今天，《科学》杂志报道的一项研究成果[1]，再次引起了学术界和公众对新冠病毒的关注。
由MIT怀特黑德研究所著名生物学和遗传学家Rudolf Jaenisch教授领衔的研究团队，在预印本平台bioRxiv发表了一篇出人意料的研究成果[2]。
Jaenisch在分析了新冠病毒的历史研究数据之后发现：存在新冠病毒片段与人基因组DNA融合的现象。
他们随后通过体外细胞系研究证实，基于人体内广泛存在的LINE-1反转录转座子或HIV感染者体内的HIV-1反转录酶，新冠病毒的部分核酸序列可以整合到人的基因组中。
更重要的是，整合到人体基因组中的新冠病毒片段能够正常转录。
目前，新冠病毒的这种特性对人体有何影响仍未可知。不过这个发现在一定程度上解释了康复后患者复阳的现象。
▲本研究截图
在今年早些时候，我们时常会看到新冠肺炎康复者核酸检测突然或者持续呈阳性的报道[3-6]。
虽然前段时间出现了几例新冠病毒感染康复后再感染的报道[7]，但对康复者进行严格隔离的队列研究表明，复阳病例不是由再次感染引起的[8，9]。
更奇怪的是，在上述PCR阳性康复者患者体内也并没有分离出具有复制能力的病毒[3-5]。
这种奇怪的复阳现象，一直缺少一个合理的解释。
Jaenisch和他的同事推测，作为一种正链RNA病毒，新冠病毒的RNA有可能被反转录成DNA，然后被整合到人体的基因组中了，转录整合的DNA拷贝可能就是PCR检测阳性的原因。
实际上，科学家在人体细胞中已经观察到内源性反转录酶的活性，并且已经证明反转录的产物可以整合到人体基因组中[10，11]。例如，占人类整个基因组DNA约17%的LINE-1反转录转座子，就是一个现成的有自主性的反转录子[10，12]。
此外，对于HIV感染者而言，他们体内的HIV-1反转录酶可能也是新冠病毒的帮凶。
▲Rudolf Jaenisch教授
既然新冠病毒整合遗传物质到人类基因组有理论依据，那么就需要从真实世界中找到证据支撑。
Jaenisch团队首先分析了已发表的新冠病毒感染细胞的RNA测序数据，以寻找存在整合转录物的证据。基于近10个研究获得的数据[13-15]，他们真的在多种细胞类型中找到了大量的宿主基因组和病毒核酸序列组成的整合序列。
▲历史研究数据分析
总的来看，整合序列一般占各样本新冠病毒总序列数的0.004%-0.14%，其中以来自重症新冠肺炎患者的支气管肺泡灌洗液细胞占比最大，为69.24%。
而且，大多数整合序列的新冠病毒部分都来自于核衣壳（N），这与核衣壳RNA是新冠病毒亚基因组中最丰富的RNA[16]相一致，因此最有可能成为反转录和整合的目标。
Jaenisch和他的同事认为，上述数据支持新冠病毒能整合到感染细胞的基因组中，并产生整合病毒-细胞转录物的假说。
▲新冠病毒-NIAID
在前文中我们已经介绍过，新冠病毒有可能是借助于LINE-1反转录转座子或HIV-1反转录酶整合到人类基因组中。
为了证实这一猜想，Jaenisch和他的同事在HEK293T细胞中过表达人LINE-1或HIV-1反转录酶，然后用新冠病毒感染转导细胞。感染2天后，通过PCR或荧光原位杂交（FISH）检测细胞的病毒序列。
随后，研究人员从WHO获取靶向核衣壳的4个PCR引物组合，在细胞基因组DNA中检测到了新冠病毒核衣壳序列的存在，而且能克隆出全长的核衣壳DNA，Sanger测序结果也证实了这一点。
被荧光标记的探针检测结果显示，细胞核中确实存在核衣壳序列的信号。而且，在感染新冠病毒但没有过表达LINE-1反转录转座子或HIV-1反转录酶的细胞内，也在细胞核区域检测到核衣壳信号，尽管频率较低（约10%），这也意味着新冠病毒核衣壳RNA的整合是通过细胞内源性反转录酶活性实现的。
▲有无LINE-1对整合的影响
然而，还有个现实的问题是，虽然LINE-1反转录转座子在基因组DNA中占比较高，但是它的活性非常低，大约5000里面才有1个是有活性的[10，12]。既然LINE-1反转录转座子的活性这么低，那新冠病毒整合进人基因组真与它有关么？
为了解决上面的问题，Jaenisch和他的同事又调出了已发表的新冠病毒感染细胞的RNA测序数据。在这些数据中，他们发现：LINE-1的表达显著上调，并与整合序列的丰度相关。
细胞研究显示，当被新冠病毒感染时，CALU3细胞中LINE-1的表达上调了约3-4倍。至于新冠病毒感染促使LINE-1的表达上调的原因，是大家熟悉的细胞因子上。
Jaenisch和他的同事用含细胞因子的条件培养基培养骨髓细胞、小胶质细胞或CAR-T细胞，通过PCR分析发现内源性LINE-1表达上调了约2-3倍。而新冠病毒感染就会诱导细胞因子的产生，严重时甚至诱发细胞因子风暴[17]。
▲新冠病毒-NIAID
总的来说，基于以上所有数据，Jaenisch团队认为，他们的研究结果表明，新冠病毒感染诱发的细胞因子压力，诱导LINE-1的表达，进而促进了新冠病毒将遗传物质片段整合到人体细胞基因组中。
不过，通过反转录插入人基因组的新冠病毒序列很可能是亚基因组片段，因为整合序列大多富集在核衣壳序列处，这也就排除了产生感染性病毒的可能性。
简单地说，整合到人基因组中的新冠病毒片段，应该不会产生有感染能力的完整病毒。然而，由于被整合到人基因组中的新冠病毒片段可以被转录，这给很多康复者出现复阳的现象，提供了一个解释。
Jaenisch和他的同事非常关心的一个问题是：这些整合进人基因组的新冠病毒序列片段是否可以表达病毒抗原。如果可以的话，这又对疾病的进程和治疗有何影响。
当然了上述影响还取决于新冠病毒片段在基因组中插入的位置，这一点在HIV感染者中已经得到证实[18]。
因此，深入研究新冠病毒在患者基因组DNA中的整合位点，以及这些位点与疾病严重程度的相关性，或许将有助于阐明一些临床问题。
▲新冠病毒-NIAID
对于Jaenisch团队的这项研究成果，学术界褒贬不一。有人甚至提出严厉批评，认为这个研究不完整，没有确定新冠病毒在人基因组中插入的位点，不能排除是PCR扩增本身的问题，因此不能得出新冠病毒片段会插入人类基因组的结论[2]。
也有人对Jaenisch团队在这个时间点发表这篇文章感到震惊，因为现在恰逢mRNA疫苗上市之际，这个研究会引起大众对mRNA疫苗的担忧，他们甚至担心这篇文章被反疫苗的人利用[2]。
除了批评的声音之外，也有一些肯定的声音。例如，著名病毒学家、马里兰大学医学院人类病毒学研究所负责人Robert Gallo在接受《科学》采访时表示，这虽然不是一个完整的故事，但他仍然喜欢这个研究，而且猜测它应该是正确的[1]。
因发现反转录酶而获得诺贝尔生理学或医学奖的加州理工学院病毒学家David Baltimore将这项新工作描述为“令人印象深刻”，研究结果“出人意料”，Baltimore还认为“这项工作提出了很多有趣的问题”。
最后，无论如何，如Baltimore所言，这项工作提出很多问题。
编辑神叨叨
