三千万年的进化:抗HIV蛋白背后的故事

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生物通报道：据Fred Hutchinson癌症研究中心的新研究发现，一种身体用来攻击艾滋病毒的蛋白事实上是一个在HIV出现前已经进化了3千2百万年的秘密防御机制。Harmit Malik博士及其同事进行的这项研究的相关文章在Public Library of Science上可以获得。

这项工作集中研究了新近发现的Apobec3G蛋白——这个蛋白由于可能有助于揭开防御HIV的遗传机制的秘密而在学术界引起广泛的注目。这种蛋白能够导致病毒的遗传物质发生突变从而保护细胞不受HIV感染。相应地，HIV也能产生一种能与Apobec3G相结合的蛋白以破坏这种功能。

这种道高一尺魔高一丈的“遗传军备竞赛”显然会给竞争的双方一定的压力，促使双方不断的进化出新的武器以期战胜对手，继续竞争下去而不被摒弃出局。这种漫长的遗传竞赛用生物进化学的说法就是红色皇后法则（Red Queen Principle，出自Louis Carroll著名童话《爱丽丝镜中奇遇记》（’Through the Looking Glass’，是《爱丽丝漫游奇境》后的另一童话）中的红色皇后，必须要全速奔跑才能留在原地）

当将人类Apobec3G基因与灵长类亲戚的基因相比较时，Malik及其同事惊奇地发现，这种蛋白在HIV类病毒首次感染灵长类（大约发生在100万年以前）之前已经进化了3千多万年。“这表明在这种蛋白和HIV的竞争中，HIV是后来者。因为寄主不可能在这么短的时间里演变出全新的防御机制，”Malik说。

Michael Emerman博士说，Apobec3G的不断进化表明这种蛋白的一些形式比其它的形式更能有效地抵御HIV的感染，这可能影响到一个患者的疾病进级的快慢。“在感染HIV的个体中，疾病的进程差异很大。这种多变性受到病毒类型和被感染人的基因组成的影响。而Apobec3G则可能是这些影响病毒进程的基因中的一个，”他说。

“这些发现是蛋白质快速演化的一个很好的例证。当竞争双方的利益直接冲突时，冲突本质上驱动这种类型的进化改变的发生。食肉动物和被捕食者常常相互影响着对方的进化；病毒和它们感染的细胞中的蛋白也发生着同样的过程。当我们不知道冲突所在时，通过寻找因选择压力而迅速进化的蛋白质，我们就能够确定出参与到这个冲突中的候选蛋白，”Malik说。“而它们中的一些可能与疾病有关。”

为了确定Apobec3G进化的选择压力，Sawyer及其同事分析了12种灵长类动物（包括新世界猴、旧世界猴、大型猿类和人，跨越了3千3百万年的进化历程）的基因。他们运用这种方法追溯进化过程、确定近期的遗传变化以及构建出所有种的假想的祖先。

他们分析的大多数灵长类动物表现出正向选择的特点，这表明在进化压力下这种基因一直都在不断地演化着。但是慢病毒（HIV所在的病毒家族）只是在其中一些灵长类动物中发现，并且看起来只有最多100万年的历史。

“基于HIV的快速变化，我们推断将研究重点放在Apobec3G上可能会发现一些新东西，”Sara Sawyer博士说。Sawyer及其同事推测Apobec3G的最初的敌人可能是类似病毒的反录转座子（retrotransposons）——这种可在基因组间跳跃的遗传元件被认为是远古病毒插入宿主基因组的片断残余。HIV及其它的慢病毒与这些原始的基因组攻击者非常相似，感染后它们也能将自身插入到寄主的基因组中。

研究人员对其它与Aobec3G密切相关的突变诱导蛋白也进行了同样的分析，并且发现它们中的一些也显现出进化压力的迹象。这些蛋白之前或许能抵御“跳跃的”遗传成份插入寄主基因组，而现在它们在抵御未知病毒的侵袭中也可能起到一定的作用。Malik说，从这个研究方法中我们可以获得一个很好的经验。研究基因组的变异和宿主抵御机制，可能会揭开人类疾病的一些秘密。（Yang Shujuan）