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倒楣的愛滋病毒,壹住到基因沙漠、不得翻身

約有 0.5% 的患者,不需要服藥、體內病毒絕少發作,猶似永遠被冷凍著。那些人,被稱為「菁英控制者 (elite controllers) 」

上世紀末發明的抗反轉錄病毒療法 (antiretroviral therapy / ART),扭轉了人類和愛滋病毒之間的關系註1、有效地控制了病毒在人體內的肆虐。但科學界驚奇地發現, 有些患者不需要吃藥,體內的病毒也幾乎不會爆發 ,這是怎麽回事呢?

好奇怪啊,「菁英控制者」患者,為什麽不用吃藥?

愛滋病毒將自己基因鑲入宿主細胞的 DNA 中,數年後再大肆復制、產生巨量後代。而約有 0.5% 的患者,不需要服藥、體內的病毒似乎絕少發作,猶似永遠地被冷凍在細胞中。那些天生就能壓制病毒的患者,被稱為「菁英控制者 (elite controllers) 」。

有些患者不需服藥,病毒也絕少發作,像是有魔法控制壹樣。giphy

《自然 (Nature) 》期刊近日發了兩篇文章 [1, 2],闡述了菁英控制者體內的病毒,很可能是 住到染色體的冷門地段,無法從基因被轉錄成病毒蛋白質 ,變成壹段永無功能的病毒基因。

哈佛–麻省理工和波士頓布萊根婦女醫院 (Brigham and Women’s Hospital) 團隊研究了「菁英控制者」和服用藥物的壹般患者,她們體內的被感染細胞 DNA 。想了解菁英控制者裏的病毒基因,發生了什麽事?以及「住到」了宿主 DNA 的那些位置?

「菁英控制者」體內的病毒,沒有壞掉啊。那為什麽不發作?

團隊發現,在「菁英控制者」細胞裏,病毒基因的拷貝數較少。換言之,鑲入宿主染色體裏的病毒量較低(如下圖 1a )。此觀察合乎常理(「菁英控制者」絕少發病),然而,接下來的發現就耐人尋味了。

和壹般服藥的患者相比, 「菁英控制者」 細胞裏的病毒基因們, 完整、不帶缺陷的比例反而比較高 (如下圖 1c )!顯示了 「菁英控制者」細胞裏的病毒基因,具備復制、被轉錄能力 ;然而,這群不吃藥的 「菁英控制者」鮮少發病,血中的病毒量長年維持在低點 。體內的病毒基因雖然完整,但它們仿佛被冷凍了壹樣,似乎從來不發病(或鮮少)(如圖 2 )。為什麽?

圖 1:(a)「菁英控制者」和壹般服藥者細胞裏,病毒基因數的頻率。 (b)「菁英控制者」和壹般服藥者細胞裏,病毒基因狀態的比例。參考文獻 2 圖2:兩名「菁英控制者」的 CD4 T細胞(藍線),和血中病毒濃度變化(紅線) 註2。 箭頭為患者抽血、提供數據的時間。參考文獻 2 「菁英控制者」體內的病毒基因,住到不能被轉錄的沙漠裏了

進壹步觀察,「菁英控制者」體內的 病毒基因 多樣性, 發現極低的多樣性 。仿佛病毒鑲入宿主 DNA 後,從此不再復制、被轉錄;僅能透過受感染 T 細胞的有絲分裂增加病毒基因,無法透過產生大量子代病毒、感染更多新細胞。因此只能以最原始的狀態保留病毒基因。

這些病毒基因鑲入宿主 DNA 後,從此不再被轉錄,只能以最原始的狀態保留病毒基因。giphy

而基於上述觀察,團隊假設這些病毒基因,可能 鑲入到染色體裏某些不轉錄的區域 。檢視病毒基因在「菁英控制者」染色體的位置,團隊證實了她們的假設。病毒的基因集中在不轉錄的區域(作者暱稱: 基因沙漠/gene deserts )(如圖3),如:

圖3:壹名「菁英控制者」的細胞中,病毒基因在染色體裏的位置。參考文獻 2 微觀上,「菁英控制者」體內的病毒基因也被抑制

而「菁英控制者」裏的病毒基因,除了住到不轉錄的 DNA沙 漠外;在 微觀上,也發現到被甲基化、沈默的特征 。如下圖 4,和壹般服藥者相比,「菁英控制者」裏的病毒基因, 大幅度被甲基化(超過 90% )的比例更高

圖 4:「菁英控制者」和壹般服藥者裏,不同程度被甲基化的病毒基因的比例。參考文獻 2 「菁英控制者」體內的病毒住到爛套房,是因,還是果?

最後,團隊討論了「菁英控制者」體內病毒基因的差異,以及她們長期不發病的關系,是因( 因為病毒基因住到爛套房,使「菁英控制者」不發病 ),還是果( 其他因素抑制了病毒,而基因住到爛套房現象,是結果 )呢?

團隊討論裏,偏向「 是原因,同時也是結果 」。她們認為「菁英控制者」最初被感染時,部分被感染的細胞,病毒基因可以被轉錄,因此被辨認而清除;而其他被感染的細胞,它們體內病毒基因被蛋白質緊密包裹、不被活化、轉錄;因為沒有表現出病毒的蛋白質,反倒沒有被認出來,因此沒有被殺害。隨著時間流逝,它們殘活下來,並帶著病毒基因持續地活下去。

圖5:作者推論「菁英控制者」體內病毒和細胞***生的過程。參考文獻 1 參考文獻

1. Nicolas Chomont (2020) HIV enters deep sleep in people who naturally control the virus. Nature. DOI: 10.1038/d41586-020-02438-7

2. Chenyang Jiang, Xiaodong Lian, Ce Gao, Xiaoming Sun, Kevin B. Einkauf, Joshua M. Chevalier, Samantha M. Y. Chen, Stephane Hua, Ben Rhee, Kaylee Chang, Jane E. Blackmer, Matthew O *** orn, Michael J. Peluso, Rebecca Hoh, Ma Somsouk, Jeffrey Milush, Lynn N. Bertagnolli, Sarah E. Sweet, Joseph A. Varriale, Peter D. Burbelo, Tae-Wook Chun, Gregory M. Laird, Erik Serrao, Alan N. Engelman, Mary Carrington, Robert F. Siliciano, Ja M. Siliciano, Steven G. Deeks, Bruce D. Walker, Mathias Lichterfeld & Xu G. Yu -Show (2020) Distinct viral reservoirs in individuals with spontaneous control of HIV-1. Nature. DOI: //doi/10.1038/s41586-020-2651-8

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