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根據(jù)一項(xiàng)新的研究，人類基因組中的病毒DNA是在古代感染病毒時(shí)嵌入的，可以作為抗病毒劑，保護(hù)人類細(xì)胞免受某些現(xiàn)代病毒的侵害。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年10月28日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Evolution and antiviral activity of a human protein of retroviral origin”。

以前的研究已表明，小鼠、雞、貓和羊的基因組中的古老病毒DNA片段---內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒---通過阻止源自體外的現(xiàn)代病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞而對(duì)它們產(chǎn)生免疫力。盡管這項(xiàng)新的研究是在實(shí)驗(yàn)室中利用體外培養(yǎng)的人類細(xì)胞開展的，但它表明內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的抗病毒作用很可能對(duì)人類也存在。

這項(xiàng)新的研究很重要，因?yàn)檫M(jìn)一步的研究可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一系列天然抗病毒蛋白，導(dǎo)致沒有自身免疫副作用的治療。它揭示了可能存在一種基因組防御系統(tǒng)，這種防御系統(tǒng)尚未被鑒定，但可能相當(dāng)廣泛。

論文通訊作者、美國康乃爾大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院分子生物學(xué)與遺傳學(xué)教授Cedric Feschotte說，“這一結(jié)果顯示，在人類基因組中，我們有一個(gè)蛋白庫，有潛力阻止廣泛的病毒。”

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒約占人類基因組的8%---至少是構(gòu)成蛋白編碼基因的DNA數(shù)量的四倍。為了讓逆轉(zhuǎn)錄病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞，病毒包膜蛋白與宿主細(xì)胞表面的受體結(jié)合，就像一把鑰匙插入一把鎖。逆轉(zhuǎn)錄病毒將它們的RNA引入宿主細(xì)胞，然后它們的RNA經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)化為DNA并整合到宿主的基因組中。宿主細(xì)胞遵循它們的基因指令，制造更多的病毒。

通過這種方式，病毒劫持了細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物來進(jìn)行自我復(fù)制。通常情況下，逆轉(zhuǎn)錄病毒感染的細(xì)胞不會(huì)代代相傳，但有些逆轉(zhuǎn)錄病毒感染生殖細(xì)胞，如卵子或精子，這就為逆轉(zhuǎn)錄病毒DNA從親代傳給后代并最終在宿主基因組中持續(xù)存在打開了大門。

在這項(xiàng)新的研究中，這些作者使用計(jì)算基因組學(xué)來掃描人類基因組，并對(duì)所有可能保留受體結(jié)合活性的潛在逆轉(zhuǎn)錄病毒包膜蛋白編碼序列進(jìn)行分類。他們隨后進(jìn)行了更多的測試，以檢測這些基因序列中哪些是活躍的，即在特定的人類細(xì)胞類型中表達(dá)逆轉(zhuǎn)錄病毒包膜基因。

Feschotte說，“我們發(fā)現(xiàn)了明確的表達(dá)證據(jù)，表明許多逆轉(zhuǎn)錄病毒包膜基因在早期胚胎和生殖細(xì)胞中表達(dá)，還有一部分在感染時(shí)的免疫細(xì)胞中表達(dá)。”

一旦這些作者確定了在不同情況下表達(dá)的抗病毒包膜蛋白，他們就把重點(diǎn)放在了一種叫Suppressyn的蛋白上，因?yàn)橐阎芙Y(jié)合一種稱為ASCT2的受體，該受體是一組稱為D型逆轉(zhuǎn)錄病毒的病毒的細(xì)胞進(jìn)入點(diǎn)。Suppressyn在胎盤和非常早期的人類胚胎發(fā)育中顯示出高水平表達(dá)。

ASCT2和Suppressyn在人胎盤中的表達(dá)。圖片來自Science, 2022, doi:10.1126/science.abq7871。

他們隨后在人類胎盤樣細(xì)胞中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樘ケP是病毒的一種常見的入侵目標(biāo)。這些細(xì)胞被暴露在一種叫做RD114的D型逆轉(zhuǎn)錄病毒中，已知該病毒會(huì)天然地感染貓科動(dòng)物，如家貓。雖然其他不表達(dá)Suppressyn的人類細(xì)胞類型很容易被RD114感染，但胎盤和胚胎干細(xì)胞卻沒有被RD114感染。當(dāng)他們通過實(shí)驗(yàn)提出胎盤細(xì)胞的Suppressyn時(shí)，它們變得容易受到RD114的感染；當(dāng)讓這些細(xì)胞重新表達(dá)Suppressyn時(shí)，它們又恢復(fù)了抵抗力。

此外，這些作者做了相反的實(shí)驗(yàn)，使用通常對(duì)RD114敏感的胚胎腎細(xì)胞系。當(dāng)他們通過實(shí)驗(yàn)將Suppressyn引入這些細(xì)胞時(shí)，這些細(xì)胞變得對(duì)這種病毒有抵抗力。

這項(xiàng)新的研究顯示了一種源自逆轉(zhuǎn)錄病毒的人類蛋白如何阻斷一種細(xì)胞受體，該細(xì)胞受體允許一系列在許多非人類物種中流通的逆轉(zhuǎn)錄病毒進(jìn)入和感染宿主細(xì)胞。Feschotte說，通過這種方式，整合到人類基因組中的古老逆轉(zhuǎn)錄病毒提供了一種保護(hù)發(fā)育中的胚胎免受相關(guān)病毒感染的機(jī)制。他說，未來的研究工作將探索人類基因組中編碼的其他包膜蛋白的抗病毒活性。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

John A. Frank et al. Evolution and antiviral activity of a human protein of retroviral origin, Science, 2022, doi:10.1126/science.abq7871.