能使病毒“隱身”的基因:超過閾值才會被免疫系統發現
免疫系統能有效保護我們免受周圍環境中病原體的侵襲,但是,所有系統都會有美中不足的地方。在發表於11月29日《PLOS生物學》(PLOS Biology)的一項新研究中,研究者描述了一個能使病毒免於被免疫系統探測到的基因,而該基因原本具有保護身體免受自體免疫性疾病(人體內的異常免疫反應攻擊正常細胞)傷害的功能。
至於最終的結果如何,取決於有多少病毒試圖進入人體。
這個基因被稱為ADAR1,可以保護身體免受大量病毒的侵害,但研究人員發現,如果病毒的數量很少,那ADAR1基因就會“邀請”它們進入體內。
ADAR1基因及其編碼的蛋白質能夠發現並解開雙鏈的RNA,使其變成單鏈的形式,從而保護身體免受自體免疫性疾病的攻擊。RNA可以以單鍊和雙鏈的形式存在,在人體內起著多種作用。
研究作者、美國明尼蘇達州梅奧醫院的生物化學和分子生物學教授羅伯托·卡塔內奧(Roberto Cattaneo)表示,目前還不清楚為什麼雙鏈RNA能在一開始就激活免疫系統,或許這可以追溯到地球早期生命的起源。
一種理論認為,原始的細胞僅將RNA作為遺傳物質。然而,最終細胞選擇了DNA,而絕大多數病毒開始編碼RNA中的遺傳信息。並不是所有病毒都使將遺傳信息儲存在RNA中,有些採用的是DNA。卡塔內奧說:“因此,細胞開始建立起一種先天的免疫系統,通過將雙鏈RNA識別為入侵者的方式來保護自己。”
當ADAR1基因出現缺陷時,它就不能將身體產生的某些雙鏈RNA轉變為單鏈RNA。這些雙鏈RNA就會激起免疫系統的反應,導致影響嬰兒的自身免疫紊亂,即Aicardi-Goutiéres綜合徵。根據美國國家衛生研究院(NIH)的介紹,這種嚴重的紊亂會導致大腦、免疫系統和皮膚出現問題。然而,卡塔內奧指出,“患有這種蛋白質缺陷的患者實際上能很好地對抗病毒”。
在實驗室中,研究團隊使用了強大的基因編輯工具CRISPR-CAS9將人類細胞中的ADAR1基因剔除,同時以其他基因完整的細胞作為對照。接下來,他們用不同數量的麻疹病毒感染這些細胞。麻疹病毒將遺傳信息儲存在RNA中,儘管它們通常產生的是單鏈RNA,但偶爾也會出錯,產生一些雙鏈的拷貝。研究團隊還用攜帶較多雙鏈RNA的變異麻疹病毒對兩種細胞進行感染,觀察它們的反應。
他們發現,在剔除掉ADAR1基因的細胞裡,即使很少量的雙鏈病毒RNA都能激活免疫系統。正如預期的那樣,ADAR1基因功能正常的細胞對雙鏈RNA進行了編輯。研究人員發現,在這些細胞中,激活免疫系統警報的閾值大約是1000個雙鏈病毒RNA片段。只有超過這一閾值,免疫系統才會注意到病毒。
麻疹病毒並不是唯一能夠劫持免疫系統的病毒。卡塔內奧表示,他希望接下來能確定其他病毒激活免疫系統的閾值,比如黃熱病病毒和基孔肯雅病毒,二者都是通過蚊子傳播的。修改閾值或許幫助研究者獲得新的抗病毒治療方案。