新冠患者复阳，是因为病毒整合到了他们的基因组？
pixabay.com
撰文 | 计永胜
责编 | 陈晓雪
● ● ●
在抗击新冠肺炎疫情的过程中，部分新冠肺炎患者在康复后会出现核酸检测复阳的情况。但是，我们并不能从复阳人群中分离出病毒，说明核酸检测复阳可能并非由病毒再感染引起。
最近，美国麻省理工学院的一个研究为新冠患者复阳提供了一个可能的解释：他们通过体外细胞实验，发现新冠病毒（sars-cov-2）的核酸片段能整合到感染细胞的基因组中。这篇未经同行评审的论文于2020年12月13日发表在预印本网站biorxiv [1]。
“这篇文章有趣，也有潜在意义，但需审慎对待。体外实验的结果未必完全在病人实体上得到验证。” 病毒学家、美国俄亥俄州立大学教授刘善虑接受《知识分子》采访时评论说。
他表示，虽然别的非逆转录病毒，像rna病毒包括埃博拉，整合到脊椎动物基因组的情况之前也曾报道过，但是新冠病毒基因整合到病人基因组的几率很小，也未必会有生物学和病理意义。“真若有整合到人体基因组的情况，根据整合位点的不同，有可能对正常细胞功能和外源病毒感染都会有影响。无论如何，这方面需要更深入的研究。”
病毒学家、香港大学李嘉诚医学院生物医学学院教授金冬雁对该研究持类似看法。他表示，即使新冠病毒的rna可以整合到人的基因组中，大家也不要恐慌，因为这些病毒只是碎片，而且被感染的细胞还会死亡，不会对人体带来实质性的影响。
“文章中来自自然感染细胞的数据极少也不确定。在受感染者支气管肺泡灌洗液的脱落细胞中，只有百万分之一到几的序列可能来自新冠病毒与细胞rna的嵌合体。因此很难排除实验假象或误差，无法证明sars-cov-2的核酸片段能整合到自然感染的细胞中。”金冬雁表示。
因发现逆转录酶而获得1975年诺贝尔生理学或医学奖的加州理工学院教授大卫·巴尔的摩（david baltimore）在接受《科学》杂志采访时也表示，“我们也不清楚在人体中含有这种核酸片段的细胞到底是存活很久还是死亡了。这项研究引发了很多有趣的问题。” [2]
在生物学的中心法则中，dna的 “信息” 会被转录成rna，rna的“信息”再次翻译成有功能的蛋白质，而以rna为模板合成dna的过程就是逆转录。众所周知，新冠病毒是rna病毒。正常情况下，它利用rna聚合酶进行核酸复制，并直接“读取”自身rna信息合成蛋白质，最后组装成病毒颗粒，完成增殖。
麻省理工学院生物系怀特黑德生物医学研究所（whitehead institute for biomedical research）鲁道夫·耶尼施（rudolf jaenisch）研究团队想知道，sars-cov-2的rna片段是否可以通过逆转录整合到人类基因组中去。
科研人员首先对sars-cov-2的感染细胞（包括直接分离于新冠患者的支气管肺泡灌洗液的细胞样本）的rna测序数据进行了分析，发现很多rna片段属于嵌合型——既有人的序列信息，也有病毒的序列信息。在嵌合的病毒核酸序列中，sars-cov-2的核衣壳rna（n序列）所占比率最高。并且，样本中sars-cov-2病毒载量越高，相应地嵌合型的rna片段也就越多。作者认为，这提示sars-cov-2的rna可能通过逆转录整合到病人的基因组了。
rna如果逆转录就需要一个工具，就是逆转录酶（reverse transcriptase），而逆转录酶可以把rna转变成dna。
随后，研究人员做了一个“理想化”实验，人为地让hek293t细胞高表达line-1（一种基因调控原件，约占人类基因组的17%，可编码逆转录酶，将病毒核酸片段整合到人类基因组），然后再用sars-cov-2感染这类细胞。这里需要解释的是，hek293t是一种衍生自人胚胎肾细胞的细胞系，常用于生物蛋白的表达，以及重组逆转录病毒的制造。
两天后，研究人员提取了细胞基因组，并用世界卫生组织（who）提供的引物做了核酸检测，n序列片段阳性。甚至如果细胞中line-1表达量足够高的话，n序列可以完整嵌合到基因组。研究人员还发现，n序列（rna）的确定位在细胞核，提示可能是n序列嵌合到基因组后又发生了转录。
