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    為什么相克的人會相愛,相克的人在一起會生病

    為什么相克的人會相愛

    的廣泛存在

    人們發(fā)現(xiàn)的歷史可以追溯到1892年發(fā)現(xiàn)煙葉,但實(shí)際上的歷史卻比人類的歷史更加久遠(yuǎn)。廣泛分布在自然界中,無論是動物、植物、真菌、細(xì)菌等,都有其對應(yīng)的。

    隨著對新型冠狀肺炎研究的不斷深入,人們也越來越 這樣一些問題:人類和其它動物在長期的演化過程中,是如何不斷應(yīng)對各種感染的?因?yàn)槿祟悓儆陟`長類動物,我們首先來看一下靈長類動物的情況(圖1)。

    圖1:A病原體圖(圖源自 絡(luò));B靈長類圖(圖源自 絡(luò));C靈長類和其已知的病原體分布圖,藍(lán)色代表豐度較低,紅色代表豐度較高(圖修訂自參考文獻(xiàn)[1])

    靈長類類動物主要分布在熱帶與帶地區(qū),這些地區(qū)同時也是等病原體分布豐富的地區(qū)。因此靈長類動物的演化歷史一直都伴隨著與的“相愛相克”。

    宿主與病原體之間的“世紀(jì)較量”

    除了具有體積微小不易被察覺的特點(diǎn)之外,還具有更加令人吃驚的“本領(lǐng)”:會在與宿主長期共存的攻防戰(zhàn)中不斷演化。與宿主的長期共存涉及到一個演化概念:“協(xié)同演化”。“協(xié)同演化”是指兩個相互作用的物種在進(jìn)化過程中發(fā)展的相互適應(yīng)的共同進(jìn)化。舉例來說,需要與宿主體內(nèi)的受體蛋白結(jié)合,從而感染宿主細(xì)胞。就像新型冠狀是通過與人體的ACE2蛋白結(jié)合來侵入細(xì)胞。宿主受體蛋白的“演化策略”是通過改變氨基酸序列來避免的結(jié)合;反過來,的“演化策略”是通過改變自身結(jié)合蛋白的氨基酸序列來保證結(jié)合。這是一場分子世界的“軍備競賽”(圖2)。

    圖2.宿主受體蛋白與的“軍備競爭”,箭頭代表可以侵染,叉號表示無法侵染(圖修訂自參考文獻(xiàn)[2])

    中東呼吸綜合征冠狀(MERS-CoV)于2012年被發(fā)現(xiàn),人們鑒定出MERS-CoV的主要宿主受體為DPP4蛋白。在對抗MERS-CoV的“戰(zhàn)斗”中,不同的物種表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。在DPP4蛋白的結(jié)構(gòu)域中,存在5個關(guān)鍵位置的氨基酸,這些氨基酸決定著宿主對MERS-CoV的抗感染能力。與人類相比,在倉鼠的DPP4結(jié)構(gòu)域中出現(xiàn)了5個氨基酸位置的突變,使得MERS-CoV失去了與倉鼠DPP4結(jié)合的能力,倉鼠因此“了”對MERS-CoV較強(qiáng)的抗感染能力。但靈長類動物中,這5個氨基酸位置與倉鼠不同,MERS-CoV可以與靈長類(包括人)的DPP4結(jié)構(gòu)域結(jié)合,所以靈長類動物的抗感染能力較差(圖3)。

    圖3.MERS-CoV與DPP4蛋白(圖修訂自參考文獻(xiàn)[3])

    人類與之間進(jìn)化的“軍備競爭”

    宿主與之間頻繁的“沖突”就導(dǎo)致了兩者間的“軍備競賽”。一方面宿主受體蛋白不斷突變以提升對的抵抗力,另一方面,則努力“制定”改變自身從而實(shí)現(xiàn)對宿主的成功感染,因此宿主和之間就會發(fā)生周期性的適應(yīng)與反適應(yīng)。這種現(xiàn)象通常被稱為“紅皇后”場景。這個有點(diǎn)“文藝”色彩的說法 英國童話《愛麗絲夢游境》。紅皇后對愛麗絲答道:“在這個國度中,必須不停地奔跑,才能使你在原地。”美國芝加哥大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家范瓦倫(L. van Valen)1973年提出了這個頗有哲學(xué)色彩的假說,恰如其分地描繪了自然界中的協(xié)同演化現(xiàn)象。這種規(guī)律也具有一定現(xiàn)實(shí)作用,如果一類宿主的受體蛋白發(fā)現(xiàn)了可以檢測到的適應(yīng)性演化現(xiàn)象,說明它們可能受到過或正在受到某種的侵染。研究者曾通過對蝙蝠的ACE2蛋白的適應(yīng)性演化研究,預(yù)測了蝙蝠可能是SARS的宿主之一,這個預(yù)測也被后來的實(shí)驗(yàn)研究所證明。

    會“愛上”哪些宿主蛋白呢?

