8小時後,這種病毒爬進大腦,你一生都無法殺死它了

2021年11月27日10:40

  這種病毒,雖說名字裡有“單純”兩個字,可怎麼看都不單純……

  撰文 | 栗子

  審校 | Clefable

  有一種病毒。在全球50歲以下的人類中,37億人(67%)都是它的攜帶者。

  這種病毒叫做1型單純皰疹病毒。它和大多數病毒不同的地方,在於能入侵神經系統。大部分人在被感染後,可能不會有任何症狀;但也有少數不幸的人,會因此而致盲,或是患上危及生命的腦炎。

  所以,學界一直十分關注這種病毒的感染機制。科學家們已經知道,病毒在入侵細胞後,是靠一些馬達蛋白載著它前往細胞核,然後在那裡盡情繁衍;但他們並不清楚這些分子馬達究竟是如何被病毒操控的。

  而如今,有支研究團隊發現了一個奇妙的現象:病毒會在首次感染的細胞里抓住一種馬達蛋白,並策反它。等要進行下一輪感染的時候,就能讓它帶路。科學家把這項研究成果發表在《自然》雜誌。

  就用現成的交通設施

  如果把人體的一個細胞看作一個城市,市內有各種各樣的分子(蛋白質、核酸等),要往來於不同的街區,所以道路和交通工具必不可少。細胞城市里有一種軌道名叫微管,就是許多物質要走的“路”;軌道上跑著一些馬達蛋白,就是那些物質要乘坐的“車”。

  病毒入侵細胞時,也要借助這套交通設施,從某個不知名的角落跑到市中心:細胞核。只有進入細胞核,病毒才能把自己的遺傳物質,混進細胞原本的DNA里,讓細胞幫忙生產病毒繁殖所需的物質。由此,細胞變成了病毒製造廠,為後續的感染添磚加瓦。

  不過,假如病毒要感染一個神經元,可能就不像感染其他細胞那樣容易。畢竟,神經元有條很長的尾巴叫“軸突”。如果病毒從末端入侵,要先走過長長的微管到達神經元的細胞體,才有機會“一發入核”。

  所以,不是隨便什麼病毒都有能力攻陷神經系統。不過,1型單純皰疹病毒可以,狂犬病病毒或偽狂犬病病毒也可以,這類病毒就被稱作“嗜神經病毒”。科學家很想知道,這樣的病毒在利用馬達蛋白傳送自己的時候,是不是有一些超乎尋常病毒的能力。

  抓住它,策反它,留著用

  上文提到,細胞里有種軌道叫“微管”。在這軌道上跑運輸的馬達蛋白有兩種,一種叫動力蛋白(dynein),一種叫驅動蛋白(kinesin),病毒抓住它們,便可沿著軌道行進。而在兩種馬達蛋白中,對嗜神經病毒來說,驅動蛋白有著更特別的意義。

  科學家先用1型單純皰疹病毒(HSV-1)去感染了人類的視網膜色素上皮細胞(RPE)。假如你想問為什麼用上皮細胞,因為比起神經元,上皮細胞直接和外部環境接觸,在病毒來襲時常常首當其衝。

  這第一輪感染的結果是:當正常的上皮細胞被HSV-1病毒入侵,病毒的衣殼大部分都留在了細胞核膜上,代表那些病毒已成功進入細胞核;但當細胞里缺乏驅動蛋白的時候,病毒衣殼會大量堆積在細胞質中,也就是說進入細胞核的病毒比較少。

  科學家相信,在首輪感染過程中,細胞中的驅動蛋白可以幫助病毒攻入細胞核。

  接下來,就該進行二輪感染了。這次,團隊是在上皮細胞里培養HSV-1病毒,然後用這些病毒去入侵初級感覺神經元(primary sensory motor)。其中,一部分病毒是在(自帶驅動蛋白的)正常上皮細胞里培養,另一部分病毒則是在缺乏驅動蛋白的上皮細胞里培養。不過,它們要襲擊的神經元,都是自帶驅動蛋白的。

  既然神經元里已有驅動蛋白,那麼兩組病毒襲擊神經元時,應該都能順利攻入細胞核才對?