图1. sars-cov-2的n序列（rna）定位在高表达line-1的hek293t细胞核。（图源：参考文献[1]）
那么，sars-cov-2自然感染呼吸系统细胞会是什么情况呢？
该研究发现，sars-cov-2感染人肺腺癌细胞calu3（并非分离于人体的原代细胞）后，细胞内line-1水平升高了3-4倍，并且在细胞基因组检测到病毒n序列。
图2. sars-cov-2感染calu3后引起line-1水平升高，细胞基因组检测到n序列。（图源：参考文献[1]）
sars-cov-2感染后会引起机体免疫应答，免疫细胞会提升细胞因子（多种免疫调控蛋白的统称）表达量，甚至发生“细胞因子风暴”，也即短期内细胞因子表达量剧增。在该项研究里，科研人员发现用含有多种细胞因子的条件培养基处理calu3细胞后，line-1水平也上升了。
图3. 细胞因子孵育引起calu3的line-1水平升高（图源：参考文献[1]）
研究人员认为，sars-cov-2感染引起细胞因子水平升高，会诱导宿主细胞逆转录原件line-1表达升高，进而协助将sars-cov-2的核酸序列嵌合到细胞基因组。这些嵌合的核酸序列主要是核衣壳序列，可以再次转录成rna，但不会生产出病毒颗粒。因此，这就可以解释为什么核酸检测复阳但查不到病毒。
文章最后还指出，鉴于sars-cov-2的核酸片段能整合到宿主基因组，“常规的核酸检测方法可能不会很好地反映抗病毒疗法真实的病毒清除效力”。
不过，需要说明的是，该项研究只停留下体外实验层面，并没有直接证据说明，临床患者或康复者的细胞基因组有嵌合的sars-cov-2的核酸片段。
学术界对该研究结果的看法普遍比较谨慎。有学者认为，要得出sars-cov-2的核酸片段与感染细胞的基因组整合的结论，这篇论文涉及到的实验还远远不够。
研究hiv病毒的美国国立卫生研究院博士后研究员王宇歌评论说，研究中使用的细胞系calu3不是人的呼吸道上皮细胞，与人呼吸道上皮细胞line-1表达情况完全不同。
“在苛刻的人工培养条件下，在体外的calu3细胞系中的sars-cov-2感染可以激活line-1对该病毒的逆转录过程，这一现象极难转化为自然情况下人体感染sars-cov-2的情况。”王宇歌在微博上写道。
金冬雁指出，“line-1作为一个逆转录转座子，可能会因新冠病毒的感染得到一定程度的激活，以往在其他病毒感染过程中也曾发现，但不等于就会引起病毒rna的逆转录及其产物与细胞基因组的整合。”
他表示，如果真的有整合，还需要在dna进行检测，“在蛋白质水平也应该能检测出来”，“只在rna的水平检测还是不作数的。”
“如果要令人信服地严谨证明新冠病毒可以整合到基因组，需要病人和模式动物基因组深度测序结果，再加上高质量病人样本的dna原位荧光杂交定位病毒。” 德国癌症研究中心研究员刘海坤评论说，这篇论文作者用的实验并非最高标准实验，其结果还有别的解释可能。
“目前的论文的确有别的可能性解释，需要进一步实验验证别的可能性，但我想这篇文章送审的时候会受到严格评审。”刘海坤告诉《知识分子》。
“针对各种评论，尤其是批评的声音，论文通讯作者鲁道夫·耶尼施表示，“我们正在努力回应解决这些批评。大家不用担心。” [2]
参考文献
[1]liguo zhang, alexsia richards, andrew khalil, et al,. sars-cov-2 rna reverse-transcribed and integrated into the human genome. biorxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2020.12.12.422516;
[2]https://www.sciencemag.org/news/2020/12/coronavirus-may-sometimes-slip-its-genetic-material-human-chromosomes-what-does-mean
制版编辑 | 卢卡斯
