如果没有病毒,我们中的任何一个人都不会出生。
2000年,一个波士顿科学家团队发现了人类基因组中一个独特的基因。它编码一种只由胎盘细胞产生的蛋白质。他们称之为合胞素。
制造合胞素的细胞仅位于胎盘与子宫接触的地方。它们融合在一起形成一个单一的细胞层,称为合胞滋养层,这对胎儿从母亲那里吸收营养至关重要。科学家们发现,为了融合,细胞必须先产生合胞素。
合胞素的独特之处在于它不是人类基因。它带有病毒基因的所有特征。
数亿年来,病毒一直潜伏在我们祖先的基因组中。它们通常通过感染卵子或精子,将自己的DNA插入我们的DNA中。人类基因组中已知有10万个病毒片段,占我们DNA的8%以上。大多数病毒DNA由于发生了大量突变,已经变成了我们物种一代又一代携带的负担。然而,有些病毒基因仍然能在我们的身体中产生蛋白质。合胞素似乎是我们自身生物学中一个极其重要的基因。最初,合胞素允许病毒将宿主细胞融合在一起,以便它们可以从一个细胞传播到另一个细胞。现在,这种蛋白质使得婴儿能够与母亲融合。
事实证明合胞素并非人类特有。黑猩猩在基因组的相同位置拥有相同的病毒基因。大猩猩也是如此。猴子也是。更重要的是,这个基因在不同物种之间惊人地相似。解释这种模式的最佳方式是,赋予我们合胞素的病毒感染了灵长类动物的一个共同祖先,并执行了一项重要功能,该功能自那时以来一直受到自然选择的青睐。后来,法国病毒学家 Thierry Heidmann 和他的同事们发现了人类和其他灵长类动物中合胞素的第二个版本,并将其命名为合胞素1和合胞素2。这两种病毒蛋白似乎对我们的健康都很重要。在妊娠毒血症(一种使孕妇血压危险升高的疾病)中,合胞素1和合胞素2的水平急剧下降。合胞素2还执行了另一个病毒技巧,以帮助它的人类宿主:它有助于抑制母体免疫系统,使其不会攻击婴儿作为外来组织。
2005年,Heidmann 和他的同事们意识到,合胞素不仅仅用于灵长类动物。在研究小鼠基因组时,他们发现了两个合胞素基因(称为A和B),它们也在胎盘的相同区域产生。这一发现使科学家们能够彻底测试合胞素对哺乳动物的重要性。他们关闭了小鼠胚胎中的合胞素A基因,发现它们在大约11天后死亡,因为它们无法形成合胞滋养层。因此,很明显,这种病毒对其永久宿主至关重要。
然而,尽管名字相似,灵长类动物和老鼠的合胞素并没有共同的历史。合胞素1和2来自与合胞素A和B完全不同的病毒。2009年,当Heidmann在兔子中发现另一种来自完全不同病毒的合胞素基因时,合胞素的故事变得更加复杂。他们在几种不同的兔子物种中发现了这种额外的合胞素(称为合胞素-Ory1),但在兔子近亲的鼠兔中却找不到。因此,它们自己的胎盘辅助病毒一定是在不到3000万年前感染了兔子的祖先。
现在,Heidmann 又在哺乳动物的古老历史中发现了一种病毒。这种病毒存在于狗和猫中——以及属于哺乳动物树的食肉目分支的熊猫、鬣狗和其他所有哺乳动物。在他们研究的每一种食肉动物中,他们都发现了相同的合胞素基因,他们将其命名为合胞素-Car1。在每个物种中,它都惊人地相似,这表明它在数百万年来一直因一项重要功能而受到强烈的自然选择。但在食肉动物最近的近亲穿山甲中却缺失。这里的图示来自作者,展示了他们如何看待这种演化过程。在食肉动物的祖先与8500万年前的其他哺乳动物分化后,它们感染了一种病毒,该病毒最终对其胎盘至关重要。
现在浮现的大图景相当惊人。病毒如雨点般降临到哺乳动物身上,至少在六次机会中,它们被宿主捕获并开始执行相同的功能:构建胎盘。完整的故事情节必须等到科学家们对每一种有胎盘的哺乳动物都搜索过来自病毒的合胞素后才能揭晓。但在此期间,有一个有趣的事情值得考虑。一些科学家尚未研究过的哺乳动物,如猪和马,它们的胎盘不像我们那样具有开放的细胞层。科学家们提出了各种解释,主要是通过研究不同种类哺乳动物的生物学差异。但答案可能更简单:猪和马的祖先可能从未感染过那种合适的病毒。
(关于我们内在的病毒的更多信息,请参阅我2010年为《纽约时报》写的这篇文章以及我去年写的书《病毒星球》。)
[顶部图片:列奥纳多·达·芬奇绘制的人类胎儿草图。来自《环球达芬奇》]













