【原】病毒如何改造生命？（共同演化篇）

上一期我們講了病毒在生物繁殖方式上的重大作用，這一期我們來看看病毒塑造生物的另一些例子。

我們都知道，人類作為目前地球上最具智慧的生物，其一個(gè)典型的特征就是腦子大，腦容量大。據(jù)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，病毒在讓生物變得聰明這一環(huán)節(jié)上也功不可沒。

比如Arc基因。Arc基因是突觸可塑性和長(zhǎng)期記憶的關(guān)鍵開關(guān)，可以說，生物具有記憶功能，與這個(gè)基因有著密切的關(guān)系。如果沒有這種基因，那么我們的大腦就像一個(gè)黑洞，甭管塞進(jìn)多少知識(shí)，最終都會(huì)漏光，根本記不住。

2018年，發(fā)表在《cell》上的論文表明，這種Arc基因源于一種古老的逆轉(zhuǎn)錄病毒的gag基因，該基因編碼的蛋白可以自己組裝成病毒外殼，也就是病毒衣殼蛋白。而且，這種基因目前只存在于陸生脊椎動(dòng)物身上，而海洋生物是沒有的。當(dāng)然，我在找資料的時(shí)候看到的是“海洋生物沒有”，但我合理推測(cè)，是海洋中的無脊椎動(dòng)物沒有，像鯨魚、海豚這種生物應(yīng)該不算在內(nèi)。

科學(xué)家們于是推斷，在很久很久以前，這種病毒進(jìn)入到我們祖先的體內(nèi)，竟然“定居”了，拿到了護(hù)照，有了戶口，成功落戶到我們的基因組中，成了我們體內(nèi)的一種內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒，并且對(duì)我們的身體沒有傷害性，乖乖地為我們服務(wù)。

科學(xué)家們將小白鼠體內(nèi)的Arc基因刪除后發(fā)現(xiàn)，它們遇到了嚴(yán)重的學(xué)習(xí)障礙。進(jìn)一步的研究表明，人類體內(nèi)的Arc基因突變也與自閉癥與精神分裂癥等精神疾病相關(guān)。

除了記憶能力之外，有研究表明，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒還參與到靈長(zhǎng)類動(dòng)物的心臟建設(shè)中，這種病毒被稱為MER41家族內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒。大概在4000萬-6500萬年前，這種病毒插入了我們祖先靈長(zhǎng)類動(dòng)物的基因中，后來被馴化成一條叫BANCR的長(zhǎng)鏈非編碼RNA基因。

目前，這種基因只存在于大型靈長(zhǎng)類胎兒的體內(nèi)，在其他哺乳動(dòng)物中是沒有的。科學(xué)家將這種基因植入小鼠胎兒體內(nèi)后，發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎的左心室出現(xiàn)異常增大的現(xiàn)象。這種基因可以提升生物的供血水平，在我們?nèi)祟愔绷⑿凶叩难莼瘹v程中扮演著出色的角色，并在一定程度上塑造了我們的體型。當(dāng)然，這種病毒基因也會(huì)帶來麻煩，比如擴(kuò)張型心肌病。

如果我們將人體與病毒比喻成一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，那么在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中，原本是我們的人，后來卻被病毒利用，成了給皇軍帶路的“漢奸”，也是有的。比如有一種轉(zhuǎn)鐵蛋白，工作就是把鐵元素安全、準(zhǔn)時(shí)地送到身體需要鐵的地方，可以說是鐵元素的滴滴專車。要知道，鐵是我們?nèi)梭w的必需元素之一。

我們可以將轉(zhuǎn)鐵蛋白受體想象成一個(gè)有旋轉(zhuǎn)門的列車，專門負(fù)責(zé)輸送鐵元素。這種門經(jīng)常處于開著的狀態(tài)，有些病毒便趁虛而入，進(jìn)入列車中，隨著它在運(yùn)送鐵元素的時(shí)候捎帶手也運(yùn)送了自己。

病毒進(jìn)入列車后，不會(huì)影響到列車原本運(yùn)送鐵的效率，因此病毒非常“偏愛”這玩意兒，很穩(wěn)。

轉(zhuǎn)鐵蛋白在無意中充當(dāng)了皇軍的帶路黨，成了“漢奸”，雖說直接說它是“漢奸”也可能是冤枉了它，因?yàn)樗皇怯幸獾模贿^反正轉(zhuǎn)鐵蛋白也聽不到，不會(huì)起來跟我杠。

有意思的是，在演化史中，轉(zhuǎn)鐵蛋白似乎也“意識(shí)”到了自己的不對(duì)勁，也發(fā)生了突變。突變之后的轉(zhuǎn)鐵蛋白，依然是一輛輸送鐵的列車，但能將病毒拒之門外。就像是裝上了人臉識(shí)別系統(tǒng)，病毒進(jìn)不去了。更有意思的是，并不是每一個(gè)轉(zhuǎn)鐵蛋白都更新迭代了，部分轉(zhuǎn)鐵蛋白依舊是老樣子，沒有突變出可以阻擋病毒進(jìn)入的結(jié)構(gòu)，因此它們目前依舊被扣上了“漢奸”的帽子。

