今天，《科學》雜誌報導的一項研究成果[1]，再次引起了學術界和公眾對新冠病毒的關注。
由MIT懷特黑德研究所著名生物學和遺傳學家Rudolf Jaenisch教授領銜的研究團隊，在預印本平臺bioRxiv發表了一篇出人意料的研究成果[2]。
Jaenisch在分析了新冠病毒的歷史研究數據之後發現：存在新冠病毒片段與人基因組DNA融合的現象。
他們隨後通過體外細胞系研究證實，基於人體內廣泛存在的LINE-1反轉錄轉座子或HIV感染者體內的HIV-1反轉錄酶，新冠病毒的部分核酸序列可以整合到人的基因組中。
更重要的是，整合到人體基因組中的新冠病毒片段能夠正常轉錄。
目前，新冠病毒的這種特性對人體有何影響仍未可知。不過這個發現在一定程度上解釋了康復後患者復陽的現象。
▲ 本研究截圖
在今年早些時候，我們時常會看到新冠肺炎康復者核酸檢測突然或者持續呈陽性的報導[3-6]。
雖然前段時間出現了幾例新冠病毒感染康復後再感染的報導[7]，但對康復者進行嚴格隔離的隊列研究表明，復陽病例不是由再次感染引起的[8，9]。
更奇怪的是，在上述PCR陽性康復者患者體內也並沒有分離出具有複製能力的病毒[3-5]。
這種奇怪的復陽現象，一直缺少一個合理的解釋。
Jaenisch和他的同事推測，作為一種正鏈RNA病毒，新冠病毒的RNA有可能被反轉錄成DNA，然後被整合到人體的基因組中了，轉錄整合的DNA拷貝可能就是PCR檢測陽性的原因。
實際上，科學家在人體細胞中已經觀察到內源性反轉錄酶的活性，並且已經證明反轉錄的產物可以整合到人體基因組中[10，11]。例如，佔人類整個基因組DNA約17%的LINE-1反轉錄轉座子，就是一個現成的有自主性的反轉錄子[10，12]。
此外，對於HIV感染者而言，他們體內的HIV-1反轉錄酶可能也是新冠病毒的幫兇。
▲ Rudolf Jaenisch教授
既然新冠病毒整合遺傳物質到人類基因組有理論依據，那麼就需要從真實世界中找到證據支撐。
Jaenisch團隊首先分析了已發表的新冠病毒感染細胞的RNA測序數據，以尋找存在整合轉錄物的證據。基於近10個研究獲得的數據[13-15]，他們真的在多種細胞類型中找到了大量的宿主基因組和病毒核酸序列組成的整合序列。
▲ 歷史研究數據分析
總的來看，整合序列一般佔各樣本新冠病毒總序列數的0.004%-0.14%，其中以來自重症新冠肺炎患者的支氣管肺泡灌洗液細胞佔比最大，為69.24%。
而且，大多數整合序列的新冠病毒部分都來自於核衣殼（N），這與核衣殼RNA是新冠病毒亞基因組中最豐富的RNA[16]相一致，因此最有可能成為反轉錄和整合的目標。
Jaenisch和他的同事認為，上述數據支持新冠病毒能整合到感染細胞的基因組中，並產生整合病毒-細胞轉錄物的假說。
▲ 新冠病毒-NIAID
在前文中我們已經介紹過，新冠病毒有可能是藉助於LINE-1反轉錄轉座子或HIV-1反轉錄酶整合到人類基因組中。
為了證實這一猜想，Jaenisch和他的同事在HEK293T細胞中過表達人LINE-1或HIV-1反轉錄酶，然後用新冠病毒感染轉導細胞。感染2天後，通過PCR或螢光原位雜交（FISH）檢測細胞的病毒序列。
隨後，研究人員從WHO獲取靶向核衣殼的4個PCR引物組合，在細胞基因組DNA中檢測到了新冠病毒核衣殼序列的存在，而且能克隆出全長的核衣殼DNA，Sanger測序結果也證實了這一點。
被螢光標記的探針檢測結果顯示，細胞核中確實存在核衣殼序列的信號。而且，在感染新冠病毒但沒有過表達LINE-1反轉錄轉座子或HIV-1反轉錄酶的細胞內，也在細胞核區域檢測到核衣殼信號，儘管頻率較低（約10%），這也意味著新冠病毒核衣殼RNA的整合是通過細胞內源性反轉錄酶活性實現的。
