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人類的心臟可能是被病毒搞大的?斯坦福科學家《細胞》子刊新發現

人類的心臟可能是被病毒搞大的?斯坦福科學家《細胞》子刊新發現

2020-09-07 Comments 0 Comment

在一部名叫《聖誕怪傑》(How the Grinch Stole Christmas)的電影裡,金·凱瑞(Jim Carrey)扮演的綠色精靈格林奇“心胸狹窄”,心臟只有人類的1/4大小,他偷走了聖誕節的一切喜悅和美好。不過後來,小鎮上的人們向他展示了聖誕節的真正含義(在逆境中彼此相愛),他的心臟膨大到了原來的三倍。

字面意義上的“心變大”,在健康人類身上並不是一蹴而就的過程。不過,人類和大猩猩等大型靈長動物在演化過程中,心臟尺寸的確發生了“格林奇式”的轉變,相比最初的小型哺乳動物,增加了好幾倍。一般認為,更大的心臟增加了血液供應能力,從而一定程度上成就了我們如今相對較大的體型。

最近,斯坦福大學醫學院的Kitchener Wilson博士與其心血管研究所所長吳慶明(Joseph Wu)教授等科學家合作,揭示了促進心臟變大的一個因素:竟然是默默藏身於我們基因組裡的病毒序列。

研究發表在《細胞》旗下子刊Developmental Cell上

研究發表在《細胞》旗下子刊Developmental Cell上

這些病毒片段來自古老的病毒感染。幾千萬年,某些逆轉錄病毒感染了我們的猿類祖先,並把自己的遺傳物質插入了宿主的基因組,一直流傳下來,被稱為內源性逆轉錄病毒。

多年來人們認為,DNA裡混進來的這些古老搭車客對宿主細胞的發育或功能並無影響。但最近,科學家們開始意識到,其中某些序列對鄰近基因的表達很重要,特別是在發育細胞或癌細胞中。

我們的DNA中有一些搭車客(圖片來源:Pixabay)

我們的DNA中有一些搭車客(圖片來源:Pixabay)

讓這支研究團隊感興趣的,是內源性逆轉錄病毒衍生的一種長鏈非編碼RNA序列,被稱為BANCR。除了出現在某些癌症中,BANCR僅僅在人類等少數幾種大型靈長動物發育中的心肌細胞里活躍。

心肌細胞是難以再生的心臟細胞,它們的協調收縮導致了心臟跳動。而BANCR特別存在於胎兒心肌細胞中這一事實表明,它對心臟發育十分重要。

圖片來源:Pixabay

圖片來源:Pixabay

“我們利用誘導多能幹細胞技術,研究了BANCR表達在人類、大猩猩、黑猩猩和獼猴的胚胎心肌細胞中的影響,發現它會有助於發育中的心肌細胞進行遷移。” Wilson博士說。

一些有趣的跡象表明,BANCR對心肌細胞遷移的作用會影響心臟大小。

囓齒類動物體內沒有BANCR。而研究人員在胚胎小鼠中人工導入BANCR以後,動物發育出的心臟擁有大於正常尺寸的左心室。對大鼠心臟注射一種表達BANCR的病毒,在特定實驗條件下,同樣導致了心臟的擴張。這些結果進一步表明,BANCR具有促進心臟增大的作用。

此外,研究人員發現有一種叫擴張型心肌病的兒童罕見病,患者心臟異常大而且功能差,表達的BANCR則高於正常水平。這種疾病可能危及生命。研究者謹慎地期望,他們的發現或能應用於未來的可能療法。

“如今我們有一些證據表明,這種逆轉錄病毒序列特異地影響了心臟的大小和功能。”Wilson博士總結說,“我們看到,靈長類祖先身上發生了古老的病毒感染,後來所有攜帶這些序列的靈長動物都有了更大的心臟。”

事實上,我們體內的這類病毒“化石”並不罕見,人類基因組的8%~10%由內源性逆轉錄病毒組成,是實際編碼蛋白質的基因的四五倍。越來越多的證據顯示,這些古老病毒感染的殘留物可能參與了癌症、精神分裂、多發性硬化等諸多疾病的發生,而它們看來還改變了人類演化的進程,如今從人類胚胎成形之處就開始影響我們。

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