逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶簡(jiǎn)介

呂愛(ài)民 吳朝輝

(湖北省監(jiān)利中學(xué) 433300)(湖北省谷城縣第一中學(xué) 441700)

人教版高中生物學(xué)教材在必修1“細(xì)胞的癌變”一節(jié)中提到了病毒致癌因子，必修2“基因?qū)π誀畹目刂啤币还?jié)中提到了逆轉(zhuǎn)錄酶。有少部分教師和相當(dāng)一部分學(xué)生對(duì)逆轉(zhuǎn)錄酶的來(lái)源與合成、逆轉(zhuǎn)錄的過(guò)程和病毒致癌因子的致癌機(jī)理不是十分清楚。筆者查閱了相關(guān)的資料，將逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶的主要知識(shí)整理如下。

1逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)及性質(zhì)

1970年，H.M. Temin和S. Mizutani及D. Baltimore分別從致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶。逆轉(zhuǎn)錄酶是一種多功能酶，它兼有三種酶的活力：①用RNA作模板，合成一條互補(bǔ)的DNA鏈，形成RNA-DNA雜種分子(RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力)；②以新合成的DNA鏈為模板合成另一條互補(bǔ)的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子(DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力)；③具有核糖核酸酶H的活力，專門水解RNA-DNA雜種分子中的RNA，可沿3′→5′和5′→3′兩個(gè)方向起核酸外切酶的作用。

2逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組

具有逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象的病毒稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒。逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組由兩條相同的(+)RNA鏈組成，一般含有4個(gè)基因，其中3個(gè)(gag、pol、env)對(duì)病毒的繁殖和感染是必需的。第4個(gè)基因是癌基因(V-onc)，它對(duì)病毒的繁殖不是必需的，僅與宿主細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化有關(guān)，如果由于某種因素激活了癌基因，就可以使宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞。

3逆轉(zhuǎn)錄病毒的繁殖

逆轉(zhuǎn)錄病毒的(+)RNA鏈靠近5′端處帶有1分子的宿主tRNA，作為逆轉(zhuǎn)錄的引物。由病毒包膜糖蛋白與宿主細(xì)胞受體的特異性相互作用介導(dǎo)病毒的吸附，逆轉(zhuǎn)錄病毒的RNA和逆轉(zhuǎn)錄酶便進(jìn)入宿主細(xì)胞。

3.1 未整合的游離的病毒DNA的合成 逆轉(zhuǎn)錄病毒生物合成的第一件事是由單鏈基因組(+)RNA合成線狀雙鏈DNA中間體，這一過(guò)程發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，由逆轉(zhuǎn)錄酶催化。逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程極為復(fù)雜，它包括由病毒(+)RNA作為模板合成互補(bǔ)的(-)DNA鏈，切除RNA-DNA雜種分子中的RNA，然后由(-)DNA鏈作為模板合成(+)DNA鏈，從而形成線狀雙鏈DNA。

3.2 病毒DNA的整合 病毒線狀雙鏈DNA形成后立即環(huán)化并進(jìn)入細(xì)胞核，這種環(huán)狀DNA分子是病毒DNA有效整合入細(xì)胞基因組的必需結(jié)構(gòu)。逆轉(zhuǎn)錄酶的內(nèi)切酶活性在特定部位切開(kāi)病毒環(huán)狀DNA，同時(shí)亦切割細(xì)胞基因組DNA，病毒DNA插入細(xì)胞DNA中，最后修復(fù)切口，病毒DNA便整合到細(xì)胞DNA中。

3.3 病毒DNA的表達(dá) 只有整合的病毒DNA(前病毒)才能進(jìn)行持久的復(fù)制和表達(dá)，因此整合是逆轉(zhuǎn)錄病毒生活周期中的必要步驟。在病毒DNA的復(fù)制和表達(dá)過(guò)程中，由宿主細(xì)胞提供繁殖所需的原料、能量和酶。以病毒的(-)DNA鏈為模板轉(zhuǎn)錄形成(+)RNA，全長(zhǎng)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有兩個(gè)功能：一是形成病毒體RNA，用作基因組；二是作為mRNA用來(lái)編碼蛋白質(zhì)，編碼的蛋白質(zhì)包括4種核心蛋白、逆轉(zhuǎn)錄酶和包膜蛋白等。gag-pol mRNA的主要翻譯產(chǎn)物是gag前體聚蛋白，經(jīng)切割產(chǎn)生4種核心蛋白；pol基因產(chǎn)物是gag-pol融合蛋白，它是逆轉(zhuǎn)錄酶的前體蛋白，經(jīng)水解切割形成逆轉(zhuǎn)錄酶；env mRNA翻譯為 env前體聚蛋白，經(jīng)水解切割形成包膜蛋白。

