这种病毒让兔子长出鹿角,还致人患上致命癌症

  • 日期:08-24
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全球科学

作者| Carl Zimmer

翻译|刘

在Dede继续参加各种“怪异表演”以谋生之后,人们给了他一个奇怪的名字“Tree Man”。不是因为他把自己打扮成一棵树,而是他的手和脚不停地生长着肉芽,像树干一样伸展。这个印第安纳州男孩从十几岁起就像一只肉芽蝎子一样长大,因为他无法正常工作,不得不参加巡回演出。 2007年,医生从他身上切下了近12磅的蟑螂。然而,新的蟑螂将继续增长,Dede必须继续接受手术。事实证明,Dede中的这些莫名其妙的增生是由病毒引起的。它的名字是乳头瘤病毒,英语是乳头状瘤病毒(乳头来自拉丁语,意思是“芽”),表明受感染的细胞会从芽中生长出来。这个名字生动地描述了病毒的影响。

兔子与鹿角

在20世纪中叶,科学家们首次发现了这种病毒,而发现的过程与“鹿茸兔子”的传说密切相关。在美国怀俄明州的街道上出售的明信片中,你可以很容易地看到在草原上跳跃的“鹿茸兔子”的照片。它看起来像一只带有一对鹿角的兔子。当地有一个传说,这个神奇的生物活跃在附近的丛林中。

b3b8-ichcymw6608173.jpg明信片上绘制的“鹿茸兔子”

从某种意义上说,这个传说是发明的。大多数鹿茸兔子只是诡计。人们只是将鹿角贴在兔子头上。但像大多数传说一样,鹿角兔的故事有一个原型。有些兔子的头上会长出一个角状物质。

美国洛克菲勒大学(Rockefeller University)的科学家理查德舒普(Richard Shope)听说了雄鹿狩猎的故事。他让他的朋友抓住他的一个来分析“鹿角”是什么。此前,夏普的同事弗朗西斯劳斯(Francis Rous)对鸡进行了实验,发现这种病毒会导致大量肿瘤。当时许多科学家对此表示怀疑,但夏普想知道兔子头上的角是否也是由某些病毒引起的肿瘤。

为了测试这个猜想,Shoop研磨角落,将它们溶解在液体中,并用陶瓷过滤它们。这种陶瓷很特别,中间有微孔,只有足够小的病毒可以通过。接下来,夏普将过滤后的液体涂抹在兔子的头上,健康的兔子很快就长出了一个角。该实验不仅表明“鹿角”含有病毒,而且还表明它们是被感染细胞“制造”的。

在确认了他的猜测之后,夏普将他的样品递给劳斯并要求他继续他的研究。此后,劳斯还试图将含有病毒的液体注入兔子体内。这种手术并没有像以前那样使兔子成长为无害的角度,但它会导致可怕的癌症。接受注射的兔子全都死了。 1966年,罗尔斯因发现病毒与癌症之间的联系而获得诺贝尔生理学或医学奖。

Short和Rolls的发现为科学家开辟了道路,许多研究人员开始寻找其他动物的奇怪颠簸。奶牛经常在皮肤上生长大而变形的增生。事实上,从海豚,老虎到人类,几乎所有的哺乳动物都能长大。在极少数情况下,有些人也会像鹿角一样发展肿块。

真正的宫颈癌谋杀

在20世纪70年代,德国科学家Harald zur Hausen推测乳头瘤病毒对人类的损害可能远远超过皮肤的生长。他怀疑女性宫颈癌可能与这种病毒有关。以前的研究表明宫颈癌的传播途径与性传播疾病相似。例如,修女患宫颈癌的可能性比其他女性低得多。一些科学家怀疑某种性传播病毒会导致宫颈癌。乳头状瘤病毒具有导致癌症的“前身”,因此Howson针对乳头状瘤病毒。

如果想法是真的,应该在子宫颈的肿瘤组织中检测到病毒。豪森发现了一些组织切片并稍微整理了他们的DNA。直到1983年,他终于在样本中发现了乳头瘤病毒的遗传物质。随着研究的进展,他还证实了样本中的各种不同的乳头瘤病毒株。直到今天,科学家已经鉴定出数百种人乳头瘤病毒(缩写为HPV)菌株。 Hausen还获得了2008年诺贝尔生理学或医学奖。

值得注意的是,所有宫颈癌都是从HPV感染开始的,HPV感染尤其擅长感染上皮细胞(构成我们皮肤和粘膜的大部分)。病毒的基因最终进入宿主细胞的细胞核,并在细胞自身的DNA中混合。此时,细胞一起读取HPV基因并将其用作模板以产生蛋白质。正是这些病毒蛋白的存在导致细胞发生变化。

与其他病毒不同,HPV并不急于杀死宿主细胞,但允许宿主细胞自我复制以产生更多可以宿主的细胞。宿主细胞越多,产生的病毒就越多。此外,人体的多种细胞在儿童时期迅速生长,然后逐渐减慢甚至完全停止。但HPV感染的上皮细胞不会,它们会继续生长。这些细胞最初由表皮层下面形成。上皮细胞在推动新细胞时分裂。当它们分开并向上移动时,这些细胞变得越来越不像自己,它们合成了许多较硬的角蛋白(角蛋白也是指甲和马蹄铁的主要成分)。角蛋白可保护大多数表面皮肤免受阳光,化学物质和极端温度的影响。表皮细胞最终会死亡,下面的细胞将继续向外推动新生细胞,就像波浪后的波浪一样。

