人類的受精卵一開(kāi)始有可能看起來(lái)像是一張白板。然而在受精的數(shù)天之內(nèi)，生長(zhǎng)中的細(xì)胞團(tuán)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(xiàn)在來(lái)自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，早期的人類細(xì)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(fā)育的一些zui早期的步驟，影響基因表達(dá)并甚至有可能保護(hù)了細(xì)胞免受進(jìn)一步的病毒感染。

這一研究發(fā)現(xiàn)由此向我們提出了一些問(wèn)題，在人類胚胎發(fā)育過(guò)程中到底誰(shuí)是真正的幕后操縱者？

發(fā)育生物學(xué)、化學(xué)以及系統(tǒng)生物學(xué)副教授Joanna Wysocka博士說(shuō)：“這聽(tīng)起來(lái)很有趣又有點(diǎn)嚇人。我們發(fā)現(xiàn)，在近期的進(jìn)化過(guò)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(fā)育過(guò)程中又再度活化，導(dǎo)致了一些病毒樣的顆粒和蛋白存在于人類細(xì)胞中。"

他們的研究論文發(fā)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(zhuǎn)錄病毒是一類可以將自身DNA插入到宿主細(xì)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(shí)機(jī)，每次細(xì)胞分裂它都會(huì)利用細(xì)胞的DNA復(fù)制將自身傳播到每一個(gè)感染細(xì)胞的后代細(xì)胞中。HIV就是一個(gè)*的可以感染人類的逆轉(zhuǎn)錄病毒例子。

當(dāng)逆轉(zhuǎn)錄病毒感染生殖細(xì)胞，或是在生殖細(xì)胞產(chǎn)生前感染極早期的胚胎時(shí)，病毒DNA可以傳遞給后代。然而在進(jìn)化過(guò)程中，這些病毒基因組往往會(huì)發(fā)生突變并失活。大約8%的人類基因組就是由以往的感染下的病毒序列所構(gòu)成。一種叫做HERVK的逆轉(zhuǎn)錄病毒在相對(duì)近的時(shí)期——大約20萬(wàn)年內(nèi)重復(fù)感染了人類。大多數(shù)HERVK基因組仍然待在我們的每個(gè)細(xì)胞中保持完整。

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

現(xiàn)在斯坦福大學(xué)的研究人員*次證實(shí)了，在發(fā)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(yǎng)的人類胚胎干細(xì)胞中開(kāi)展研究，科學(xué)家們證實(shí)這些病毒蛋白可以影響發(fā)育胚胎中的基因表達(dá)，并有可能保護(hù)了細(xì)胞免受其他病毒的感染。

爭(zhēng)斗還是共生？

目前還不清楚這一系列的事件是成千上萬(wàn)年來(lái)共存（一種進(jìn)化共生）的結(jié)果，還是代表了人類和病毒之間持續(xù)不斷的爭(zhēng)斗。

Grow說(shuō)：“病毒是通過(guò)在這些早期胚胎細(xì)胞中開(kāi)啟自己而自私地獲益？還是胚胎轉(zhuǎn)而強(qiáng)占了病毒顆粒來(lái)保護(hù)自己？還是兩者均有受益？這皆有可能，只是我們還沒(méi)有真正的了解。"

論文的共同作者、斯坦福前婦產(chǎn)科學(xué)教授Renee Reijo Pera博士說(shuō)：“盡管仍有很多有待了解，但很清楚地是在妊娠的數(shù)天內(nèi)兩者的命運(yùn)纏繞在了一起。我們?nèi)祟惖脑缙诎l(fā)育是*的，依賴于近期進(jìn)化歷史中我們獲得的一些基因和DNA序列。我們現(xiàn)在知道了，在生命的zui初幾天或數(shù)周內(nèi)我們的‘垃圾DNA’，包括一些病毒基因?yàn)榱税l(fā)育而再度被利用。"

Grow和同事們發(fā)現(xiàn)，一些HERVK病毒在3日或4日齡胚胎中轉(zhuǎn)錄成為了RNA。這種病毒激活與胚胎中其他關(guān)鍵人類基因的激活同時(shí)發(fā)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(nèi)出現(xiàn)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(zhuǎn)錄物結(jié)合，護(hù)送轉(zhuǎn)錄物進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)核糖體處合成了蛋白質(zhì)。

研究人員發(fā)現(xiàn)Rec不僅影響了病毒基因的表達(dá)，還結(jié)合了許多由人類基因轉(zhuǎn)錄的RNA。Rec還調(diào)控了RNA與核糖體的互作。zui終，存在于人類細(xì)胞中的Rec刺激了一種免疫反應(yīng)，提高了人類表面結(jié)合蛋白IFITM1的量，后者可以保護(hù)細(xì)胞免受病毒感染。

“一個(gè)潛在的有益策略"

Grow說(shuō)：“在基因組進(jìn)化領(lǐng)域存在長(zhǎng)期的爭(zhēng)論。為什么要在我們的基因組中保留如此多看似無(wú)用和重復(fù)的DNA？我們的結(jié)果表明一個(gè)實(shí)體的、與生理相關(guān)的表型——提高了抗病毒免疫。這清楚地表明HERVK在胚胎中表達(dá)是一種潛在的有益策略。"

Wysocka說(shuō)，雖然還沒(méi)有直接的證據(jù)證實(shí)HERVK重激活為人類發(fā)育提供了一個(gè)選擇性的優(yōu)勢(shì)，研究結(jié)果是非常吸引人的。

“觀察到病毒蛋白表達(dá)并以復(fù)雜的方式占用了細(xì)胞機(jī)器表明，要充分地了解錯(cuò)綜復(fù)雜的早期人類發(fā)育，我們需要考慮一下這些基因入侵者的作用。"（來(lái)源：ebiotrade）