中國(guó)微生物菌種查詢網(wǎng)：在演化史上最近的瞬間，人類脫穎而出，病毒對(duì)我們的生存功不可沒。原本就并沒有什么“它們”和“我們”之分——生物在本質(zhì)上只是一堆不斷混合、不斷閃轉(zhuǎn)騰挪的DNA而已。
宿主體內(nèi)有很多基因可能最初來(lái)自病毒，這件事聽起來(lái)實(shí)在是太詭異了。我們通常認(rèn)為基因組是人類最本源的身份特征。細(xì)菌基因組中絕大多數(shù)DNA就是病毒引入的，人們也思考過類似的問題——細(xì)菌到底有沒有自己明確而獨(dú)立的身份，還是只是一個(gè)拼接怪物，就像科幻故事里弗蘭肯斯坦造的怪人一樣。
以前，我們并不會(huì)覺得這個(gè)問題和人類有關(guān)系，它更像是微生物才會(huì)面對(duì)的問題，只有這些“低等”的生物基因組里會(huì)有一些病毒基因，看起來(lái)也是偶然混進(jìn)去的。然而現(xiàn)在，我們?cè)僖膊荒苓@樣自我安慰了。審視一下人類基因組，里面有大量病毒基因的痕跡，數(shù)量成千上萬(wàn)。
認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)還得感謝鹿角兔。鹿角兔本是一個(gè)民間傳說(shuō)，卻給醫(yī)學(xué)研究提供了重要線索，眾多病毒學(xué)家對(duì)其追根溯源，竟做出病毒致癌的重要發(fā)現(xiàn)。20世紀(jì)60年代，人們最深入研究的致癌病毒之一，是禽白血病病毒。當(dāng)時(shí)，這種病毒席卷了所有養(yǎng)雞場(chǎng)，威脅著整個(gè)家禽行業(yè)。禽白血病病毒是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，逆轉(zhuǎn)錄病毒能把遺傳物質(zhì)插入宿主細(xì)胞的DNA中。宿主細(xì)胞分裂的時(shí)候，會(huì)同時(shí)復(fù)制細(xì)胞和病毒的DNA。在特定的條件下，細(xì)胞會(huì)被迫生產(chǎn)出大量新病毒——先合成病毒的基因和蛋白質(zhì)外殼，接著把病毒從細(xì)胞里釋放出去，進(jìn)一步感染其他細(xì)胞。如果逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳物質(zhì)不小心插到了錯(cuò)的地方，就有可能讓宿主細(xì)胞發(fā)生癌變。逆轉(zhuǎn)錄病毒帶有一些特殊的基因“開關(guān)”，這些開關(guān)能作用于宿主細(xì)胞，讓插入位置附近的基因開始合成蛋白質(zhì)。有時(shí)候這些開關(guān)會(huì)打開一些本來(lái)應(yīng)該關(guān)閉的宿主基因，這就會(huì)導(dǎo)致癌癥。
禽白血病病毒是一種非常奇怪的逆轉(zhuǎn)錄病毒。以前，科學(xué)家檢測(cè)病毒的方法是從雞的血液里尋找屬于病毒的蛋白質(zhì)。有時(shí)候他們甚至能在從沒得過癌癥的健康雞只的血液中找到禽白血病病毒的蛋白質(zhì)。更奇怪的是，攜帶病毒蛋白質(zhì)的健康母雞生下的小雞也是健康的，但同時(shí)也攜帶這種蛋白質(zhì)。
當(dāng)時(shí)在華盛頓大學(xué)工作的病毒學(xué)家羅賓·韋斯 (Robin Weiss) 猜測(cè)，病毒或許已經(jīng)成為了雞DNA中永恒且無(wú)害的一部分。他和同事們從健康雞只身上取了一些細(xì)胞，用能引發(fā)突變的化學(xué)物質(zhì)和輻照來(lái)處理這些細(xì)胞，想看看能不能把病毒從它的藏匿之處給逼出來(lái)。正如他們所料，突變的細(xì)胞果然釋放出禽白血病病毒。也就是說(shuō)，這些健康的雞并不是單純?cè)谝恍┘?xì)胞中感染上了禽白血病病毒，事實(shí)上，制造病毒的遺傳指令已經(jīng)嵌入它們所有的細(xì)胞之中，并隨著分裂和增殖傳遞給后代。
這些“私藏”病毒的雞并不是什么奇怪的品種。韋斯和其他科學(xué)家開展了更多的研究，在若干品系里都發(fā)現(xiàn)了禽白血病病毒。一個(gè)直觀的推論是，這種病毒或許是雞DNA中由來(lái)已久的一分子。那么，這種病毒到底是在什么時(shí)候感染了雞的祖先呢？韋斯和他的同事們將目光鎖定在馬來(lái)西亞叢林。他們從那里抓了一些紅原雞，這是和家雞親緣關(guān)系最近的野生物種。韋斯發(fā)現(xiàn)紅原雞攜帶著同樣的病毒。然而在后來(lái)的探索中，在原雞其他種個(gè)體的基因組中，韋斯卻沒有找到病毒的蹤影。
科學(xué)家逐漸歸納出一個(gè)相對(duì)合理的假說(shuō)，可以解釋病毒是怎么整合到雞的基因組去的。原來(lái)，在幾千年前，病毒感染了家雞和紅原雞的共同祖先。它入侵宿主細(xì)胞后，開始自我復(fù)制，繼而去感染其他個(gè)體。病毒所到之處，基本上都引發(fā)了腫瘤。但在其中至少一只身上卻發(fā)生了不尋常的事。這只雞祖先不僅沒有得癌癥，它的免疫系統(tǒng)反而把病毒制服了。病毒就這樣在它體內(nèi)無(wú)聲地?cái)U(kuò)散，最終移動(dòng)到雞的性器官。這只雞祖先交配之后，受精卵的DNA里就自然含有病毒的DNA。