▲ 有無LINE-1對整合的影響
然而，還有個現實的問題是，雖然LINE-1反轉錄轉座子在基因組DNA中佔比較高，但是它的活性非常低，大約5000裡面才有1個是有活性的[10，12]。既然LINE-1反轉錄轉座子的活性這麼低，那新冠病毒整合進人基因組真與它有關麼？
為了解決上面的問題，Jaenisch和他的同事又調出了已發表的新冠病毒感染細胞的RNA測序數據。在這些數據中，他們發現：LINE-1的表達顯著上調，並與整合序列的豐度相關。
細胞研究顯示，當被新冠病毒感染時，CALU3細胞中LINE-1的表達上調了約3-4倍。至於新冠病毒感染促使LINE-1的表達上調的原因，是大家熟悉的細胞因子上。
Jaenisch和他的同事用含細胞因子的條件培養基培養骨髓細胞、小膠質細胞或CAR-T細胞，通過PCR分析發現內源性LINE-1表達上調了約2-3倍。而新冠病毒感染就會誘導細胞因子的產生，嚴重時甚至誘發細胞因子風暴[17]。
▲ 新冠病毒-NIAID
總的來說，基於以上所有數據，Jaenisch團隊認為，他們的研究結果表明，新冠病毒感染誘發的細胞因子壓力，誘導LINE-1的表達，進而促進了新冠病毒將遺傳物質片段整合到人體細胞基因組中。
不過，通過反轉錄插入人基因組的新冠病毒序列很可能是亞基因組片段，因為整合序列大多富集在核衣殼序列處，這也就排除了產生感染性病毒的可能性。
簡單地說，整合到人基因組中的新冠病毒片段，應該不會產生有感染能力的完整病毒。然而，由於被整合到人基因組中的新冠病毒片段可以被轉錄，這給很多康復者出現復陽的現象，提供了一個解釋。
Jaenisch和他的同事非常關心的一個問題是：這些整合進人基因組的新冠病毒序列片段是否可以表達病毒抗原。如果可以的話，這又對疾病的進程和治療有何影響。
當然了上述影響還取決於新冠病毒片段在基因組中插入的位置，這一點在HIV感染者中已經得到證實[18]。
因此，深入研究新冠病毒在患者基因組DNA中的整合位點，以及這些位點與疾病嚴重程度的相關性，或許將有助於闡明一些臨床問題。
▲ 新冠病毒-NIAID
對於Jaenisch團隊的這項研究成果，學術界褒貶不一。有人甚至提出嚴厲批評，認為這個研究不完整，沒有確定新冠病毒在人基因組中插入的位點，不能排除是PCR擴增本身的問題，因此不能得出新冠病毒片段會插入人類基因組的結論[2]。
也有人對Jaenisch團隊在這個時間點發表這篇文章感到震驚，因為現在恰逢mRNA疫苗上市之際，這個研究會引起大眾對mRNA疫苗的擔憂，他們甚至擔心這篇文章被反疫苗的人利用[2]。
除了批評的聲音之外，也有一些肯定的聲音。例如，著名病毒學家、馬裡蘭大學醫學院人類病毒學研究所負責人Robert Gallo在接受《科學》採訪時表示，這雖然不是一個完整的故事，但他仍然喜歡這個研究，而且猜測它應該是正確的[1]。
因發現反轉錄酶而獲得諾貝爾生理學或醫學獎的加州理工學院病毒學家David Baltimore將這項新工作描述為「令人印象深刻」，研究結果「出人意料」，Baltimore還認為「這項工作提出了很多有趣的問題」。
最後，無論如何，如Baltimore所言，這項工作提出很多問題。
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本文作者 | BioTalker
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