人类基因组里，竟然有古老病毒的DNA？

本文来自微信公众号：iSynBio造物 （ID：gh_1c7f920d8f21），作者：捉蝴蝶的猫，原文标题：《基因组中的古老病毒DNA如何影响着疾病和发育》，题图来自：《普罗米修斯》

根据我和我同事最近发表的新研究，位于我们基因组中的病毒DNA序列（即那些在古代病毒大流行之后仍残留在基因组中的部分）可能仍然活跃在如今的健康人群之中。

人类内源性逆转录病毒（human endogenous retroviruses， HERV）约占人类基因组的8%，这是人类灵长类祖先在数百万年间经受感染后遗留下来的痕迹。由于这些病毒独特的复制方式，它们得以嵌入到人类的基因组中，并永久性的成为其一部分。

同现在的HIV一样，这些古老的逆转录病毒也需要将其遗传物质插入到宿主的基因组中才能进行复制。一般来讲，这些病毒的遗传物质不会代代相传。但也有一些特例，这些古老的逆转录病毒获得了感染生殖道细胞（例如精子或卵子）的能力，这些生殖细胞最终将它们的DNA传递给了后代。

总之，通过靶向生殖道细胞，这些逆转录病毒在数百万年间被逐步纳入人类祖先基因组，并可能对研究人员筛选或检测如今人类的一些疾病产生影响。

人类基因组中的活性病毒基因     

病毒基因组以前病毒（即以整合到宿主基因组中的形式存在的病毒遗传物质）的形式存在于宿主体内。今天，人体内大约有30种不同类型的人类内源性逆转录病毒，对应到人类基因组中大概有6万多个前病毒。它们展现了人类在进化过程中所经历的漫长的疫病大流行。

科学家们认为，这些病毒曾广泛地感染了人类祖先的族群，因为它们不仅固定在人类基因组中，也固定在黑猩猩、大猩猩以及其它灵长类动物的基因组中。

我们实验室和其它实验室的一些研究表明，HERV基因在病变组织（如肿瘤）以及人类胚胎发育的过程中表现出活性。然而，HERV基因在健康组织中的活跃程度在很大程度上还是未知的。

为了回答这一问题，我们实验室把目光放在了一组被称为HML-2的HERV病毒上，这类病毒是人类演化历史上最近活跃过的HERV，它们在不到500万年前发生灭绝。然而，即使到今天，人类基因组中的一些前病毒仍然保留这制造病毒蛋白的能力。

我们检查了数据库中的遗传信息，该数据库收集了14000多个来自全身各部位的捐赠组织样本。通过寻找基因组中与HML-2前病毒匹配的序列，我们发现了37种仍然活跃的HML-2前病毒。我们所分析的全部54个组织样本都表现出至少一种前病毒的活性。此外，这些组织样本也都含有至少一种仍然可以产生病毒蛋白的前病毒的遗传物质。

HERV在人类健康和疾病中的作用     

人类基因组中仍然存在着数千种古代病毒，它们中的一些甚至可以生产蛋白质，这一事实引起了研究人员的广泛关注，尤其是因为如今仍活跃的一些相关病毒能够导致动物患上乳腺癌（MMTV病毒可诱发小鼠的乳腺肿瘤）和艾滋病样疾病（SRV病毒可诱使猕猴患有HIV样疾病）。

关于HERV的遗传残留物是否会导致人类患病目前仍在研究之中。此前的研究发现，一些类型的肿瘤细胞中存在来自HML-2的病毒样颗粒，另外，患病组织中HERV遗传物质的存在也被发现与卢伽雷氏症、肌萎缩侧索硬化症、多发性硬化症甚至精神分裂症等疾病相关。

我们的研究则发现HERV基因在健康组织中也有分布，这为以上的这些数据提供了一个新的分析角度。也许这意味着HERV RNA的存在可能并不足以将病毒与这些疾病联系起来。

更重要的是，这也意味着HERV基因或蛋白质可能不再是良好的药物靶标，在此之前，已有多种药物或疗法能够特异性地靶向HERV基因或蛋白，这包括抗逆转录病毒药物、乳腺癌抗体（抗HERV-K包膜蛋白抗体）以及能靶向黑色素瘤的T细胞疗法（能靶向HERV-K包膜蛋白的工程化T细胞），基于这项研究，今后开发或应用类似的以HERV基因或蛋白为癌症生物标志物的疗法还需要考虑到它们在健康组织中的活性。

另一方面，我们的研究还表明，HERV在某种程度上甚至对人类有益。嵌入人类或动物基因组的最有名的HERV基因是合胞素基因（syncytin），这是一个来自古老的逆转录病毒的基因，其在胎盘的形成中发挥着关键作用。所有哺乳动物的怀孕都需要该基因编码的病毒衍生蛋白质。

此外，在老鼠、猫以及羊中还找到了一种利用内源性逆转录病毒来保护机体免受其祖先病毒侵染的方法。这些嵌入基因组中的病毒基因无法依靠宿主的翻译机器来产生完整的病毒颗粒，但如果宿主再次遇到它们（即祖先病毒），这些基因产生的不完整的病毒碎片会在体内进行循环，以干扰它们的复制周期。

科学家们推测，在数百万年前，某种HERV可能也在人类身上发挥了这种类似的保护作用。我们的研究中也展示了另外的一些HERV病毒，它们在更近的历史上被人类基因组接纳或使用，以达到同样的目的。

未知依然存在     

我们的研究更全面的揭示了HERV在人体中的活性，但也同样提出了很多新的问题。

关于这些徘徊于人类基因组中的古老病毒，我们仍有许多东西需要了解，它们的存在是否有益以及驱动其活动的机制有哪些，它们中哪些基因能真正地生成蛋白质，这些都是非常重要的问题。

回答这些问题可以揭示这些古代病毒基因的未知功能，以及更好地帮助研究人员了解人体如何对与这些古代疫病大流行的残留物一起进化做出反应。

参考文献：https://www.scientificamerican.com/article/how-the-ancient-viral-dna-in-our-genome-affects-disease-and-development/

本文来自微信公众号：iSynBio造物 （ID：gh_1c7f920d8f21），作者：捉蝴蝶的猫