這個(gè)受精卵隨后會(huì)發(fā)育成胚胎。胚胎的所有細(xì)胞最初都是由這個(gè)受精卵發(fā)育而來(lái)的，所以胚胎中所有細(xì)胞里都應(yīng)該含有病毒DNA。最后，破殼而出的小雞就成了一個(gè)雞和病毒的“嵌合體”。嵌合體小雞長(zhǎng)大，有了自己的后代，后代的基因組中同樣藏著禽白血病病毒的DNA。就這樣，病毒在數(shù)千年的時(shí)間里一代代無(wú)聲地傳遞。但在特定的情況下，病毒會(huì)被重新激活，產(chǎn)生腫瘤，并擴(kuò)散到其他宿主身上。
科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，這種病毒自成一類?？茖W(xué)家稱其為內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒——“內(nèi)源性”的意思是說(shuō)，它們是從生物內(nèi)部產(chǎn)生出來(lái)的。科學(xué)家很快從其他動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)了更多內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒。事實(shí)上，這類病毒潛伏在幾乎所有重要的脊椎動(dòng)物類群里，從魚類、爬行動(dòng)物到哺乳動(dòng)物的基因組中，都能找到它們的痕跡。一些最近發(fā)現(xiàn)的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒，如同禽白血病病毒一樣會(huì)致癌，但同時(shí)也有很多對(duì)宿主完全沒有影響——因?yàn)檫@些病毒又出現(xiàn)了額外的突變，讓它們沒法利用宿主細(xì)胞制造新病毒。不過，這些因?yàn)椤皻埣病倍d了腳步的病毒仍然有可能再重新插入宿主的基因組，重新開始復(fù)制自己的基因。還有些內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒實(shí)在被突變搞得過于支離破碎，無(wú)法再發(fā)揮任何威力，淪為宿主基因組里一件小小的行李，從一代傳遞到下一代。
科學(xué)家一般認(rèn)為人類基因組中沒有活躍的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒。但在法國(guó)維勒瑞夫 (猶太城) 的古斯塔夫·魯西癌癥研究中心 (Gustave Roussy Institute) ，研究人員蒂里·海德曼 (Thierry Heidmann) 和同事卻找到了讓這些靜默的病毒重新活化的方法。當(dāng)時(shí)，海德曼正在研究一種內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒，他注意到，這種病毒在不同人中有不同的版本。而這些個(gè)體差異大概是在逆轉(zhuǎn)錄病毒整合到人類祖先基因組里之后產(chǎn)生的。隨著人類的繁衍，病毒基因的不同部分相繼出現(xiàn)了不同的突變。
海德曼和他的同事們比較了病毒相關(guān)序列的不同變異類型。這個(gè)過程就像在研究莎士比亞劇本的四個(gè)版本，每個(gè)版本都是粗心的文職人員抄寫的。每個(gè)人犯的錯(cuò)誤各不相同，同一個(gè)詞就可能抄成四種樣子。比如逆轉(zhuǎn)錄病讀、擬轉(zhuǎn)錄病毒、逆轉(zhuǎn)鹿病毒、逆轉(zhuǎn)錄兵毒......通過比較四個(gè)版本，歷史學(xué)家就能推斷出原來(lái)的詞是“逆轉(zhuǎn)錄病毒”。
用這種方法，海德曼和他的同事們就能用人體中現(xiàn)存各種各樣突變版本的序列，來(lái)確定最初的DNA序列，再參照算出的序列合成相應(yīng)的DNA，并插入到培養(yǎng)的人類細(xì)胞中。被感染的一部分細(xì)胞真的生產(chǎn)出了很多病毒，還能再去感染其他細(xì)胞。換句話說(shuō)，起初的這段DNA的確是能感染細(xì)胞的活病毒。2006年，海德曼將這種病毒命名為“不死鳥” (Phoenix) ，取其寓意，這種病毒就像從灰燼中重生的神秘鳳凰一樣，可以起死回生。
不死鳥病毒可能是在距今不到100萬(wàn)年的時(shí)間里感染了我們的祖先。而我們身體里也有一些病毒比這還要古老。我們是怎么知道的呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些同時(shí)存在于人類和其他物種基因組中的病毒，說(shuō)明它們是在人類和這些生物在演化上分道揚(yáng)鑣前就進(jìn)入了我們共同祖先的基因組。比如倫敦帝國(guó)學(xué)院的病毒學(xué)家亞當(dāng)·李 (Adam Lee) 和他的同事就在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種名為ERV-L的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒，同時(shí)他們也在許多其他物種中發(fā)現(xiàn)了同樣的病毒，這其中不乏馬和食蟻獸這樣和人差別巨大的生物?？茖W(xué)家畫出的病毒演化樹同它們宿主的演化樹完美重合?？磥?lái)這種內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒似乎在距今1億年前感染了有胎盤類哺乳動(dòng)物的共同祖先，之后隨著這一支哺乳動(dòng)物演化至今，成為了犰狳、大象、海牛也包括我們?nèi)祟愺w內(nèi)的常駐客。
