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RNAi重大发现遭挑战

长期以来,生物学家们一直对哺乳动物是否与植物、昆虫和其他无脊椎动物一样拥有对抗病毒感染的精妙系统持有争论。2013年,来自加州大学河滨分校的研究团队在Science 杂志发表研究论文证明,哺乳动物的确与植物和无脊椎动物一样利用RNA 干扰(RNA interfer⁃ence,简称RNAi)过程来消灭其自身细胞中的病毒。不过,最近来自西奈山Icahn医学院的研究人员却在即将发表于CellReports 杂志上的一项研究中提出相反结论:哺乳动物并非采用RNAi 杀死病毒。面对“挑战”,前者回应称,后者所做的试验完全不能支持他们的结论。

“RNAi 的重大发现

2013年10月,由加州大学河滨分校微生物学教授、植物病理学家丁守伟带领的研究团队在Science 杂志上报告了一项关于RNAi的重大发现:与植物和无脊椎动物一样,哺乳动物利用RNAi过程来消灭它们自身细胞中的病毒,从而为科学家们提供了一种有前景的、对抗致命性人类病毒的新方法。

RNAi 指的是双链RNA 对基因表达的阻断作用。此前,科学家们还无法证明哺乳动物是否利用RNAi来杀死病毒,丁守伟等人通过20年来对于植物、线虫和果蝇的研究找到了答案:病毒通过一些蛋白质来抵御哺乳动物的杀毒机制,只要除去病毒中抑制RNAi过程的蛋白,RNAi就能帮助动物机体快速清除病毒。

在他们针对年轻小鼠所做的研究中,受试动物在感染野田村病毒(Nodamura virus)时均死亡,但当研究人员除去小鼠中病毒的抑制蛋白B2时,感染小鼠开始生成大量的攻击病毒siRNAs(短干涉RNA,short interfering RNAs),并存活下来,不受致命性感染的影响。

丁守伟团队的研究突破关键在于使用了感染野田村病毒小鼠试验模型,他曾指出,其他科学家一直在研究更为众所周知的人类病毒,但很难发现siR⁃NAs。野田村病毒鲜为人知,而他们的团队早已了解该病毒以及其中的B2蛋白。

据报道称,丁守伟20世纪80年代末在澳大利亚国立大学做研究生时便了解到感染植物和动物的病毒基因组非常相似。与他的导师——澳大利亚科学院院士、病毒分子进化专家Adrian Gibbs深入地探讨,使得丁守伟认为在植物和动物中一定存在一种共同的抗病毒机制让它们体内的病毒保持相似。

此后,丁守伟在与澳大利亚南部Waite 研究所的Bob Symons 合作研究黄瓜花叶病毒时,生成了支持这一假说的第1个证据。丁守伟在该病毒中发现一个小基因,他命名其为2b,并证实它在帮助病毒在宿主植物内传播发挥关键作用。基于此,以及他对于兽棚病毒(一种昆虫病毒)B2 蛋白的研究,丁守伟1995年提出2b和B2蛋白是通过抑制宿主的RNAi过程来发挥作用的。

1996 年丁守伟与RNAi 专家DavidBaulcombe 领导的一个英国研究小组发现,2b蛋白确实抑制了植物的RNAi抗病毒特性。进一步,该研究小组发现相关病毒的2b蛋白都具有抑制活性。

2000年丁守伟加入加州大学河滨分校,对他假说的另一半进行了验证:兽棚病毒B2蛋白是否在其动物宿主中抑制了RNAi?接下来的5 年,丁守伟发现果蝇和线虫具有与植物相同的RNAi 杀病毒机制,但病毒中的B2阻止了宿主RNAi防御发挥作用。只要除去B2,宿主即生成大量siRNAs并快速消灭病毒。

这些研究发现被选为2002 年一期Science 杂志的封面文章,证实RNAi是植物、昆虫和线虫中一种共同的抗病毒防御。它还使得丁守伟更深入其基本假说中——“如果植物、昆虫和线虫经历数亿年的独立进化仍将RNAi 作为一种有效的抗病毒预防,为什么不会在哺乳动物中继续发挥作用?”

为了解答这一问题,丁守伟决定利用兽鹏病毒的近亲——野田村病毒展开研究,并取得喜人成果。与丁守伟合作的瑞士联邦技术研究院Olivier Voinnet实验室2013年在Science 同期发表一篇论文也验证了丁守伟的假说。

丁守伟对RNAi寄予厚望,他曾对媒体说:或许这是在了解人类对抗病毒感染机制中遗漏的一块。机体具有许多不同的抗病毒机制,但RNAi功能有可能是最重要的病毒防御机制。

来自另一个实验组的质疑

丁守伟研究组成果发表不到1年,西奈山Icahn 医学院医学系和微生物学系教授Benjamin tenOever 团队即将发表的研究结果对丁守伟等提出挑战,哺乳动物并没有采用无脊椎动物所利用的防御系统——RNAi。不仅如此,哺乳动物更广为人知的是利用以干扰素为基础的系统来抵御病毒,免疫系统通过生成干扰素信号蛋白来放大机体对入侵物的攻击。该研究组不仅认为哺乳动物并不利用RNAi来对抗病毒,而且认为基于RNAi的药物可能会干扰哺乳动物体内现有的干扰素杀毒机制。

研究小组利用了一种在牛、猪中引起口腔病变的病毒,除去病毒的致病部分,使它变得无害,并对RNAi 和干扰素敏感。随后他们赋予这一无害的病毒阻断干扰素或RNAi的能力。

在小鼠实验中,研究人员发现当病毒被设计阻断干扰素时,没有免疫防御发生,病毒生长旺盛。与之相反,病毒被设计阻断RNAi时,动物启动了一种强有力的基于干扰素的防御,并进一步削弱了这些RNAi阻断病毒。当将阻断RNAi的病毒导入到不生成干扰素的基因工程小鼠体内时也发生了相同情况。TenOev⁃er对媒体说:如果哺乳动物利用RNAi来对抗病毒,那么被设计阻断RNAi的病毒会在这种环境下旺盛生长,但是他们没有看到这样的结果。“这是最强有力的数据反驳。”

丁守伟认为哺乳动物的细胞机器能够生成RNAi来对抗病毒,但tenOever认为它实际上只是帮助生成了不同的小RNA产物,即非抗病毒的microRNAs。

获得正确的答案至关重要,因为一些研究人员正将RNAi当做治疗血友病、β-地中海贫血和许多病毒感染的新型药物的潜在基础来开展研究。

针对tenOever等人提出的不同的研究结果,《科技导报》电子邮件联系了丁守伟,他表示,tenOever等人的试验完全不能支持他们的结论,近期他将会针对tenOever 等人的研究结果撰写一篇详细的评论提供给科学界。

一场关于RNAi 的争论已经拉开帷幕。

(本文综合生物通网站2013—2014年报道,特此致谢)

文/李娜
(责任编辑 汤锡芳)