分享

新发现:30种蝙蝠的免疫系统同一蛋白都突变,是它们不怕病毒的理由吗?

 麦田的朵拉 2020-02-16

美国国立卫生研究院病毒生态学部门(virus ecology unit)的主管文森特·蒙斯特(Vincent Munster)表示:“从飞行耗能层面解释蝙蝠独特的免疫系统还只是一个假设,但周鹏团队的研究无疑迈出了非常好的一步。不过我认为现在最大的挑战是如何将这个理论的完整体系建构出来。目前研究人员仍然不够了解蝙蝠免疫系统对病毒的反应过程。STING只是故事的一部分。”

我们已经知道那些可怕的人畜共患疾病的病毒——埃博拉病毒、马尔堡病毒、尼帕病毒以及SARS冠状病毒等均从蝙蝠体内释放给人类,但蝙蝠自己却似乎不受毒害。它的体内存在什么样独特的机制呢?这个问题长期以来一直困扰着研究人员。

“世界科学”微信公号曾于近期报道过“蝙蝠出于对飞行的进化适应,削弱自身的某些免疫功能,从而能够携带大量病毒”的理论。()该文章较为宏观地从进化学角度阐述了科学家对“毒王”奥秘的分析。该理论的作者是来自病毒研究所的周鹏等人。

周鹏和同事们曾参与中国南方蝙蝠种群的调查,寻找SARS冠状病毒毒株;在2013年发现蝙蝠的DNA损伤修复能力很强(DNA损伤修复通路存在大量正向选择的基因);于2018年发现蝙蝠的STING蛋白存在突变,其功能受到抑制,这削弱了干扰素反应进而降低免疫能力(这有利于保护蝙蝠发生过度免疫反应,进而保护蝙蝠)。

下面我们就从分子生物学和遗传学的层面,顺着周鹏等人的研究来看一看:STING蛋白突变是什么?它从哪里来?要到哪里去?

STING蛋白有什么用?

发生了何种突变?

产生了何种结果?

曾有研究者认为,蝙蝠对于病毒的“超容忍”(super-tolerance)可能与其具备产生大量天然抗体的能力有关,也可能是因为飞行使得它们的体温升高至发烧状态,从而有助于抵抗感染。

但是在2013年,周鹏和同事在对两种远缘蝙蝠进行比较基因组学研究时偶然发现了另一个线索:那些显示出最明显的正向选择(positive selection)迹象的基因似乎与DNA损伤和先天免疫有关(, 339:456-60)。周鹏同事、此项研究的合著者石正丽说道:“我们认为需要从分子力学层面做进一步研究。”

他们决定将注意力集中在STING蛋白上。该蛋白质是一种干扰素基因刺激蛋白(stimulator of interferon genes,简称STING),位居脊椎动物先天免疫反应的几种分子途径的中心(激活路径:游离DNA—DNA感受器—STING—干扰素和其他细胞因子—免疫反应)。

一般来说,哺乳动物的DNA片段不应该出现在细胞质中,而STING蛋白的作用就是在发生这种不正常情况时探测到DNA片段的存在。在细胞质中游离的DNA可以是通过DNA病毒(也可能是RNA病毒)感染而产生的;而在被激活后,STING蛋白会触发干扰素(一种信号蛋白)的快速生成过程,从而帮助启动针对感染的免疫反应。

周鹏等人在对少数哺乳动物体内编码STING的基因进行测序时发现,蝙蝠该部分基因存在惊人突变:STING蛋白的重要磷酸化位点上的丝氨酸残基被另一个氨基酸替换。而且这种突变在蝙蝠中具有普遍性——30种蝙蝠体内都有。相比蝙蝠,其他10种被研究的动物(包括斑马鱼、鸡以及像家鼠和牛这一类的非飞行哺乳动物)体内,丝氨酸残基仍被保留着。

在随后的一系列体外实验中,他们发现,在将从中华菊头蝠体内分离出来的STING蛋白于体外用活化剂分子处理时,产生的干扰素反应要比从小鼠体内分离出的弱得多。他们还发现,如果纠正突变,恢复丝氨酸残基,可以刺激产生更高水平的干扰素;而如果夺去人类STING蛋白的丝氨酸残基,产生的干扰素也会减少(, 23:297-301.e4, 2018)。

研究结果表明,突变抑制了蝙蝠干扰素激活的途径,使其免疫系统不至于过度运转。

周鹏解释道:“许多病毒对人类和其他动物是如此致命,因为它们引发了干扰素和其他炎症诱导分子的大混乱,且无法控制,使免疫系统不堪重负。 但是,蝙蝠因为这种突变而避免了混乱,进而也能够容忍病毒。这对蝙蝠来说意义非常重大。”

为什么STING蛋白要突变?

周鹏认为STING蛋白的变异在蝙蝠中得以保留与其生存活动有关。他表示,蝙蝠自身的DNA片段可以作为它在飞行过程中耗能的副产物释放到细胞质中,而突变帮助了免疫系统避免在每次飞行耗能时都要对那些副产物做出剧烈应答,从而为蝙蝠提供了进化优势

爱尔兰都柏林大学的蝙蝠生物学家艾玛·泰林(Emma Teeling)没有参与这项工作,她对这项发现并不感到惊讶,并补充了自己的研究发现。她指出,蝙蝠对付炎症也自有一套平衡办法:在免疫系统受到攻击时,巨噬细胞迅速产生剧烈抗病毒反应,但随后,免疫系统会释放抗炎细胞因子而迅速遏制抗病毒反应(, 19:219-28, 2017)。小鼠体内就观察不到这种现象。她说:“蝙蝠最擅长解决它们不断发炎的问题。”

泰林认同周鹏的解释,即蝙蝠由于飞行的新陈代谢需求,进化出这种消炎反应。

她接着补充说:“这不仅使蝙蝠能与病毒共存,甚至也可能延长了其寿命。随着年龄的增长,机体的炎症水平是会增加的。由于蝙蝠的新陈代谢水平本身就很高,那它在年龄增长的过程中,炎症水平就更高了。而它们所进化出的减轻炎症的方法可能对延长自身长寿产生了正面影响。这可以一定程度上解释为什么蝙蝠与其他相似的身体大小的不飞行哺乳动物相比,寿命更长。”

美国国立卫生研究院(NIH)病毒生态学部门(virus ecology unit)的主管文森特·蒙斯特(Vincent Munster)表示:“从飞行耗能层面解释蝙蝠独特的免疫系统还只是一个假设,但周的研究无疑迈出了非常好的一步。不过我认为现在最大的挑战是如何将这个理论的完整体系建构出来。目前研究人员仍然不够了解蝙蝠免疫系统对病毒的反应过程。STING只是故事的一部分。”

石正丽表示:“我们希望能了解蝙蝠生活10年甚至20年的全貌。”周鹏则认为可以换个角度思考问题,不要去想蝙蝠为什么可以“容忍”如此多的病毒,而是思考为什么病毒要来选择蝙蝠:想一想……蝙蝠的免疫系统对于病毒来说是如此完美……

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多