面对上皮细胞的这种变化,HPV必须找到避免被推到死亡结束的方法。因为感染HPV的细胞会继续向上移动直至死亡。病毒可以感知宿主细胞被推出,他们必须改变他们的策略。一开始,病毒会使细胞分裂得更快;当它接近体表时,它将改变策略并让宿主细胞产生更多病毒。当宿主细胞到达身体表面时,它会在破裂时释放大量HPV,试图感染新宿主。

打破平衡

在HPV感染的大多数情况下,病毒和宿主之间保持和平。虽然受感染的细胞会迅速生长,但它们会一个接一个地死亡,所以它们不会对人体造成严重伤害。在被推到最外层的过程中,新病毒还将找到通过皮肤接触和性接触感染新宿主的方法。身体的免疫系统也参与其中,将受感染的细胞排出体外,从而保持微妙的平衡。 Dede充满分支样增生的原因是因为他有遗传缺陷,身体无法控制。

宿主和病毒之间的平衡已经存在了数亿年。为了重建乳头状瘤病毒的进化史,科学家们比较了不同菌株的基因序列,并研究了它们可以感染的宿主。结果表明,乳头瘤病毒不仅感染人类,兔子和奶牛等哺乳动物,还感染其他脊椎动物,如鸟类和两栖动物。每种特定菌株通常仅感染一种或几种密切相关的物种。

慕尼黑大学的Marc Gottschling基于这些病毒之间的联系,推断出3亿年前陆地上最早的卵生脊椎动物(现在是哺乳动物,鸟类和两栖动物)祖先已携带乳头状瘤病毒。

随着进化的进展,古代动物逐渐演变成不同的分支,并且它们上的乳头状瘤病毒进化。一些研究人员推测这些病毒似乎具有许多不同的功能,可以特异性地感染宿主体内的某些表面或粘膜。例如,导致痰的病毒特异性地感染皮肤细胞;另一类感染口腔和其他开口处的粘膜。大多数乳头状瘤病毒可以与宿主和平共处。在健康的马中,2/3携带BPV1和BPV2乳头瘤病毒。不幸的是,一些菌株已经演变成更具致癌性,科学家们不知道它们背后的原因。

经过数千代的进化,乳头状瘤病毒在一些宿主中稳定良好,但偶尔会跳到新物种。有些动物远非与人类有关,例如马,但乳头瘤病毒与HPV之间的关系非常接近;有些动物与人类密切相关,如猿,但它们有乳头瘤病毒。与HPV的关系相对较远。也许病毒想要跨物种传播,只有皮肤接触就足够了。

鄙视疫苗

2014年的一项研究调查了103名健康受试者,其中71人(约69%)检测到HPV。但该病毒并未对大多数携带者造成伤害。美国约有3000万妇女携带HPV,每年只有13,000人患上宫颈癌。

俄勒冈州立大学的Natalia Shulzhenko及其同事推测,当HPV病毒的部分遗传物质“不小心”整合到宿主细胞的DNA中时,HPV可以诱发癌症。受感染的细胞迅速复制,在增殖时产生新的突变。这些细胞不像正常细胞那样自然老化和死亡,但总是存在。它们也不会从组织表面脱落,而是逐渐形成从组织表面凸出并挤压周围正常组织的肿瘤。

对于大多数癌症,避免生病的最佳方法是降低细胞中发生危险突变的可能性。例如,戒烟,避免接触导致癌症的化学物质,以及吃健康食品。为避免宫颈癌,还有另一种选择方法:接种疫苗。 2006年,世界上第一种HPV疫苗被批准在美国和欧洲进行营销。这些疫苗含有HPV的外壳蛋白,我们的免疫系统学会在注入人体后识别HPV。一旦真正的病毒侵入人体,免疫系统将迅速反叛并快速清洁HPV。

疫苗的使用也引起了美国的争议。葛兰素史克是主要的疫苗生产商之一,他们建议儿童在11至13岁时接种HPV疫苗。有些家长担心这样的举措会鼓励孩子进行婚前性行为。因此,到目前为止,疫苗的接种率并不高。 2013年,只有35%的男孩和57%的女孩在13岁之前接种了HPV疫苗。美国疾病控制和预防中心表示强烈不满。但是,无论父母如何反对,疫苗无疑是成功的。长期研究表明,接种疫苗的儿童对两种致病菌株完全免疫,70%的宫颈癌是由它们引起的。

不幸的是,即使所有儿童都接种了疫苗,宫颈癌也不一定会消失,疫苗最多可以挽救它所针对的两种病毒。科学家们发现其他13种HPV可以导致癌症,更不用说发现大量其他类型的病毒了。此外,即使疫苗抑制了两种最成功的“病毒”,自然选择也可能允许其他HPV取代其位置。

我们不能低估病毒在进化中的创造力,因为他们知道它们可以将兔子变成“鹿茸兔子”,并且一旦将人变成“树木”。

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