重。
在小鼠中，ACTN3敲除（KO）導致細胞內Ca2+處理的變化，SR Ca2+泄漏顯著增加，隨後通過SERCA重新產生熱活性肌質網（SR，心肌和骨骼肌細胞中的一種特殊的內質網，其功能是參與肌肉收縮活動）Ca2+。SERCA活性與實際的Ca2+轉運入SR的解偶聯被認為是肌肉非顫抖產熱的關鍵因素。
SERCA在哺乳動物組織中以幾種不同的亞型表達，SERCA1和SERCA2a分別是成年快肌纖維和慢肌纖維中的主要亞型。值得注意的是，研究人員檢測到從RR肌肉中的SERCA1到XX肌肉中的SERCA2a的優勢轉變（圖A和B ）。SR Ca2+儲存蛋白CSQ也顯示出纖維類型依賴性的亞型分佈，CSQ1在快肌纖維中占主導地位，CSQ2在慢肌纖維中占主導地位。研究人員觀察到在XX和RR肌肉中CSQ的總表達量相似，而在XX中CSQ2的表達量是RR肌肉的兩倍左右（圖C和D）。
ACTN3缺乏症伴隨着向慢速骨骼肌表型的轉變
此外，LOF攜帶者還顯示出向慢肌纖維的轉移，從而導致肌肉張力增加，而不是在冷水浸泡期間通過顫抖產熱。相比之下，具有ACTN3功能的個體有更多的快肌纖維，這使高強度爆發活動的速度增加了一倍。LOF攜帶者優越的耐寒性並沒有伴隨着能量消耗的增加，這説明慢肌纖維的持續、低強度激活是產生熱量的有效方式。在小鼠身上的其他結果表明，α-輔肌動蛋白3的缺乏不會增加棕色脂肪組織--棕色脂肪組織在冬眠的哺乳動物和人類嬰兒中產生熱量。
該研究作者Brazaitis表示：“雖然缺乏α-輔肌動蛋白3的人能高效產生熱量，這在轉向較冷的氣候時本來是一個優勢，但實際上在現代社會中這可能是不利的，在現代社會中，住房和衣服使防寒得不那麼重要，而且我們基本上可以無限地獲得食物，這樣的能量效率反而會帶來問題，導致肥胖、2型糖尿病和其他代謝疾病。"
總之，缺乏α-輔肌動蛋白3的人在冷水浸泡過程中表現出更好的耐寒性。這些發現為5萬多年前現代人類從非洲遷移到氣候更冷的中歐和北歐時，x等位基因頻率增加提供了一種機制。
參考資料：
1、American Journal of Human Genetics, Wyckelsma et al.: "Loss of α-actinin-3 during human evolution provides superior cold resilience and muscle heat generation" www.cell.com/ajhg/fulltext/S0002-9297(21)00013-6 , DOI: 10.1016/j.ajhg.2021.01.013
2、https://doi.org/10.3389/fphys.2017.01080