反轉錄病毒已在你的 DNA 裡長達億年

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 28 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

在 1970 年代,反轉錄病毒的發現擴充了克里克制定的生物中心法則,證明 DNA 到 RNA 可以逆向進行,而現在科學家發現這類型的病毒在人類體內的影響遠遠不僅於此。



他們發現有些反轉錄病毒早在 4 億 5 千萬年前就已在人類的基因體中展開殖民行動。原本反轉錄病毒進入細胞後,會將它們的基因嵌入細胞 DNA,這些病毒基因會攏絡細胞幫它們做出新病毒,逃離細胞並再感染更多細胞,周而復始。

如果反轉錄病毒是感染卵子或精子,則它的 DNA 有可能會傳給下一代,以及再下一代。一旦病毒變成偷渡者一直遺傳下去,科學家就稱它們為內源性反轉錄病毒(endogenous retroviruses,ERVs)。目前它們已占據人類基因體總和的 8%,不過到下一個世代,病毒 DNA 產生突變,它們就會失去感染細胞的能力。但這些病毒仍然可以製造蛋白質,它們還能迫使細胞複製嵌在基因體的病毒 DNA。只要經過一次感染,病毒就能在宿主體內製造數以百計的 DNA 複本。

它們究竟有何陰謀?絕不只是像化石一樣保存在人類體內那麼簡單。在靈長類動物中,製造這些蛋白質的基因,隨著年代的演進已很少出現變化了,許多物種的一致性顯示它們必定有很重要的工作要做。但直到現在科學家仍在辛苦研究它們扮演的角色。   

5 年前,任職於法國古斯塔夫魯西研究所的生物學家 Odile Heidmann 和同事持續調查人類基因體中更多內源性病毒。他們發現了一種長久被忽視的病毒 DNA,命名為 Hemo。Hemo 從胎盤製造出來並流淌在孕婦的血液中,是第一個發現在細胞外流動的反轉錄病毒包膜。Hemo 在胎盤、各式各樣的幹細胞(包括神經及誘導型多功能幹細胞,也就是 iPS)以及癌症組織上高度表現,因此科學家懷疑 Hemo 跟胚胎發展有密切的關聯性。「它們不只是遺跡」,Heidmann 博士說,「如果動物體內的 Hemo 發生突變,將會導致傷害或是致命的不幸後果。」

有一種可能性是:早期胚胎是內源性病毒的溫床,為了解胚胎如何製造病毒蛋白質,科學家已開始進行「當病毒基因被沉默(gene silence)時會發生什麼事?」實驗。從實驗結果推測,病毒蛋白質可幫助胚胎分化。在早期,胚胎中的細胞可分化成任何組織,不過一旦幹細胞分化,它們就會失去彈性而注定變成特定功能的細胞,在那之後,細胞就會關閉病毒基因。

人體「畜養」病毒

任教於雅典大學的 Gkikas Magiorkinis 博士懷疑病毒根本不懷好意。它們也許是利用胚胎幫忙複製自己,而且讓宿主,也就是幹細胞無法過早分化,這樣一來病毒就可以侵犯人體更多部位。「當宿主長大後,大部分細胞就會有反轉錄病毒的複本。」Magiorkinis 博士這樣說。

不過人類不會輕易屈服,我們也會對內源性病毒展開防衛,比如說細胞可將它們的 DNA 和會抑制基因表現的分子結合在一起,抑制病毒基因的表現。但有時候病毒基因仍會想盡方法被開啟。科學家就在某些癌細胞中發現內源性反轉錄病毒製造的蛋白質,這項發現也引發討論:究竟這些病毒會否是癌細胞的幫兇呢?

最近的研究認為答案是肯定的。法國科學家的團隊改造人類細胞使其製造出在許多癌細胞發現的病毒蛋白質,並將它培養在培養皿中,觀察其生長,發現蛋白質會使細胞呈現一些癌細胞專屬的特性,就像癌細胞一樣會改變形狀,且也會在培養皿中移動。再來,這些蛋白質會使某些和癌症相關的基因活化。       

但麻州塔夫茲大學的病毒學家 John M. Coffin 卻對研究結果態度保留。他懷疑在多數例子裡,癌細胞會製造病毒蛋白質只是因為癌細胞會將全部基因活化,不管人類還是病毒的基因。

且如果你覺得反轉錄病毒對人類只有壞處,那你就錯了。根據 Coffin 博士的說法,我們「畜養」了病毒,利用病毒的蛋白質執行功能。比如說有一種稱為「合胞素」的病毒蛋白質,可將胎盤細胞融合在一起,這對胎兒發展過程是很關鍵的一步,「我認為,如果沒有合胞素,哺乳類的演化將會大不相同。」Coffin 博士如此說。除此之外,病毒蛋白還能幫助胚胎免於受到母親免疫系統的攻擊。

扮演如此多樣且複雜的角色,正是內源性反轉錄病毒的迷人之處。正如科學家所說:「這不是單純好或壞的問題,真實情況更複雜。」而這一切僅是研究的開端。

(首圖來源:pixabay)