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人体内的远古病毒HERV,扮演全新角色

 雨过云 2010-07-27

人体内的远古病毒HERV,扮演全新角色

 

8%的基因组是由数以千计侵袭人类祖先的HERV内源性逆转录病毒构成,留下5.5亿年病毒入侵脊椎动物的进化史。如今HERV抗体在睾丸肿瘤、乳癌和黑素瘤中很常见。

 

在我们的基因组中,老病毒扮演新角色


"The past is never dead. It's not even past."-- William Faulkner

  

“过去的从没有死,甚至还没有过去。”-- 威廉·福克纳

  

 近15年来,科学家一直在对比不同有机体的遗传基因物质(基因组)追寻生命的发展史。他们的发现或许连感叹过去从未真正消逝的小说家William Faulkner威廉·福克纳都会为之惊叹。   

 

研究人员发现,人类基因组中大约8%是由曾经侵袭我们祖先的病毒构成的。病毒消失了,但它们的遗传物质留在宿主的DNA上,就像保存在琥珀中的昆虫化石那样。

  

数以千计的人类内源性逆转录病毒(human endogenous retroviruses,HERV),为我们勾画出脊椎动物进化的5.5亿年历史。保存最好的人类内源性逆转录病毒HERV-K113或许在距今不到20万年的时候出现,比人类和黑猩猩从同一个祖先走上不同的进化道路要晚得多。

 

这些逆转录病毒不仅仅是历史遗留下来的古董。它们中的一些堪称是人类历史上最重要的敌人。它们帮助人类塑造了免疫系统———这是地球上生命进化的一大奇观。

  

近两年来,法国和美国的两个实验室分别根据从人类基因组中找到的碎片,重塑了一种名为HERV-K的逆转录病毒。今年夏天,研究人员发现,一些病毒的基因序列拥有APOBEC3——一种导致HERV-K病毒产生变异的酶——的特征。


  

Rockefeller洛克菲勒大学和纽约Aaron Diamond阿伦·戴蒙德艾滋病研究所病毒学家,美国的实验室负责人Paul D. Bieniasz保罗·比尼亚斯说:“现代生物体的基因组中保留着这种远古病毒留下的基因化石,我们可以看到它,对其进行分析和重塑,这真是令人着迷。”

  

逆转录病毒和普通的病毒不同,它们能插入受病毒感染的生物体的基因,永远留在宿主体内。普通的病毒不会这么做,譬如说引起麻疹、流感和感冒的病毒。

  

艾滋病(AIDS)病毒(HIV)也属于逆转录病毒,目前艾滋病已经成为当今世界面临的一大威胁。HIV会攻击人体免疫系统的细胞(主要是淋巴细胞),然后将自身插入细胞的基因组中。一旦成功地插入细胞基因组,HIV就开始不停地复制和扩散(这也是艾滋病无法治愈的一个原因)。直到宿主死亡,HIV才会死亡。

  

HERV比HIV更厉害

   

HERV会攻击产生精子和卵子的“germline种系”细胞,从而成为宿主遗传基因组的一部分。和HIV不同的是,HERV可以比宿主活得更长,因为它们可以遗传给宿主的子孙后代(之所以我们称其为内源性,是因为后代“与生俱来”)。

  

科学家发现,埋植在人类基因组中的内源性逆转录病毒是不能繁殖的,它们在最初成功地插入宿主基因组后似乎发生了变异,导致其被削弱或丧失活性。它们无法从宿主的DNA上转录,去复制和感染另一个细胞。很多都是不完整的片段。但一些内源性逆转录病毒已经和人类基因结合起来,扮演起新的角色。

  

例如,人体内一种叫syncytin合胞素的蛋白——它能促进胎盘内细胞的融合——实际上是拥有内源性逆转录病毒基因编码的膜糖蛋白。今年(2008)1月刊登的一份研究报告发现,患有preeclampsia产前惊厥症或intrauterine growth restriction胎儿宫内生长迟缓症的女性组织中合胞素的含量异常低。

  

其他研究发现,由HERV基因形成的蛋白或这些蛋白的抗体在睾丸肿瘤、乳癌组织和黑素瘤中很常见。

  

目前研究人员还不清楚HERV与癌症之间的关系:是HERV再度觉醒引发了癌症,还是癌症促使HERV再度觉醒,或者两者都不是?但Tufts塔夫茨大学的分子生物学家Ravi Subramanian拉维·苏布拉马尼亚姆说:“有证据表明,这些内源性逆转录病毒对临床医学研究具有重要意义。”目前苏布拉马尼亚姆正在研究HERV与乳房肿瘤的关系。

    

在其它动物身上,内源性逆转录病毒ERV已经演变成它们保护自己、求得生存的工具。譬如说,小鼠和小鸡会产生ERV结构蛋白,这些蛋白在形成后会转移到动物细胞的表面,附着在逆转录病毒侵入细胞时要用到的受体上。因为受体已经被占据,动物就不会再受感染。

  

绵羊体内也存在ERV逆转录病毒

  

研究人员在绵羊身上的发现更有意思。绵羊有时候会因为逆转录病毒ERV扩散而在鼻子或肺部形成肿瘤。研究人员发现,这些病毒的祖先早在500多万年前绵羊和山羊分化之前就开始悄悄地进入基因组。

 

由Glasgow格拉斯哥兽医学校的Massimo Palmarini 马西莫·帕尔马里尼率领的一个科研小组研究了绵羊身上的两种内源性逆转录病毒。他们发现,野生物种(如大角羊和野大白羊)体内的这两种逆转录病毒与驯养的动物稍稍有所不同。它们的逆转录病毒基因包含了一种变异,能够阻止致癌病毒的感染。

  

在去年11月公布的一篇论文中,研究人员争辩说,人类在距今9000年前开始圈养绵羊,被圈养的绵羊或许遭到过致癌病毒的侵袭。只有那些内源性逆转录病毒意外发生变异、突变成能够阻止致癌病毒感染的绵羊活了下来。

  

今天,感谢自然选择和有针对性的饲养,所有的驯养绵羊都拥有“改进版”的逆转录病毒。

  

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