GIST领域过去二十年的发展，是癌症分子靶向治疗发展的一个经典的缩影。在过去的三个月里，奇点团队也试图从更高的视野俯瞰GIST领域发展的全景，为大家精心打造了一份GIST全景课程：《GIST学术前沿8讲》。
8讲课程涵盖了GIST治疗的最新进展，深度解析了不同靶向药物的作用机制，系统梳理了GIST领域全球范围内的重要研究，让您在100分钟内洞悉GIST前沿学术进展。
即刻开启GIST前沿学术之旅吧！
认证用户购买只需9.9元！
参考文献：
[1].https://www.sciencemag.org/news/2020/12/coronavirus-may-sometimes-slip-its-genetic-material-human-chromosomes-what-does-mean
[2].https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.12.12.422516v1
[3].He X, Lau E H Y, Wu P, et al. Temporal dynamics in viral shedding and transmissibility of COVID-19[J]. Nature medicine, 2020, 26(5): 672-675.
[4].Mina M J, Parker R, Larremore D B. Rethinking Covid-19 test sensitivity—A strategy for containment[J]. New England Journal of Medicine, 2020, 383(22): e120.
[5].Sethuraman N, Jeremiah S S, Ryo A. Interpreting diagnostic tests for SARS-CoV-2[J]. Jama, 2020.
[6].Lan L, Xu D, Ye G, et al. Positive RT-PCR test results in patients recovered from COVID-19[J]. Jama, 2020, 323(15): 1502-1503.
[7].To K K W, Hung I F N, Ip J D, et al. COVID-19 re-infection by a phylogenetically distinct SARS-coronavirus-2 strain confirmed by whole genome sequencing[J]. Clinical infectious diseases, 2020.
[8].Huang J, Zheng L, Li Z, et al. Recurrence of SARS-CoV-2 PCR positivity in COVID-19 patients: a single center experience and potential implications[J]. medRxiv, 2020.
[9].Yuan B, Liu H Q, Yang Z R, et al. Recurrence of Positive SARS-CoV-2 Viral RNA in Recovered COVID-19 Patients During Medical Isolation Observation[J]. 2020.
[10].Kazazian Jr H H, Moran J V. Mobile DNA in health and disease[J]. New England Journal of Medicine, 2017, 377(4): 361-370.
[11].Lee M H, Siddoway B, Kaeser G E, et al. Somatic APP gene recombination in Alzheimer’s disease and normal neurons[J]. Nature, 2018, 563(7733): 639-645.
[12].Brouha B, Schustak J, Badge R M, et al. Hot L1s account for the bulk of retrotransposition in the human population[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2003, 100(9): 5280-5285.
[13].Blanco-Melo D, Nilsson-Payant B E, Liu W C, et al. Imbalanced host response to SARS-CoV-2 drives development of COVID-19[J]. Cell, 2020.
[14].Huang J, Hume A J, Abo K M, et al. SARS-CoV-2 infection of pluripotent stem cell-derived human lung alveolar type 2 cells elicits a rapid epithelial-intrinsic inflammatory response[J]. Cell stem cell, 2020.
[15].Liao M, Liu Y, Yuan J, et al. Single-cell landscape of bronchoalveolar immune cells in patients with COVID-19[J]. Nature medicine, 2020: 1-3.
[16].Kim D, Lee J Y, Yang J S, et al. The architecture of SARS-CoV-2 transcriptome[J]. Cell, 2020.
[17].Mehta P, McAuley D F, Brown M, et al. COVID-19: consider cytokine storm syndromes and immunosuppression[J]. Lancet (London, England), 2020, 395(10229): 1033.
[18].Jiang C, Lian X, Gao C, et al. Distinct viral reservoirs in individuals with spontaneous control of HIV-1[J]. Nature, 2020, 585(7824): 261-267.
我们对新冠病毒的认知还非常有限
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