3.4 病毒體的裝配及釋放 糖基化的env前體聚蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)膜，gag前體聚蛋白、gag-pol融合蛋白和基因組RNA在細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)側(cè)面或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)裝配成病毒核心，通過(guò)出芽的方式形成新的病毒顆粒。

4具有逆轉(zhuǎn)錄酶的生物

根據(jù)國(guó)際病毒分類標(biāo)準(zhǔn)，逆轉(zhuǎn)錄病毒可以分成7個(gè)屬。除了逆轉(zhuǎn)錄病毒具有逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象外，其他一些生物也含有逆轉(zhuǎn)錄酶，具有逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象。嗜肝DNA病毒，例如乙型肝炎病毒，在復(fù)制周期中也需要經(jīng)過(guò)逆轉(zhuǎn)錄的步驟。嗜肝DNA病毒的核酸增殖過(guò)程為DNA→mRNA→DNA?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)煙草、蛙卵、網(wǎng)絡(luò)紅細(xì)胞、哺乳動(dòng)物的胚胎細(xì)胞和正在分裂的淋巴細(xì)胞中也有逆轉(zhuǎn)錄酶。胚胎細(xì)胞中的逆轉(zhuǎn)錄酶可能在胚胎發(fā)生和細(xì)胞分化中起某種作用，淋巴細(xì)胞中的逆轉(zhuǎn)錄酶可能與抗體的形成有關(guān)。

5腫瘤病毒與細(xì)胞的癌變

目前認(rèn)為，致癌因子大致分為三類：物理致癌因子、化學(xué)致癌因子和病毒致癌因子。能誘發(fā)腫瘤或使細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的病毒統(tǒng)稱為腫瘤病毒，根據(jù)病毒核酸的類型將其分為DNA腫瘤病毒和RNA腫瘤病毒。幾乎所有的脊椎動(dòng)物的DNA病毒都能誘發(fā)腫瘤或?qū)е录?xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，如腺病毒、皰疹病毒、嗜肝DNA病毒等。RNA腫瘤病毒均屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒科。

無(wú)論是DNA腫瘤病毒還是RNA腫瘤病毒，其致癌作用都是病毒的遺傳物質(zhì)與細(xì)胞遺傳物質(zhì)相互作用的結(jié)果。在很多情況下，腫瘤誘發(fā)或細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化僅與病毒基因組的一個(gè)或幾個(gè)基因有關(guān)，這類決定病毒致瘤性或細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的基因稱為癌基因。不僅腫瘤病毒基因組中有癌基因，而且真核細(xì)胞及原核細(xì)胞中也存在癌基因。根據(jù)Coffin等在1981年提出的統(tǒng)一命名規(guī)則，把屬于病毒的癌基因稱為病毒癌基因(V-onc)，把屬于動(dòng)物細(xì)胞的癌基因稱為細(xì)胞癌基因(C-onc)或原癌基因。

在正常細(xì)胞中，C-onc極少表達(dá)或不表達(dá)，C-onc主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，控制細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂的進(jìn)程，并不會(huì)使細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。而當(dāng)C-onc被激活后，過(guò)度異常表達(dá)才導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。激活C-onc的因素主要有：①突變：由于外界因素(如紫外線)的作用，使C-onc發(fā)生突變，將導(dǎo)致其激活；②外源基因的插入：如當(dāng)RNA腫瘤病毒的前病毒插入C-onc附近，病毒基因組中的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子可使C-onc激活；③癌基因擴(kuò)增：一般細(xì)胞中的C-onc為單拷貝。在某些情況下，癌基因可大量擴(kuò)增，使細(xì)胞具有20個(gè)以上拷貝的癌基因，從而發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。④染色體易位：位于某些染色體上的C-onc，當(dāng)其發(fā)生易位而轉(zhuǎn)移到其他染色體上時(shí)，可被激活。

不同腫瘤病毒因?yàn)槠浠蚪M結(jié)構(gòu)不同，它們的致癌方式亦有所區(qū)別，主要有以下兩種情況：一類是病毒所攜帶的癌基因發(fā)生作用的結(jié)果；另一類情況是病毒的基因組整合到細(xì)胞的原癌基因附近，病毒基因組中的啟動(dòng)子及增強(qiáng)子使細(xì)胞的原癌基因激活并異常表達(dá)所引起的，是病毒基因組順式作用于原癌基因的結(jié)果。