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人體8%DNA來自病毒 有助強化免疫系統

人體DNA中,有來自外來病毒的DNA,可以幫助人體抵抗其他病毒感染。(Shutterstock)
人體DNA中,有來自外來病毒的DNA,可以幫助人體抵抗其他病毒感染。(Shutterstock)

文/鄭元瑜(前臺北榮民總醫院感染科主治醫師)講述 整理/韓慧林
DNA是人體重要遺傳物質。科學家發現,人體有數以萬計的DNA片段來源於病毒,這些片段在久遠年代之前嵌入人體,並且代代相傳。近年研究發現,這些外來的遺傳物質,能強化和活化人體免疫系統。

《科學》(Science)雜誌2022年發表的研究顯示,人體DNA中,有來自外來病毒的DNA,可以幫助人體抵抗其他病毒感染。

研究發現,人體細胞分泌「抑制素」(Suppressyn)蛋白質,保護人體細胞,免於受到RD114病毒感染;研究團隊深入分析發現,人體製造抑制素的DNA,是由病毒帶來的。

研究團隊確信,這種病毒侵入的過程最早發生在人類祖先身上。一開始病毒就侵入生殖細胞,病毒基因代代相傳到今天,所以人體普遍擁有這種病毒基因。

由於這種病毒DNA的訊息「天生」存在於人體中,所以這些DNA片段的來源病毒被稱為「內源性反轉錄病毒」,而人體的DNA中,大約有8%的遺傳訊息屬於「內源性反轉錄病毒」。

反轉錄病毒 改變DNA

參照DNA遺傳訊息,人體可以製造出RNA,並進一步製造構成人體的必需蛋白質,而人體參照DNA製作RNA的過程,被稱為「轉錄」。

因為人體的DNA是需要保護的,因此科學家相信,DNA轉錄成RNA的過程應該是單向、不可逆。

然而反轉錄病毒的發現,出乎科學家意料之外,因為這種病毒可以參照自身的RNA,利用人體細胞,製造出帶有病毒DNA片段,置於細胞的DNA中。這也顯示生物體細胞內的DNA,可能被入侵和改變。

反轉錄病毒可以將本身的遺傳訊息,插入人體細胞的DNA中,改變細胞DNA,像是造成愛滋病的HIV病毒,以及造成肝炎的B型肝炎病毒,都是常見的反轉錄病毒。

至於人類DNA被改變之後,是不是就會變成電影中的「變種人」、「改造人」或「疆屍」之類?答案當然是否定的。

B型肝炎病毒只改變肝細胞,而HIV是針對人的輔助T淋巴細胞,身體其他細胞的DNA沒有被改變,也就是患者後代的DNA不會受到病毒影響。

但是如果反轉錄病毒感染生殖細胞,如精原細胞或卵原細胞,並改變其DNA,這種改變就可能遺傳給患者後代。

其他的動物,包括豬、猴子、猩猩等DNA,也含有內源性反轉錄病毒訊息。

外來DNA 如殘渣存留

開始發現人類的DNA有外來病毒片段時,科學家認為,這可能只是遠古病毒遺留下來的「化石」,並沒有功能,但是在克服這些病毒感染之後,存活下來的人類或動物,卻清除不掉這些外來的DNA,它們就像「殘渣」一樣存留在DNA中。

現今還未發現人體的內源性反轉錄病毒具有致病力或傳染力,但是已經確定,人體細胞能產生一種病毒實體,稱為「K型人類內源性反轉錄病毒」。

雖然至今只發現這一種完整的病毒,但內源性反轉錄病毒占據人體DNA的比例高達8%,其他各種各樣的反轉錄病毒的零件——RNA片段、蛋白質顆粒,也會從人體細胞中製造出來。

病毒DNA 對人體利弊

病毒DNA嵌入人類細胞,並代代相傳的過程中,這些病毒的DNA有些已經不完整,有些已經不活躍,有些甚至可以幫助人類。

還有一些內源性反轉錄病毒所製造的蛋白質,已經成為人體不可缺少的物質,例如:人體會產生「合胞素」(syncytin)蛋白質,可以穩定胎盤構造,如果缺乏合胞素,孕婦會出現胎盤相關疾病,如流產、胎兒生長受限、子癲前症等。

研究發現,編碼合胞素的基因,就是內源性反轉錄病毒帶來的。一旦合胞素異常出現在神經系統,可能與多發性硬化症、精神分裂症、躁鬱症等疾病有關;而其他一些內源性反轉錄病毒成分,可能與第一型糖尿病、類風濕性關節炎等自體免疫疾病有關。

關於嵌入人體DNA的病毒基因,壞的一面為自體免疫疾病,而好的一面能讓人體產生類似病毒入侵狀況,使免疫系統提早做出反應,由此可想見,人體先天遺傳到一個病毒基因,這個病毒對人類祖先原本是「入侵者」,代代相傳之後,免疫系統逐漸容許這些基因存在。

之後免疫系統是否有可能再把這些病毒基因當作外來「入侵者」,而發動攻擊,進而造成自體免疫疾病?這方面已經有研究發現初步的關聯。

人體內有十萬餘種內源性反轉錄病毒DNA片段,因此協助免疫系統抗病毒的方式不只一種,以下列出三種。(Shutterstock)人體內有十萬餘種內源性反轉錄病毒DNA片段,因此協助免疫系統抗病毒的方式不只一種,以下列出三種。(Shutterstock)

病毒DNA 抗病毒方式

人體內有十萬餘種內源性反轉錄病毒DNA片段,因此協助免疫系統抗病毒的方式不只一種,以下列出三種。

1.分泌抑制素
《科學》(Science)雜誌發表的研究指出,檢測家貓身上常見的RD114病毒,這種病毒能結合人體細胞表面受體,進而感染細胞。而人體細胞,則借用DNA中攜帶的內源性反轉錄病毒訊息,分泌抑制素。抑制素能干擾RD114病毒與人體細胞表面受體結合,起到抗感染作用。

研究發現,胎盤和胚胎幹細胞能高度表達抑制素基因,製造出抑制素蛋白質;人體還在胚胎階段,已經具備抵抗病毒的能力。

2.活化免疫系統
病毒入侵會激發人體產生抗體,但是製作抗體需要一定的時間,而且抗體只能對抗一種目標。

病毒入侵後,人體還會出現「雙股RNA」的物質,能觸發和活化先天免疫系統;這個過程不需要辨識病毒的具體特徵,可以迅速對抗不同種類病毒,具有廣效性。

研究發現,當外來病毒入侵時,有些細胞會啟動內源性反轉錄病毒基因,表達雙股RNA,號召免疫系統做出更強反應。

這是人體在不需要抗體的情況下,快速對抗病毒感染,而在針對A型流感的細胞實驗中,就有這樣的發現。

3.阻斷病毒入侵
病毒入侵細胞,並且大量複製,然後離開細胞,這個過程有很多複雜的步驟。人體細胞可以利用內源性反轉錄病毒的基因,製造出多種類似病毒的成分。

這些成分可以占據病毒原本需要結合的位置,如細胞入口處的受體,或是離開細胞的路徑,阻斷真正的病毒入侵。

還有一些其他成分可以干擾病毒活動,例如:干擾病毒複製過程,進而幫助人體對抗病毒。

人體每個細胞都有全套的DNA訊息,包括所有人體內源性反轉錄病毒的DNA片段。理論上,身體許多細胞都有使用這些病毒DNA的潛力,相當於人體一般細胞啟動「全民國防」抗病毒,而不只是依賴免疫細胞。◇