宿主体内有很多基因可能最初来自病毒,这件事听起来实在是太诡异了。我们通常认为基因组是人类最本源的身份特征。细菌基因组中绝大多数DNA就是病毒引入的,人们也思考过类似的问题——细菌到底有没有自己明确而独立的身份,还是只是一个拼接怪物,就像科幻故事里弗兰肯斯坦造的怪人一样。
以前,我们并不会觉得这个问题和人类有关系,它更像是微生物才会面对的问题,只有这些“低等”的生物基因组里会有一些病毒基因,看起来也是偶然混进去的。然而现在,我们再也不能这样自我安慰了。审视一下人类基因组,里面有大量病毒基因的痕迹,数量成千上万。
认识到这一点还得感谢鹿角兔。鹿角兔本是一个民间传说,却给医学研究提供了重要线索,众多病毒学家对其追根溯源,竟做出病毒致癌的重要发现。
20世纪60年代,人们最深入研究的致癌病毒之一,是禽白血病病毒。当时,这种病毒席卷了所有养鸡场,威胁着整个家禽行业。禽白血病病毒是一种逆转录病毒,逆转录病毒能把遗传物质插入宿主细胞的DNA中。宿主细胞分裂的时候,会同时复制细胞和病毒的DNA。在特定的条件下,细胞会被迫生产出大量新病毒——先合成病毒的基因和蛋白质外壳,接着把病毒从细胞里释放出去,进一步感染其他细胞。
如果逆转录病毒的遗传物质不小心插到了错的地方,就有可能让宿主细胞发生癌变。逆转录病毒带有一些特殊的基因“开关”,这些开关能作用于宿主细胞,让插入位置附近的基因开始合成蛋白质。有时候这些开关会打开一些本来应该关闭的宿主基因,这就会导致癌症。
科学家还发现,这种病毒自成一类。科学家称其为内源性逆转录病毒——“内源性”的意思是说,它们是从生物内部产生出来的。
科学家很快从其他动物身上发现了更多内源性逆转录病毒。事实上,这类病毒潜伏在几乎所有重要的脊椎动物类群里,从鱼类、爬行动物到哺乳动物的基因组中,都能找到它们的痕迹。一些最近发现的内源性逆转录病毒,如同禽白血病病毒一样会致癌,但同时也有很多对宿主完全没有影响——因为这些病毒又出现了额外的突变,让它们没法利用宿主细胞制造新病毒。
不过,这些因为“残疾”而禁锢了脚步的病毒仍然有可能再重新插入宿主的基因组,重新开始复制自己的基因。还有些内源性逆转录病毒实在被突变搞得过于支离破碎,无法再发挥任何威力,沦为宿主基因组里一件小小的行李,从一代传递到下一代。科学家一般认为人类基因组中没有活跃的内源性逆转录病毒。但在法国维勒瑞夫的古斯塔夫·鲁西癌症研究中心,研究人员蒂里·海德曼和同事却找到了让这些静默的病毒重新活化的方法。
科学家发现了一些同时存在于人类和其他物种基因组中的病毒,说明它们是在人类和这些生物在演化上分道扬镳前就进入了我们共同祖先的基因组。比如伦敦帝国学院的病毒学家亚当·李和他的同事就在人体内发现了一种名为ERV-L的内源性逆转录病毒,同时他们也在许多其他物种中发现了同样的病毒,这其中不乏马和食蚁兽这样和人差别巨大的生物。科学家画出的病毒演化树同它们宿主的演化树完美重合。
看来这种内源性逆转录病毒似乎在距今1亿年前感染了有胎盘类哺乳动物的共同祖先,之后随着这一支哺乳动物演化至今,成为了犰狳、大象、海牛也包括我们人类体内的常驻客。
虽然这类病毒DNA中的大多数都没用,但我们的祖先也的确“征用”了一些对我们自身有好处的病毒。如果没有这些病毒,我们甚至没法出生。1999年,让—吕克·布隆和他的同事发现了一种名为HERV-W的人类内源性逆转录病毒。
他们惊讶地发现,这种逆转录病毒中的一个基因能合成出一种名为合胞素的蛋白质。这种蛋白质有一项非常重要且精准的使命,但并非针对病毒,而是针对它的人类宿主。它只出现在人类的胎盘里。胎盘外层的细胞产生合胞素,这样细胞就能黏着在一起,从而让分子在细胞之间顺畅地流通。科学家发现小鼠也会制造合胞素,于是他们就用小鼠来做实验,研究这个蛋白质的功能。他们删除了小鼠的合胞素基因,结果小鼠胚胎没有一个能活到生出来。
他们就此推断,这种病毒蛋白对于胚胎从母亲血液中吸收营养是必需的。
在演化史上最近的瞬间,人类脱颖而出,病毒对我们的生存功不可没。原本就并没有什么“它们”和“我们”之分——生物在本质上只是一堆不断混合、不断闪转腾挪的DNA而已。