新冠患者復陽，是因為病毒整合到了他們的基因組？

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撰文 | 計永勝

責編 | 陳曉雪

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在抗擊新冠肺炎疫情的過程中，部分新冠肺炎患者在康復後會出現核酸檢測復陽的情況。但是，我們並不能從復陽人群中分離出病毒，說明核酸檢測復陽可能並非由病毒再感染引起。

最近，美國麻省理工學院的一個研究為新冠患者復陽提供了一個可能的解釋：他們通過體外細胞實驗，發現新冠病毒（SARS-CoV-2）的核酸片段能整合到感染細胞的基因組中。這篇未經同行評審的論文於2020年12月13日發表在預印本網站bioRxiv[1]。

「這篇文章有趣，也有潛在意義，但需審慎對待。體外實驗的結果未必完全在病人實體上得到驗證。」 病毒學家、美國俄亥俄州立大學教授劉善慮接受《知識分子》採訪時評論說。

他表示，雖然別的非逆轉錄病毒，像RNA病毒包括伊波拉，整合到脊椎動物基因組的情況之前也曾報導過，但是新冠病毒基因整合到病人基因組的機率很小，也未必會有生物學和病理意義。「真若有整合到人體基因組的情況，根據整合位點的不同，有可能對正常細胞功能和外源病毒感染都會有影響。無論如何，這方面需要更深入的研究。」

病毒學家、香港大學李嘉誠醫學院生物醫學學院教授金冬雁對該研究持類似看法。他表示，即使新冠病毒的RNA可以整合到人的基因組中，大家也不要恐慌，因為這些病毒只是碎片，而且被感染的細胞還會死亡，不會對人體帶來實質性的影響。

「文章中來自自然感染細胞的數據極少也不確定。在受感染者支氣管肺泡灌洗液的脫落細胞中，只有百萬分之一到幾的序列可能來自新冠病毒與細胞RNA的嵌合體。因此很難排除實驗假象或誤差，無法證明SARS-CoV-2的核酸片段能整合到自然感染的細胞中。」金冬雁表示。

因發現逆轉錄酶而獲得1975年諾貝爾生理學或醫學獎的加州理工學院教授大衛·巴爾的摩（David Baltimore）在接受《科學》雜誌採訪時也表示，「我們也不清楚在人體中含有這種核酸片段的細胞到底是存活很久還是死亡了。這項研究引發了很多有趣的問題。」 [2]

在生物學的中心法則中，DNA的 「信息」 會被轉錄成RNA，RNA的「信息」再次翻譯成有功能的蛋白質，而以RNA為模板合成DNA的過程就是逆轉錄。眾所周知，新冠病毒是RNA病毒。正常情況下，它利用RNA聚合酶進行核酸複製，並直接「讀取」自身RNA信息合成蛋白質，最後組裝成病毒顆粒，完成增殖。

麻省理工學院生物繫懷特黑德生物醫學研究所（Whitehead Institute for Biomedical Research）魯道夫·耶尼施（Rudolf Jaenisch）研究團隊想知道，SARS-CoV-2的RNA片段是否可以通過逆轉錄整合到人類基因組中去。

科研人員首先對SARS-CoV-2的感染細胞（包括直接分離於新冠患者的支氣管肺泡灌洗液的細胞樣本）的RNA測序數據進行了分析，發現很多RNA片段屬於嵌合型——既有人的序列信息，也有病毒的序列信息。在嵌合的病毒核酸序列中，SARS-CoV-2的核衣殼RNA（N序列）所佔比率最高。並且，樣本中SARS-CoV-2病毒載量越高，相應地嵌合型的RNA片段也就越多。作者認為，這提示SARS-CoV-2的RNA可能通過逆轉錄整合到病人的基因組了。

RNA如果逆轉錄就需要一個工具，就是逆轉錄酶（Reverse Transcriptase），而逆轉錄酶可以把RNA轉變成DNA。

隨後，研究人員做了一個「理想化」實驗，人為地讓HEK293T細胞高表達LINE-1（一種基因調控原件，約佔人類基因組的17%，可編碼逆轉錄酶，將病毒核酸片段整合到人類基因組），然後再用SARS-CoV-2感染這類細胞。這裡需要解釋的是，HEK293T是一種衍生自人胚胎腎細胞的細胞系，常用於生物蛋白的表達，以及重組逆轉錄病毒的製造。

