2021年11月27日 10:40 新浪科技綜合 這種病毒,雖說名字裏有「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,然後在那裏盡情繁衍;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裏抓住一種馬達蛋白,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》雜志。 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。 細胞城市裏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裏,讓細胞幫忙生產病毒繁殖所需的物質。 由此,細胞變成了病毒制造廠,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,細胞裏有種軌道叫「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沖。 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;但當細胞裏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,團隊是在上皮細胞裏培養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)正常上皮細胞裏培養,另一部分病毒則是在缺乏驅動蛋白的上皮細胞裏培養。 不過,它們要襲擊的神經元,都是自帶驅動蛋白的。 既然神經元裏已有驅動蛋白,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。 用正常上皮細胞裏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裏組裝出廠的病毒,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裏的驅動蛋白後,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,為什麼神經元裏有驅動蛋白、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沖入核中,病毒則要靠驅動蛋白(Kinesin),其中還包括從上皮細胞裏偷出的驅動蛋白。 相比之下,許多平平無奇的病毒,准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裏,便無從複制、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: 參考鏈接: 《8小時後,這種病毒爬進大腦,你一生都無法殺死它了》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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8小時後,這種病毒爬進大腦,你一生都無法殺死它了
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