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人类与病毒:其复杂关系简史及其对 COVID-19 的影响

Covid-19人类与病毒:其复杂关系简史及其对 COVID-19 的影响

没有人类就不会存在 病毒 因为病毒蛋白在人类胚胎的发育过程中起着关键作用。 然而,有时它们会以疾病的形式构成生存威胁,就像当前的 COVID-19 大流行一样。 具有讽刺意味的是,病毒占我们基因组的约 8%,这是在进化过程中获得的,使我们“实际上是一个嵌合体”。

毫无疑问,2020 年最臭名昭著、最可怕的词是“病毒'。 小说 冠状病毒 是造成当前前所未有的 COVID-19 疾病和世界经济几近崩溃的原因。 所有这一切都是由一个微小的粒子引起的,它甚至不被认为是“完全”活着的,因为它在宿主外部处于非功能状态,而只有在感染宿主后才能在内部永久存在。 更令人惊讶和震惊的是, 人类 自古以来就一直携带病毒“基因”,目前病毒基因约占人类基因组的 8% (1)。 从这个角度来看,只有约 1% 的人类基因组在功能上活跃,负责制造决定我们是谁的蛋白质。

人与人之间关系的故事 病毒 始于 20-100 亿年前,当时我们的祖先被病毒感染。 每个内源性逆转录病毒家族都源自外源性逆转录病毒对生殖系细胞的单一感染,该病毒在整合到我们的祖先中后,进行了扩展和进化 (2)。 繁殖之后是从父母到后代的水平转移,今天我们将这些病毒基因组作为人类内源性逆转录病毒 (HERV) 嵌入我们的 DNA 中。 这是一个持续的过程,甚至可能目前正在发生。 在进化过程中,这些 HERV 获得了突变,在人类基因组中变得稳定,并失去了导致疾病的能力。 内源性逆转录病毒不仅存在于人类中,而且存在于所有生物体中。 所有这些内源性逆转录病毒分为三类(I 类、II 类和 III 类),它们出现在不同的动物物种中,根据它们的序列相似性 (3) 表现出系统发育关系,如下图所示。 HERV 属于 I 类组。

在人类基因组中存在的各种嵌入逆转录病毒中,这里值得一提的经典例子是一种逆转录病毒蛋白,它是一种称为合胞素的高度融合包膜蛋白,(5) 其在病毒中的原始功能是与宿主细胞融合以引起感染。 这种蛋白质现在已经在人体中形成​​胎盘(细胞融合形成多核细胞),不仅在怀孕期间从母亲那里为胎儿提供食物,而且由于合胞素的免疫抑制性质,还保护胎儿免受母亲的免疫系统的影响蛋白质。 事实证明,这种特殊的 HERV 通过定义其存在而对人类有益。

HERV 还涉及通过防止相关病毒的进一步感染或降低相似类型病毒再次感染时疾病的严重程度,为宿主提供先天免疫。 Katzourakis 和 Aswad (2016) 在 6 年的一篇综述中描述了内源性病毒可以作为控制免疫功能的基因的调控元件,从而导致免疫发展。 同年,Chuong 等人 (7) 证明某些 HERV 通过调节 IFN(干扰素)诱导基因的表达而起到调节增强子的作用,从而提供先天免疫。 HERV 表达产物还可以作为病原体相关分子模式 (PAMP),触发负责宿主第一道防线的细胞受体 (8-10)。

HERV 的另一个有趣方面是它们中的一些表现出插入多态性,即由于插入事件,基因组中存在不同数量的拷贝。 对属于不同种族的 20 名受试者的研究显示,所有受试者的插入多态性模式在 0-87% 之间 (11)。 这可能会通过激活某些沉默的基因而导致疾病。

某些 HERV 也已被证明与自身免疫性疾病如多发性硬化症的发展有关 (12)。 在正常生理条件下,HERV表达受到严格调控,而在病理条件下,由于外部/内部环境的变化、激素变化和/或微生物相互作用会导致HERV表达失调,从而导致疾病。

HERV 的上述特征表明它们不仅在人类基因组中的存在是不可避免的,而且它们具有通过激活或抑制免疫系统来调节免疫系统稳态的能力,从而在以下方面产生不同的影响(从有益到引起疾病)主机。