  但二輪感染的結果並非如此。用正常上皮細胞里培養好的病毒去感染神經元,衣殼大部分都在細胞核膜上,表示大量病毒已入核;而在缺乏驅動蛋白的上皮細胞里組裝出廠的病毒,能到達神經元的細胞核附近,但攻入核內的卻很少。

  也就是說,哪怕進行二輪感染的時候,環境中有驅動蛋白,也無法填補首輪感染時的驅動蛋白缺失。想到這裏,科學家們覺得病毒很可能在首輪感染的過程中,就把一些驅動蛋白帶出了上皮細胞,留待下輪感染時使用。

  這不止是猜測,研究人員依靠顯色實驗,證明HSV-1病毒的確把上皮細胞中的驅動蛋白帶到了細胞外。而在後續感染神經元時,病毒也真的用到了它們:

  具體說來,科學家對上皮細胞中常見的驅動蛋白進行了特殊替換,然後對神經元使用一種藥物,能讓攜帶特殊驅動蛋白的病毒在軌道(微管)上動彈不得。結果,在這種上皮細胞中培養的病毒,對神經元的感染能力果然下降,這足以說明病毒對上皮細胞中偷來的驅動蛋白有所依賴,神經元中的驅動蛋白難以取代。

  科學家解釋說,HSV-1病毒在抓住上皮細胞里的驅動蛋白後,會把它同化(assimilate)成自己的一部分,並給它新的用途——原本是替細胞傳送貨物的蛋白,被“綁架”後就只為病毒服務了。

  太毒了,怎麼防?

  研究人員還有一點想不明白,為什麼神經元里有驅動蛋白、病毒卻偏要“策反”上皮細胞的蛋白來用。不過,能搞清1型單純皰疹病毒是如何利用馬達蛋白,已經讓科學家十分欣喜:

  從神經元的末端到細胞體,大約需要8小時,走過神經元長長的軸突時,病毒主要依靠的是動力蛋白(Dynein);而從神經元的細胞核附近衝入核中,病毒則要靠驅動蛋白(Kinesin),其中還包括從上皮細胞里偷出的驅動蛋白。

  相比之下,許多平平無奇的病毒,準備去往下個細胞的時候,除了自身蛋白之外,幾乎不會再帶什麼額外的東西。如果想感染神經元,可能會顯得有些弱小。

  而科學家之所以尤其關心1型單純皰疹病毒,是因為它們一旦侵入神經系統,就幾乎不可能再被消滅。

  雖然,大多數人被感染後,病毒處在休眠或潛伏狀態,沒有什麼明顯症狀;但也有一部分人,在周圍神經系統被入侵後,會時而出現複發性感染;更有少數人的中樞神經系統(腦或脊髓)被攻陷,甚至受到生命威脅。

  這項新研究的作者之一、西北大學的格雷格·史密斯(Greg Smith)教授說:“我們很迫切地需要一種疫苗,來防止皰疹病毒進入神經系統。”而掌握1型單純皰疹病毒的感染機制,也算是為疫苗研發打開了新的大門。

  不過在疫苗誕生之前,你可能也想知道,有什麼情況能讓這種病毒無法感染。最直接的思路是,它需要驅動蛋白幫忙才能攻入細胞核,只要它抓不住驅動蛋白,我們就安全了吧?

  1型單純皰疹病毒,抓取驅動蛋白和動力蛋白,靠的是同一個抓手:pUL36蛋白。而同為嗜神經病毒的偽狂犬病病毒也有pUL36來抓取那兩種馬達。科學家改變了偽狂犬病病毒的遺傳物質,破壞掉pUL36與驅動蛋白的結合位點,讓病毒只能結合另一種馬達。他們發現,這樣的病毒完全進不到細胞核里,便無從複製、無從傳播了。

  也就是說,環境中缺乏驅動蛋白,只是讓這些嗜神經病毒的感染力下降些許,但失去驅動蛋白的抓手,則會讓它們真正“斷子絕孫”,無力攻克任何細胞。

  原論文:

  https://www.nature.com/articles/s41586-021-04106-w

  參考鏈接:

  https://www.eurekalert.org/news-releases/935029

  https://arstechnica.com/science/2021/11/herpes-viruses-steal-one-cells-protein-use-it-to-infect-another/

  https://www.sciencealert.com/herpes-viruses-have-a-surprisingly-devious-way-of-invading-our-nervous-system

  https://www.who.int/zh/news-room/fact-sheets/detail/herpes-simplex-virus

  本文轉自《環球科學》

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