內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒整合到宿主基因組中之后，仍然可以復(fù)制自身的DNA，并重新插入宿主基因組。上百萬(wàn)年來(lái)，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒一直在反復(fù)不斷地入侵我們的基因組，日積月累，到今天已經(jīng)數(shù)量驚人。我們每個(gè)人的基因組中攜帶了近10萬(wàn)個(gè)內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的DNA片段，占到人類DNA總量的8%。反過來(lái)看，人類基因組中2萬(wàn)個(gè)負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)編碼的基因，也只不過占到1.2%而已?？茖W(xué)家對(duì)人類基因組里其他被同步復(fù)制且會(huì)重新插入的DNA小片段進(jìn)行了整理，這些DNA片段的數(shù)量高達(dá)數(shù)百萬(wàn)個(gè)。他們推測(cè)這些片段中很多可能也是從內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒演變而來(lái)。這些入侵者經(jīng)過數(shù)百萬(wàn)年的演化，已經(jīng)被剝奪了大量的DNA，只剩下自我復(fù)制的最關(guān)鍵基因。換句話說(shuō)，我們的基因組中簡(jiǎn)直病毒泛濫。
雖然這類病毒DNA中的大多數(shù)都沒用，但我們的祖先也的確“征用”了一些對(duì)我們自身有好處的病毒。如果沒有這些病毒，我們甚至沒法出生。1999年，讓—呂克·布隆 (Jean-Luc Blond) 和他的同事發(fā)現(xiàn)了一種名為HERV-W的人類內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這種逆轉(zhuǎn)錄病毒中的一個(gè)基因能合成出一種名為合胞素 (syncytin) 的蛋白質(zhì)。這種蛋白質(zhì)有一項(xiàng)非常重要且精準(zhǔn)的使命，但并非針對(duì)病毒，而是針對(duì)它的人類宿主。它只出現(xiàn)在人類的胎盤里。
胎盤外層的細(xì)胞產(chǎn)生合胞素，這樣細(xì)胞就能黏著在一起，從而讓分子在細(xì)胞之間順暢地流通?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)小鼠也會(huì)制造合胞素，于是他們就用小鼠來(lái)做實(shí)驗(yàn)，研究這個(gè)蛋白質(zhì)的功能。他們刪除了小鼠的合胞素基因，結(jié)果小鼠胚胎沒有一個(gè)能活到生出來(lái)。他們就此推斷，這種病毒蛋白對(duì)于胚胎從母親血液中吸收營(yíng)養(yǎng)是必需的。
科學(xué)家在其他有胎盤類哺乳動(dòng)物中都找到了合胞素。隨著研究的深入，關(guān)于這種奇異蛋白質(zhì)又有了另一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)：它實(shí)際上并不是單一的一種蛋白質(zhì)，而是好幾種。在演化的歷史中，不同的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒分別感染了不同的有胎盤類哺乳動(dòng)物。包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)的一部分物種先后被兩種病毒感染，它們合成的是兩種不同的蛋白質(zhì)，之后，舊的蛋白質(zhì)逐漸被新的取代。
蒂里·海德曼在研究中發(fā)現(xiàn)了許多種合胞素蛋白，他提出一種假說(shuō)。一億年前，哺乳動(dòng)物的祖先被一種內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒感染，從而獲得了最早的合胞素蛋白，同時(shí)產(chǎn)生了最早的胎盤。幾百萬(wàn)年來(lái)，有胎盤類哺乳動(dòng)物祖先演化出若干分支，在演化的過程中又被其他內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒感染。有的新病毒也帶有合胞素基因，而且編碼的蛋白質(zhì)性狀更佳。因此哺乳動(dòng)物的不同分支，包括嚙齒動(dòng)物、蝙蝠、牛、靈長(zhǎng)類動(dòng)物等體內(nèi)的合胞素蛋白，就得以更新?lián)Q代了。
在演化史上最近的瞬間，人類脫穎而出，病毒對(duì)我們的生存功不可沒。原本就并沒有什么“它們”和“我們”之分——生物在本質(zhì)上只是一堆不斷混合、不斷閃轉(zhuǎn)騰挪的DNA而已。