COVID-19 大流行也是由属于流感家族的逆转录病毒 SARS-nCoV-2 引起的,在进化过程中,与该病毒家族相关的基因组被整合到人类基因组中可能是合理的并且现在作为 HERV 存在。 据推测,这些 HERV 可能在不同种族的人群中表现出不同的多态性,如上所述。 这些多态性可以是这些 HERV 的差异拷贝数和/或在一段时间内积累的突变(基因组序列的变化)的存在或不存在的形式。 综合 HERV 的这种可变性可以解释不同国家受大流行影响的不同死亡率和 COVID-19 疾病的严重程度。

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参考文献:

1. Griffiths DJ 2001。人类基因组序列中的内源性逆转录病毒。 基因组生物学。 (2001); 2(6) 评论 1017。DOI: https://doi.org/10.1186/gb-2001-2-6-reviews1017

2. 博克,JD; Stoye, JP (1997)。 “逆转录转座子、内源性逆转录病毒和逆转录元件的进化”。 在棺材里,JM; 休斯,SH; Varmus,他(编辑)。 逆转录病毒。 冷泉港实验室出版社。 PMID 21433351。

3. Vargiu L 等人。 人类内源性逆转录病毒的分类和表征; 马赛克形式很常见。 逆转录病毒学(2016); 13:7. DOI: 10.1186 / s12977-015 - 0232-Y

4. Classes_of_ERVs.jpg:Jern P、Sperber GO、Blomberg J(衍生作品:Fgrammen(谈话)),2010 年。可在线获取: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Classes_of_ERVs.svg 07 年 2020 月 XNUMX 日访问

5. 金发,JL; 拉维莱特,D; Cheynet, V; 布顿,O; 奥利奥尔,G; Chapel-Fernandes, S; 曼德兰德斯,S; 槌,F; 佛罗里达州科塞特(7 年 2000 月 74 日)。 “人内源性逆转录病毒 HERV-W 的包膜糖蛋白在人胎盘中表达,并融合表达 D 型哺乳动物逆转录病毒受体的细胞”。 J. 维罗尔。 7(3321):9-XNUMX。 DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.74.7.3321-3329.2000.

6. Katzourakis A 和 Aswad A。进化:内源性病毒提供抗病毒免疫的捷径。 当前生物学(2016)。 26:R427-R429。 http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.03.072

7. Chuong EB、Elde NC 和 Feschotte C。通过内源性逆转录病毒的共同选择调节先天免疫的进化。 科学 (2016) 卷。 351,第 6277 期,第 1083-1087 页。 DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad5497

8. Wolff F、Leisch M、Greil R、Risch A、Pleyer L。通过低甲基化试剂(重新)表达基因的双刃剑:从病毒模拟到作为靶向免疫检查点调节的启动剂的开发。 细胞通讯信号 (2017) 15:13。 DOI: https://doi.org/10.1186/s12964-017-0168-z

9. Hurst TP, Magiorkinis G. 内源性逆转录病毒激活先天免疫反应。 J Gen Virol。 (2015) 96:1207–1218。 DOI: https://doi.org/10.1099/vir.0.000017

10. Chiappinelli KB、Strissel PL、Desrichard A、Chan TA、Baylin SB、Correspondence S。抑制 DNA 甲基化通过包括内源性逆转录病毒在内的 dsRNA 在癌症中引起干扰素反应。 细胞 (2015) 162:974-986。 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.011

11. Mehrab G、Sibel Y、Kaniye S、Sevgi M 和 Nermin G。人类内源性逆转录病毒-H 插入筛选。 分子医学报告(2013 年)。 DOI: https://doi.org/10.3892/mmr.2013.1295

12. Gröger V 和 Cynis H。人类内源性逆转录病毒及其在自身免疫性疾病(如多发性硬化症)发展中的推定作用。 前微生物。 (2018); 9:265。DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00265

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拉杰夫·索尼
拉杰夫·索尼https://www.RajeevSoni.org/
Rajeev Soni 博士 (ORCID ID : 0000-0001-7126-5864) 拥有博士学位。 拥有英国剑桥大学生物技术学士学位,并在斯克里普斯研究所、诺华、诺维信、Ranbaxy、Biocon、Biomerieux 等全球多家机构和跨国公司工作 25 年,并担任美国海军研究实验室的首席研究员在药物发现、分子诊断、蛋白质表达、生物制造和业务发展方面。

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