    蛋白數(shù)量很少,對宿主體內(nèi)進(jìn)行無差別的攻擊是不現(xiàn)實(shí)的。實(shí)驗(yàn)表明,對人類蛋白相互作用是通過有針對的攻擊實(shí)現(xiàn)的(圖4)。那么攻擊的目標(biāo)又有哪些特點(diǎn)呢?研究人員發(fā)現(xiàn),進(jìn)行“精確攻擊”的受體蛋白主要具有以下特點(diǎn):1.演化速率慢(慢);2.在多個廣泛大量表達(dá)(多);3.缺乏穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)(亂)。這些特點(diǎn)都會增加與其結(jié)合的可能性。這個也容易理解:演化速率較慢的蛋白相對保守,一般是功能重要的蛋白,參與機(jī)體內(nèi)的多個途徑,在多個中大量存在,構(gòu)象靈活。侵入宿主體內(nèi)后,這類廣泛表達(dá)(到處有)且變異較慢(跑得慢)的蛋白容易被“騷擾”,因而容易被作為攻擊目標(biāo)。

    圖4.蛋白組與人類蛋白組(圖修訂自參考文獻(xiàn)[4])

    宿主抵抗的防線

    那么面對的侵入,宿主就只能束手無策嗎?答案當(dāng)然是“不”!

    在侵入宿主之后,宿主體內(nèi)有檢測和對抗的機(jī)制。例如Toll樣受體(TLR)是對病原體受體進(jìn)行識別的蛋白家族。在哺乳動物的TLR蛋白家族中有4個成員與核酸的識別有關(guān):TLR3、TLR7、TLR8、TLR9(圖5)。

    圖5.TLR受體蛋白家族(圖修訂自參考文獻(xiàn)[5])

    克里米亞-剛果熱是一種由布尼亞科成員引起的一種人類率極高的急性疾病。這種疾病通常會通過蜱蟲叮咬傳播給人類。人體中的TLR8和TLR9有助于識別該,并引起機(jī)體內(nèi)相應(yīng)的免疫反應(yīng)。研究者發(fā)現(xiàn),當(dāng)TLR8氨基酸序列中第1位的纈氨酸(Val)突變?yōu)榧琢虬彼幔∕et)時,會使得個體更不易感染克里米亞-剛果熱。

    但是宿主也會“顧此失彼”

    在人類基因組中宿主限制性天然免疫分子TRIM5α是抑制復(fù)制的關(guān)鍵性因素之一。TRIM5α對特定的抑用通常情況下由其氨基酸序列決定。PtERV(某種古老內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄)與HIV-1(人類免疫缺陷)是兩種。研究者發(fā)現(xiàn)在TRIM5α的B30.2結(jié)構(gòu)域內(nèi)的特定區(qū)域第三位的氨基酸在不同的靈長類中存在差異,這導(dǎo)致了不同靈長類對PtERV與HIV-1的抑制能力不同。在人類與黑猩猩中,B30.2結(jié)構(gòu)域定區(qū)域第3位的氨基酸為精氨酸R,不同于大猩猩的谷氨酰胺Q。人與黑猩猩的TRIM5α能有效抑制PtERV的復(fù)制但不能有效抑制HIV的復(fù)制。相反大猩猩的TRIM5α對HIV-1的抑用強(qiáng)于對PtERV的抑用(圖6)。

    圖6.靈長類動物TRIM5α分子的氨基酸差異及對不同的抑用(圖修訂自參考文獻(xiàn)[6])

    有趣的是,任何事物都存在平衡的狀態(tài)。自然界為宿主打開一扇“窗”,必然也會同時關(guān)上宿主的一道“門”。靈長類的TRIM5α抑制因子對PtERV與HIV-1的抑用也存在“平衡”的狀態(tài),對一種抑制能力增強(qiáng),有時會導(dǎo)致對另一種的抑制能力下降。

    在與宿主長期共存的演化過程中,雙方都建立了一套“攻擊”與“防御”的演化機(jī)制。客觀的說,也是自然界的一種生命形式,它們的演化也遵循自然法則和規(guī)律。這些客觀規(guī)律通過系統(tǒng)的科學(xué)研究正在被逐步深入地揭示。我們需要做的是尊重自然界的客觀規(guī)律,深入揭示自然界的客觀規(guī)律。這一定能夠幫助人類更好的控制與“戰(zhàn)勝”!

    參考文獻(xiàn):

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    :錢雪坤、楊作敏、劉志瑾

    :中國動物研究所

    以上就是與為什么相克的人會相愛相關(guān)內(nèi)容,是關(guān)于動物的分享。看完相克的人在一起會生病后,希望這對大家有所幫助!



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