當(dāng)然，這方面的例子還有很多。簡(jiǎn)而言之，我們?nèi)梭w是一個(gè)復(fù)雜的有機(jī)體，病毒與生物在一同演化，有時(shí)相互合作，有時(shí)又會(huì)給彼此帶來麻煩。眾所周知，基因有變異的特性，病毒也有基因，它們也能變異。在我們?nèi)祟惖幕蚱沃校茖W(xué)家找到了很多基因變異的片段，而且這些突變中有些是針對(duì)病毒的變異，總量約占人類基因變異總體的三分之一。

這也就是說，病毒與生物在漫長(zhǎng)的演化史上，一直在互相追逐、驅(qū)趕與作戰(zhàn)，并在這個(gè)交戰(zhàn)的過程中不斷進(jìn)行對(duì)彼此針對(duì)性的演化（變異）。

在這場(chǎng)與病毒的抗衡中，我們?nèi)祟惸壳埃鄬?duì)來講，算是比較成功的。因?yàn)槟軌蚋腥疚覀內(nèi)梭w并造成破壞性的病毒種類很少（相對(duì)來說），遠(yuǎn)比爬行動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物要少。有一種蛋白叫APOBEC蛋白，是一大類脫氨酶的總稱。我們可以簡(jiǎn)單將其理解成一種生物剪刀，專門把DNA或RNA上的字母“C”（胞嘧啶）剪成“U”（尿嘧啶），從而打亂遺傳密碼。如果病毒遇到了這種蛋白，基本上就廢了。

科學(xué)家將現(xiàn)代智人、丹尼索瓦人、尼安德特人和黑猩猩、小鼠、獼猴、紅毛猩猩的基因組進(jìn)行對(duì)比，尋找人類和黑猩猩的基因組中胞嘧啶的突變位點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了大約四萬個(gè)突變點(diǎn)，分布在約一萬個(gè)基因簇中。

當(dāng)然，這種剪刀也不是只針對(duì)病毒，如果它只剪病毒，那么對(duì)我們來說就是好的，但問題是，它有時(shí)也會(huì)將正常的基因給剪了。如果它不小心將宿主自身的DNA給剪了，引發(fā)大量C-U突變，很可能會(huì)造成癌癥。也就是說，剪得好，它能剪出一個(gè)“病毒專業(yè)殺手”勛章，若是剪不好，給你剪出一個(gè)癌癥。

有意思的是，這個(gè)研究方向或許可以幫助我們更好地對(duì)付艾滋病。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在APOBEC蛋白中，有一種，暫稱為A1蛋白（實(shí)際上是APOBEC3G）吧，在HIV病毒進(jìn)行組裝的時(shí)候，可以侵入HIV病毒內(nèi)部，從而將C剪成U，破壞HIV病毒的組裝。既然如此，那么為什么我們?nèi)祟愡€是會(huì)被HIV病毒感染呢？答案很簡(jiǎn)單，因?yàn)?/span>HIV病毒也不會(huì)坐以待斃，也會(huì)演化突變。它們會(huì)形成一種蛋白，作用是對(duì)付A1蛋白，從而使其失去活性，如此，HIV病毒又可以進(jìn)行無干擾組裝，從而入侵宿主。

科學(xué)家們繼而研究發(fā)現(xiàn)，在其他哺乳動(dòng)物體內(nèi)，沒有可以對(duì)抗A1蛋白的HIV病毒產(chǎn)生的特定蛋白，因此它們不必?fù)?dān)心被HIV病毒感染。這也難怪，之前一直聽說人類被HIV病毒感染，感覺艾滋病好像獨(dú)愛人類一樣。原來是這么回事。

如果按照這條路走下去，那么人類強(qiáng)化自身體內(nèi)的AI蛋白，或許就可以讓它們?cè)诖蛉?/span>HIV病毒內(nèi)部實(shí)行破壞的時(shí)候更有效率，從而獲得治療甚至治愈艾滋病的能力也未可知。在今后的基因研究中，科學(xué)家如能繼續(xù)深入研究APOBEC的剪刀功能，大概率會(huì)研究出一些驚喜。目前，這也成為了基因研究的一個(gè)熱點(diǎn)。就讓我們拭目以待吧，但愿它別動(dòng)不動(dòng)就剪出一個(gè)癌癥。

在這期有關(guān)病毒學(xué)的科普中，我舉了幾個(gè)典型的例子，通過這些例子，我們可以更好地認(rèn)識(shí)病毒，有些病毒幫助了我們的演化，讓我們能夠更高效地記住知識(shí)，以及更好地直立行走，有些則成了我們的麻煩，甚至危害到我們自身的健康與安全。

簡(jiǎn)而言之，病毒就像人一樣，有好有壞。不過總體來說（站在長(zhǎng)期視角來看），病毒在大部分時(shí)候，尤其是對(duì)我們?nèi)祟悂碇v，是利大于弊的。如果沒有病毒，我們也不可能發(fā)展至今。