逆轉錄病毒和逆轉錄酶簡介

呂愛民 吳朝輝

(湖北省監利中學 433300)(湖北省谷城縣第一中學 441700)

人教版高中生物學教材在必修1“細胞的癌變”一節中提到了病毒致癌因子，必修2“基因對性狀的控制”一節中提到了逆轉錄酶。有少部分教師和相當一部分學生對逆轉錄酶的來源與合成、逆轉錄的過程和病毒致癌因子的致癌機理不是十分清楚。筆者查閱了相關的資料，將逆轉錄病毒和逆轉錄酶的主要知識整理如下。

1逆轉錄酶的發現及性質

1970年，H.M. Temin和S. Mizutani及D. Baltimore分別從致癌RNA病毒中發現了逆轉錄酶。逆轉錄酶是一種多功能酶，它兼有三種酶的活力：①用RNA作模板，合成一條互補的DNA鏈，形成RNA-DNA雜種分子(RNA指導的DNA聚合酶活力)；②以新合成的DNA鏈為模板合成另一條互補的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子(DNA指導的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′兩個方向起核酸外切酶的作用。

2逆轉錄病毒的基因組

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

3逆轉錄病毒的繁殖

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

3.1 未整合的游離的病毒DNA的合成 逆轉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，這一過程發生在細胞質內，由逆轉錄酶催化。逆轉錄過程極為復雜，它包括由病毒(+)RNA作為模板合成互補的(-)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形成后立即環化并進入細胞核，這種環狀DNA分子是病毒DNA有效整合入細胞基因組的必需結構。逆轉錄酶的內切酶活性在特定部位切開病毒環狀DNA，同時亦切割細胞基因組DNA，病毒DNA插入細胞DNA中，最后修復切口，病毒DNA便整合到細胞DNA中。

3.3 病毒DNA的表達 只有整合的病毒DNA(前病毒)才能進行持久的復制和表達，因此整合是逆轉錄病毒生活周期中的必要步驟。在病毒DNA的復制和表達過程中，由宿主細胞提供繁殖所需的原料、能量和酶。以病毒的(-)DNA鏈為模板轉錄形成(+)RNA，全長的轉錄產物有兩個功能：一是形成病毒體RNA，用作基因組；二是作為mRNA用來編碼蛋白質，編碼的蛋白質包括4種核心蛋白、逆轉錄酶和包膜蛋白等。gag-pol mRNA的主要翻譯產物是gag前體聚蛋白，經切割產生4種核心蛋白；pol基因產物是gag-pol融合蛋白，它是逆轉錄酶的前體蛋白，經水解切割形成逆轉錄酶；env mRNA翻譯為 env前體聚蛋白，經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前體聚蛋白轉運到細胞質膜，gag前體聚蛋白、gag-pol融合蛋白和基因組RNA在細胞質膜內側面或細胞質內裝配成病毒核心，通過出芽的方式形成新的病毒顆粒。

4具有逆轉錄酶的生物

根據國際病毒分類標準，逆轉錄病毒可以分成7個屬。除了逆轉錄病毒具有逆轉錄現象外，其他一些生物也含有逆轉錄酶，具有逆轉錄現象。嗜肝DNA病毒，例如乙型肝炎病毒，在復制周期中也需要經過逆轉錄的步驟。嗜肝DNA病毒的核酸增殖過程為DNA→mRNA→DNA。科學家還發現煙草、蛙卵、網絡紅細胞、哺乳動物的胚胎細胞和正在分裂的淋巴細胞中也有逆轉錄酶。胚胎細胞中的逆轉錄酶可能在胚胎發生和細胞分化中起某種作用，淋巴細胞中的逆轉錄酶可能與抗體的形成有關。

5腫瘤病毒與細胞的癌變

目前認為，致癌因子大致分為三類：物理致癌因子、化學致癌因子和病毒致癌因子。能誘發腫瘤或使細胞發生惡性轉化的病毒統稱為腫瘤病毒，根據病毒核酸的類型將其分為DNA腫瘤病毒和RNA腫瘤病毒。幾乎所有的脊椎動物的DNA病毒都能誘發腫瘤或導致細胞惡性轉化，如腺病毒、皰疹病毒、嗜肝DNA病毒等。RNA腫瘤病毒均屬于逆轉錄病毒科。

無論是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與細胞遺傳物質相互作用的結果。在很多情況下，腫瘤誘發或細胞惡性轉化僅與病毒基因組的一個或幾個基因有關，這類決定病毒致瘤性或細胞惡性轉化的基因稱為癌基因。不僅腫瘤病毒基因組中有癌基因，而且真核細胞及原核細胞中也存在癌基因。根據Coffin等在1981年提出的統一命名規則，把屬于病毒的癌基因稱為病毒癌基因(V-onc)，把屬于動物細胞的癌基因稱為細胞癌基因(C-onc)或原癌基因。

在正常細胞中，C-onc極少表達或不表達，C-onc主要負責調節細胞周期，控制細胞生長和分裂的進程，并不會使細胞發生惡性轉化。而當C-onc被激活后，過度異常表達才導致細胞發生惡性轉化。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發生突變，將導致其激活；②外源基因的插入：如當RNA腫瘤病毒的前病毒插入C-onc附近，病毒基因組中的啟動子和增強子可使C-onc激活；③癌基因擴增：一般細胞中的C-onc為單拷貝。在某些情況下，癌基因可大量擴增，使細胞具有20個以上拷貝的癌基因，從而發生惡性轉化。④染色體易位：位于某些染色體上的C-onc，當其發生易位而轉移到其他染色體上時，可被激活。

不同腫瘤病毒因為其基因組結構不同，它們的致癌方式亦有所區別，主要有以下兩種情況：一類是病毒所攜帶的癌基因發生作用的結果；另一類情況是病毒的基因組整合到細胞的原癌基因附近，病毒基因組中的啟動子及增強子使細胞的原癌基因激活并異常表達所引起的，是病毒基因組順式作用于原癌基因的結果。