为何男性平均寿命比女性短?答案在Y染色体的“异染色质”

平均而言,女性比男性长寿。根据联合国2019年的数据,女性的平均寿命比男性多4.8年;在超过百岁的人瑞中,女性也占了多数。虽然寿命受到职业、环境、生活习惯等因素影响,但科学家发现,不只是人类,许多生物的雄性与雌性寿命也有明显差异,因而怀疑,可能基因也是影响寿命长短的原因。

近年科学家发现,“Y染色体”是造成男性寿命较短的重要因素。

Y染色体中有许多异染色质,是造成雄性寿命较短的因素

染色质(chromatin)是构成染色体的重要结构,分为真染色质(euchromatin)与异染色质(heterochromatin)。真染色质DNA的双链折叠程度较低,基因容易表达,且具有转录活性,能够生产蛋白质;异染色质DNA的双链折叠程度较高,基因通常不会表达。此外,异染色质中也有许多不具遗传活性的卫星DNA串行,以及被抑制的重复基因串行,这是维持染色体稳定性的关键。

根据爱丁堡大学教授Brian Charlesworth与加州大学伯克利分校教授Doris Bachtrog的研究,人类的X染色体内有数千个基因,但Y染色体只有数十个基因,而大多数区域为异染色质。

异染色质的形成,与H3K9me3有很大的关系。H3K9me3是种组蛋白修饰,细胞失去它,异染色质就会改变,促进细胞衰老。而Y染色体有许多异染色质,可能就是造成衰老的重要原因。

Y染色体的异染色质大量消失,让重复基因串行活化

对此,Doris Bachtrog进行一项实验。黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)跟人类一样,雄性的寿命比雌性的短,Y染色体的异染色质含量也高于X染色体。Bachtrog观察年轻与年老黑腹果蝇基因中的H3K9me3,发现年轻雄性与雌性的异染色质没有显著差异,但年老雄性的异染色质变化明显大于雌性。

年老的雄性黑腹果蝇,Y染色体上的异染色质因为失去H3K9me3修复而大量消失,原先被抑制的重复基因串行会开始活化,包含转座子(transposon),造成细胞的伤害。

另外,Bachtrog也设计染色体为XXY(雌性)、XYY(雄性)与X0(雄性)的黑腹果蝇。根据观察,XXY与XYY的异染色质会消失,但X0的异染色质相对稳定。研究团队认为,寿命长短可能与基因组无关,而是与Y染色体是否存在有关。

雄鸟的寿命比雌鸟长,原因可能是同染色体性别

但不是所有的动物都是雄性寿命比雌性短,雄性鸟类的寿命就比雌性长。

根据2条性染色体的异同,性别可分为同染色体性别(homogametic sex)与异染色体性别(heterogametic sex)。人类女性的染色体为XX,雄鸟的染色体为ZZ,2条性染色体相同,属于同染色体性别;而男性的染色体为XY,雌鸟染色体为ZW,属于异染色体性别。

新南威尔斯大学的科学家观察229个物种,发现异染色体性别的寿命比同染色体性别的短,因此归纳,雄性鸟类的寿命比雌性长,原因可能是因为同染色体性别。至于背后的机转,有科学家提出“无保护的X染色体”假说(unguarded X hypothesis),因为Y染色体比X染色体小,无法阻止X染色体上的有害隐性基因表达,让寿命缩短。但该假说在学界仍有争议。

总结来说,生物的寿命长短可能与性染色体有关系,但背后的机制仍有待验证。另外,男性同胞也不用沮丧,因为基因只是决定寿命的因素之一,环境、饮食、生活习惯也是重要因素,让身体保持健康,是延长寿命的关键。

参考资料

《NCBI》、《Nature Ecology & Evolution》、《Biology Letters》、《MBINFO》、《Nature》、《环球科学》