Nature驚人發現：操控人類的病毒

　　人類的受精卵一開始有可能看起來像是一張白板。然而在受精的數天之內，生長中的細胞團不僅激活了人類的基因，還有源自古老的感染而存留在人類基因組中的病毒DNA。

　　現在來自斯坦福大學醫學院的研究人員發現，早期的人類細胞生成了病毒蛋白，甚至塞滿了裝配的病毒顆粒。這些病毒蛋白可以操控人類發育的一些最早期的步驟，影響基因表達并甚至有可能保護了細胞免受進一步的病毒感染。

　　這一研究發現由此向我們提出了一些問題，在人類胚胎發育過程中到底誰是真正的幕后操縱者？

　　發育生物學、化學以及系統生物學副教授Joanna Wysocka博士說：“這聽起來很有趣又有點嚇人。我們發現，在近期的進化過程中侵入到人類基因組中的一種特殊的病毒在人類胚胎早期發育過程中又再度活化，導致了一些病毒樣的顆粒和蛋白存在于人類細胞中。”

　　他們的研究論文發表在4月20日的《自然》（Nature）雜志上。Wysocka是這篇文章的資深作者，研究生Edward Grow是論文的主要作者。

　　胚胎中的病毒顆粒

　　逆轉錄病毒是一類可以將自身DNA插入到宿主細胞基因組中以后再激活的病毒。在這種潛藏模式下，病毒等待時機，每次細胞分裂它都會利用細胞的DNA復制將自身傳播到每一個感染細胞的后代細胞中。HIV就是一個眾所周知的可以感染人類的逆轉錄病毒例子。

　　當逆轉錄病毒感染生殖細胞，或是在生殖細胞產生前感染極早期的胚胎時，病毒DNA可以傳遞給后代。然而在進化過程中，這些病毒基因組往往會發生突變并失活。大約8%的人類基因組就是由以往的感染遺留下的病毒序列所構成。一種叫做HERVK的逆轉錄病毒在相對近的時期——大約20萬年內重復感染了人類。大多數HERVK基因組仍然待在我們的每個細胞中保持完整。

　　大多數的這些序列在成熟細胞中失活，但近期的研究表明它們可以在腫瘤細胞或人類胚胎干細胞中活躍起來。新加坡基因組研究所的研究人員在今年發表于2月Cell Stem Cell雜志上的一項研究中，證實來自一種靈長類動物病毒HERVH的序列也在早期人類發育中活化。

　　現在斯坦福大學的研究人員第一次證實了，在發育的人類胚胎中有大量的病毒蛋白，電子顯微鏡圖像顯示這些蛋白裝配成了病毒顆粒。隨后在體外培養的人類胚胎干細胞中開展研究，科學家們證實這些病毒蛋白可以影響發育胚胎中的基因表達，并有可能保護了細胞免受其他病毒的感染。

　　爭斗還是共生？

　　目前還不清楚這一系列的事件是成千上萬年來共存（一種進化共生）的結果，還是代表了人類和病毒之間持續不斷的爭斗。

　　Grow說：“病毒是通過在這些早期胚胎細胞中開啟自己而自私地獲益？還是胚胎轉而強占了病毒顆粒來保護自己？還是兩者均有受益？這皆有可能，只是我們還沒有真正的了解。”

　　論文的共同作者、斯坦福前婦產科學教授Renee Reijo Pera博士說：“盡管仍有很多有待了解，但很清楚地是在妊娠的數天內兩者的命運纏繞在了一起。我們人類的早期發育是獨特的，依賴于近期進化歷史中我們獲得的一些基因和DNA序列。我們現在知道了，在生命的最初幾天或數周內我們的‘垃圾DNA’，包括一些病毒基因為了發育而再度被利用。”

　　Grow和同事們發現，一些HERVK病毒在3日或4日齡胚胎中轉錄成為了RNA。這種病毒激活與胚胎中其他關鍵人類基因的激活同時發生。研究人員隨后利用了電子顯微鏡觀察了受精后5-6天內出現的人類囊胚中完整的病毒顆粒是什么樣子。

　　HERVK還編碼了一種叫做Rec的病毒蛋白，Rec與病毒RNA轉錄物結合，護送轉錄物進入到細胞質核糖體處合成了蛋白質。

　　研究人員發現Rec不僅影響了病毒基因的表達，還結合了許多由人類基因轉錄的RNA。Rec還調控了RNA與核糖體的互作。最終，存在于人類細胞中的Rec刺激了一種免疫反應，提高了人類表面結合蛋白IFITM1的量，后者可以保護細胞免受病毒感染。

　　“一個潛在的有益策略”

　　Grow說：“在基因組進化領域存在長期的爭論。為什么要在我們的基因組中保留如此多看似無用和重復的DNA？我們的結果表明一個實體的、與生理相關的表型——提高了抗病毒免疫。這清楚地表明HERVK在胚胎中表達是一種潛在的有益策略。”

　　Wysocka說，雖然還沒有直接的證據證實HERVK重激活為人類發育提供了一個選擇性的優勢，研究結果是非常吸引人的。

　　“觀察到病毒蛋白表達并以復雜的方式占用了細胞機器表明，要充分地了解錯綜復雜的早期人類發育，我們需要考慮一下這些基因入侵者的作用。”