《细胞》新发现：大脑的反应这么快，还得感谢远古的病毒感染

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人类常以发达的头脑为傲，我们的大脑由数以亿计的神经细胞组成，无时无刻不在传送和分析信号，确保我们的生存和生活。

神经细胞传送信号的速度极快，与一种叫“髓鞘”的结构有密切关系。髓鞘是一种复杂的脂质组织，环绕在神经细胞向外输送信号的“电缆”——轴突上。有了髓鞘作为绝缘套，大量神经可以更紧密地聚集在一起，在不增加轴突粗细的情况下实现更快速的传导神经冲动。此外，髓鞘提供的局部代谢支持，让神经轴突能在更长的长度发挥作用。这些特点为大脑变得更复杂、身体形态更多样化提供了基础。

图片来源：123RF

但并不是所有动物的神经细胞都有髓鞘做伴。髓鞘的产生是脊椎动物演化史上的重大创新事件，最先出现于有颌类脊椎动物身上，在较为原始的无颌类脊椎动物中就没有发现髓鞘的存在。

最近，科学家们追溯髓鞘的形成历史，发现这种结构可能是被远古病毒感染的结果。研究人员发表在顶尖学术期刊《细胞》的论文指出，逆转录病毒内源化对于哺乳动物、两栖动物和鱼类的髓鞘产生发挥了重要作用。

在中枢神经系统中，髓鞘由少突胶质细胞负责生产。而在分析这类细胞的基因网络时，研究人员注意到一类被称为逆转录转座子（retrotransposon）的基因序列。

逆转录转座子是来源于逆转录病毒的一种遗传元件，这类序列在人类基因组中约占40%，然而人类对其功能的了解还很少。

▲生产髓鞘的少突胶质细胞（图片来源：参考资料[2]；Credit：Peggy Assinck, Altos Labs-Cambridge Institute of Science）

引起研究人员关注的这组序列被称为RNLTR12-int，其编码的RNA分子能与转录因子SOX10结合，从而调节髓鞘主要成分——髓鞘碱性蛋白（Mbp）的转录。实验中，人为抑制少突胶质细胞或其前体细胞中的RNLTR12-int转录产物，这些细胞便不再能产生Mbp。

研究人员进而在不同类型的动物中展开了查找，在所有有颌脊椎动物（包括鸟类、鱼类、爬行动物和两栖动物）中都发现了与RNLTR12-int相似的序列，而在无颌类脊椎动物以及无脊椎动物中则没有发现类似序列。

研究人员将这类与RNLTR12-int相似的基因序列命名为“逆髓鞘”（RetroMyelin）。他们进一步以斑马鱼和非洲爪蟾为模式生物，考察了“逆髓鞘”序列的功能，发现它们在鱼类和两栖类中调节Mbp转录与髓鞘形成的功能与在哺乳动物中是一致的。

▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）

这篇研究论文的共同通讯作者、剑桥大学的神经科学家Robin Franklin教授解释说：“有一种演化驱动力促使我们的神经轴突更快地传导信号，因为更快的信号传导意味着你可以更快地抓住东西或逃离危险。”

研究人员还进一步推测，这很可能是远古病毒感染的结果，他们根据22种不同脊椎动物类型中的逆髓鞘序列来看，很可能不同的动物类群通过趋同进化不约而同地发生了这类逆转录病毒的感染并侵入基因组的事件。

Franklin教授总结说：“要不是逆转录病毒把它们的序列插入了脊椎动物的基因组，髓鞘化就不会发生，而如果没有髓鞘的形成，就不会有如今我们看到的脊椎动物的多样性。”

参考资料：

[1] Tanay Ghosh et al., (2024) A retroviral link to vertebrate myelination through retrotransposon-RNA-mediated control of myelin gene expression. Cell Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.01.011

[2] Ancient retroviruses played a key role in the evolution of vertebrate brains. Retrieved Feb. 20, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1033905

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