Cell意外发现一种前所未有的免疫应答新类型

据法新社报道，考拉在基因组水平上与病毒入侵者作斗争的一种全新方式，令人深思。

　　

生物通报道：麻省大学医学院和澳大利亚昆士兰大学的研究人员进行的一项新研究在考拉身上发现了一种前所未有的动物免疫应答类型。

这些科学家本来是专注于席卷澳大利亚考拉种群的逆转录病毒KoRV-A研究，结果意外的发现了考拉采用了一种新颖的基因防御系统，抵抗逆转录病毒的感染。这种新颖的遗传反应控制了考拉种系中病毒的产生，这是一种以前未曾描述过的机制，可与哺乳动物众所周知的先天免疫应答相提并论，并且这一发现为脊椎动物的遗传进化，以及与入侵逆转录病毒之间的相互作用提供了新的思路。

这一研究发现公布在Cell杂志上。研究人员指出种系的逆转录病毒感染在进化过程中已发生过很多次，但在世代时间尺度上却很少见。

文章作者，UMass医学院分子医学教授William E. Theurka​​uf博士说：“KoRV-A感染了考拉种系，让我们实时查看了基因组进化。”

进化中的逆转录病毒

KoRV-A与考拉免疫缺陷综合症（KIDS）相关，这种疾病让考拉更容易被感染，以及感染癌症。除了病毒在个体动物之间传播（称为水平感染），它还会感染构成精子和卵的生殖细胞，并被整合到遗传基因组中。结果，考拉出生时就带有这种病原体，这叫做垂直感染。

逆转录病毒在进化过程中多次感染种系，现在已构成人类基因组的8％。从数字上看，编码蛋白质的20,000个基因仅占整个人类基因组30亿个核苷酸的1.5％。这些内源性逆转录病毒一旦被包埋，就会重新插入基因组，使基因组不稳定而导致疾病。但是，这些遗传入侵并非没有好处。在哺乳动物中，逆转录病毒已成为被“选择”用于正常发育必不可少的过程。举一个著名的例子：胎盘发育所需的基因源自逆转录病毒基因。

“我们看到的考拉是地球上每个生物体都经历过的事情。动物被进入生殖细胞的逆转录病毒感染。这些病毒繁殖并自我插入种系基因组，改变了宿主基因组的组织和功能，这个过程一直持续到感染者被宿主驯服为止。在这个感染周期结束时，宿主已经发生了变化，”文章通讯作者之一，麻省大学医学院生物信息学与整合生物学专业翁志平（Zhiping Weng，音译）博士说。

独特的免疫应答

尽管生殖细胞的病毒感染已帮助推动了现代哺乳动物的进化，但这些宿主细胞如何对新病原体作出反应仍是一个谜。文章作者，昆士兰大学Keith Chappell博士说：“以前，大家认为纯粹是通过自然选择的过程来控制基因组中的病毒成分水平。现在我们知道，我们生殖细胞内有一些途径可以主动抵抗入侵者。”

这项合作研究表明，种系可产生顺序的“先天”和“适应性”基因组免疫应答。该过程类似于感染生物体的病毒或细菌。首先，先天免疫系统识别许多病原体共有的非常普遍，但是在宿主细胞上却没有发现的特征。这种最初的反应不是很有效，但是可以控制入侵者，直到适应性免疫系统能够产生特异性靶向病原体的抗体和细胞，清除感染。

过去15年的研究表明，一类特殊的小RNA（anti-sense piRNAs）的功能类似于基因组抗体，并且非常有效地靶向过去进入种系的病毒。这些piRNA通过互补或“反义”序列指导病毒RNA的识别。

对KoRV-A的研究表明，新的病毒入侵者会触发独特的先天反应，这帮助识别病毒复制周期中的关键步骤。

大多数基因被称为内含子的间隔子序列打断。当一个基因被转录成RNA时，内含子会被去除，产生可以制造蛋白质的功能性mRNA。逆转录病毒还包含内含子，但是有必须被去除，也就是剪接过程，从而形成包围病毒颗粒包膜的蛋白质。但是，该病毒还会产生保留内含子的未剪接的RNA。这些未剪接的RNA对病毒复制和感染至关重要。

最新研究表明，生殖细胞可识别这些病毒特异性，未剪接的转录本，并将它们切成不同类别的“有义” piRNA，从而抑制病毒颗粒的组装。

Theurka​​uf博士说：“细胞将未剪接的序列识别为病毒，而不是基因，具有初始防御能力。就像你的身体对病毒和细菌起初的先天免疫反应一样。”

了解这种先天基因组防御反应的工作方式可能有助于科学家开发新的策略，对抗由逆转录病毒（包括KoRV-A）引起的疾病。

原文标题：

The piRNA Response to Retroviral Invasion of the Koala Genome