兩天後，研究人員提取了細胞基因組，並用世界衛生組織（WHO）提供的引物做了核酸檢測，N序列片段陽性。甚至如果細胞中LINE-1表達量足夠高的話，N序列可以完整嵌合到基因組。研究人員還發現，N序列（RNA）的確定位在細胞核，提示可能是N序列嵌合到基因組後又發生了轉錄。

圖1. SARS-CoV-2的N序列（RNA）定位在高表達LINE-1的HEK293T細胞核。（圖源：參考文獻[1]）

那麼，SARS-CoV-2自然感染呼吸系統細胞會是什麼情況呢？

該研究發現，SARS-CoV-2感染人肺腺癌細胞Calu3（並非分離於人體的原代細胞）後，細胞內LINE-1水平升高了3-4倍，並且在細胞基因組檢測到病毒N序列。

圖2. SARS-CoV-2感染Calu3後引起LINE-1水平升高，細胞基因組檢測到N序列。（圖源：參考文獻[1]）

SARS-CoV-2感染後會引起機體免疫應答，免疫細胞會提升細胞因子（多種免疫調控蛋白的統稱）表達量，甚至發生「細胞因子風暴」，也即短期內細胞因子表達量劇增。在該項研究裡，科研人員發現用含有多種細胞因子的條件培養基處理Calu3細胞後，LINE-1水平也上升了。

圖3. 細胞因子孵育引起Calu3的LINE-1水平升高（圖源：參考文獻[1]）

研究人員認為，SARS-CoV-2感染引起細胞因子水平升高，會誘導宿主細胞逆轉錄原件LINE-1表達升高，進而協助將SARS-CoV-2的核酸序列嵌合到細胞基因組。這些嵌合的核酸序列主要是核衣殼序列，可以再次轉錄成RNA，但不會生產出病毒顆粒。因此，這就可以解釋為什麼核酸檢測復陽但查不到病毒。

文章最後還指出，鑑於SARS-CoV-2的核酸片段能整合到宿主基因組，「常規的核酸檢測方法可能不會很好地反映抗病毒療法真實的病毒清除效力」。

不過，需要說明的是，該項研究只停留下體外實驗層面，並沒有直接證據說明，臨床患者或康復者的細胞基因組有嵌合的SARS-CoV-2的核酸片段。

學術界對該研究結果的看法普遍比較謹慎。有學者認為，要得出SARS-CoV-2的核酸片段與感染細胞的基因組整合的結論，這篇論文涉及到的實驗還遠遠不夠。

研究HIV病毒的美國國立衛生研究院博士後研究員王宇歌評論說，研究中使用的細胞系Calu3不是人的呼吸道上皮細胞，與人呼吸道上皮細胞LINE-1表達情況完全不同。

「在苛刻的人工培養條件下，在體外的Calu3細胞系中的SARS-CoV-2感染可以激活LINE-1對該病毒的逆轉錄過程，這一現象極難轉化為自然情況下人體感染SARS-CoV-2的情況。」王宇歌在微博上寫道。

金冬雁指出，「LINE-1作為一個逆轉錄轉座子，可能會因新冠病毒的感染得到一定程度的激活，以往在其他病毒感染過程中也曾發現，但不等於就會引起病毒RNA的逆轉錄及其產物與細胞基因組的整合。」

他表示，如果真的有整合，還需要在DNA進行檢測，「在蛋白質水平也應該能檢測出來」，「只在RNA的水平檢測還是不作數的。」

「如果要令人信服地嚴謹證明新冠病毒可以整合到基因組，需要病人和模式動物基因組深度測序結果，再加上高質量病人樣本的DNA原位螢光雜交定位病毒。」 德國癌症研究中心研究員劉海坤評論說，這篇論文作者用的實驗並非最高標準實驗，其結果還有別的解釋可能。

「目前的論文的確有別的可能性解釋，需要進一步實驗驗證別的可能性，但我想這篇文章送審的時候會受到嚴格評審。」劉海坤告訴《知識分子》。

「針對各種評論，尤其是批評的聲音，論文通訊作者魯道夫·耶尼施表示，「我們正在努力回應解決這些批評。大家不用擔心。」 [2]

參考文獻

[1]Liguo Zhang, Alexsia Richards, Andrew Khalil, et al,. SARS-CoV-2 RNA reverse-transcribed and integrated into the human genome. bioRxiv preprint doi:https://doi.org/10.1101/2020.12.12.422516;

[2]https://www.sciencemag.org/news/2020/12/coronavirus-may-sometimes-slip-its-genetic-material-human-chromosomes-what-does-mean