远未散去的幽灵,病毒复活驱动衰老!

病毒与人类之间的协同进化关系源远流长,它们之间的交锋从未随时间停止过。在这场旷日持久的战争中,一方面,病毒使人类饱受疾病困扰,甚至死亡,并在此过程中对人类基因组不断地利用与改造。另一方面,人类的免疫系统会积极对抗病毒的入侵,使得整合到人类基因组中的病毒序列逐渐被宿主细胞的遗传调控系统接管,协同进化。内源性逆转录病毒(Endogenous Retrovirus, ERV)是数百万年前远古逆转录病毒入侵整合到人类基因组的遗迹——“古病毒化石”。

 

在漫长的岁月里,大量ERV的遗传信息被人类细胞俘获,并经过突变、缺失等变异成为人类基因组中的“暗物质”潜伏下来,占据了人类基因组序列的8%左右,成为重要的基因记忆。人类与ERV可谓“魔高一尺道高一丈”,然而在生命的孕育及演化中又貌似呈现出和谐共生的景象。
衰老是人类慢性疾病的最大危险因素。细胞衰老是机体衰老及各种衰老相关疾病发生发展的重要诱因,表观遗传的程序化改变被认为是决定细胞衰老进程的关键因素。人类基因组潜藏着诸多“老化”信号,这些衰老信息流通常受到表观遗传的严密调控而处于沉默状态,但在增龄过程中,由于表观遗传的失序,这些“老化”信号逃离管控,进而激活启动细胞内的一系列衰老程序。
中国科学院动物研究所和中国科学院北京基因组研究所的研究团队,首次发现了年轻的ERV亚家族在细胞衰老过程中被再度唤醒,提出了古病毒复活介导衰老程序化及传染性的理论,并且创新性地发展出阻断ERV古病毒复活及扩散以实现延缓衰老的多维干预策略。

 

研究人员利用团队建立的不同衰老研究体系(包括儿童早衰综合征、成年早衰综合征、复制性衰老、生理性衰老的人间充质干细胞模型,人成纤维细胞衰老模型,以及小鼠、猴和人的生理性及病理性多器官衰老模型),结合高通量链特异性转录本测序、全基因组DNA甲基化测序、高分辨率单分子RNA原位杂交、免疫电镜和高灵敏的液滴数字PCR等多学科交叉技术,发现衰老细胞中表观遗传去抑制(如异染色质减少)导致基因组中ERV的转录激活并翻译出病毒蛋白,进而包装成为病毒颗粒。
该研究系统定义并揭示了衰老诱导的内源性逆转录病毒复活(aging-induced resurrection of endogenous retrovirus, AIR-ERV)可以作为细胞、器官乃至机体衰老的驱动力及度量标志物,为衰老的程序化、级联放大和可干预性提供了全新的理论依据,为人类衰老的科学评估和预警、衰老及衰老相关疾病的防治提供了重要的线索和思路。
该研究提示病毒密码在远古时代便已融入人类的衰老及寿命调控程序,解码基因组中的古病毒元素将有助于深刻理解人类衰老的机制、健康长寿的规律以及多种老年疾病的诱因。ERV古病毒的复活或许为认识衰老的“潘多拉魔盒”提供了一条崭新的路径。“魔盒”的开启为理解衰老规律开辟了新的科学疆域,更为防治老年疾病带来了全新的希望。