逆转录病毒和逆转录酶简介

吕爱民 吴朝辉

(湖北省监利中学 433300)(湖北省谷城县第一中学 441700)

人教版高中生物学教材在必修1“细胞的癌变”一节中提到了病毒致癌因子，必修2“基因对性状的控制”一节中提到了逆转录酶。有少部分教师和相当一部分学生对逆转录酶的来源与合成、逆转录的过程和病毒致癌因子的致癌机理不是十分清楚。笔者查阅了相关的资料，将逆转录病毒和逆转录酶的主要知识整理如下。

1逆转录酶的发现及性质

1970年，H.M. Temin和S. Mizutani及D. Baltimore分别从致癌RNA病毒中发现了逆转录酶。逆转录酶是一种多功能酶，它兼有三种酶的活力：①用RNA作模板，合成一条互补的DNA链，形成RNA-DNA杂种分子(RNA指导的DNA聚合酶活力)；②以新合成的DNA链为模板合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子(DNA指导的DNA聚合酶活力)；③具有核糖核酸酶H的活力，专门水解RNA-DNA杂种分子中的RNA，可沿3′→5′和5′→3′两个方向起核酸外切酶的作用。

2逆转录病毒的基因组

具有逆转录现象的病毒称为逆转录病毒。逆转录病毒的基因组由两条相同的(+)RNA链组成，一般含有4个基因，其中3个(gag、pol、env)对病毒的繁殖和感染是必需的。第4个基因是癌基因(V-onc)，它对病毒的繁殖不是必需的，仅与宿主细胞的恶性转化有关，如果由于某种因素激活了癌基因，就可以使宿主细胞转化为癌细胞。

3逆转录病毒的繁殖

逆转录病毒的(+)RNA链靠近5′端处带有1分子的宿主tRNA，作为逆转录的引物。由病毒包膜糖蛋白与宿主细胞受体的特异性相互作用介导病毒的吸附，逆转录病毒的RNA和逆转录酶便进入宿主细胞。

3.1 未整合的游离的病毒DNA的合成 逆转录病毒生物合成的第一件事是由单链基因组(+)RNA合成线状双链DNA中间体，这一过程发生在细胞质内，由逆转录酶催化。逆转录过程极为复杂，它包括由病毒(+)RNA作为模板合成互补的(-)DNA链，切除RNA-DNA杂种分子中的RNA，然后由(-)DNA链作为模板合成(+)DNA链，从而形成线状双链DNA。

3.2 病毒DNA的整合 病毒线状双链DNA形成后立即环化并进入细胞核，这种环状DNA分子是病毒DNA有效整合入细胞基因组的必需结构。逆转录酶的内切酶活性在特定部位切开病毒环状DNA，同时亦切割细胞基因组DNA，病毒DNA插入细胞DNA中，最后修复切口，病毒DNA便整合到细胞DNA中。

3.3 病毒DNA的表达 只有整合的病毒DNA(前病毒)才能进行持久的复制和表达，因此整合是逆转录病毒生活周期中的必要步骤。在病毒DNA的复制和表达过程中，由宿主细胞提供繁殖所需的原料、能量和酶。以病毒的(-)DNA链为模板转录形成(+)RNA，全长的转录产物有两个功能：一是形成病毒体RNA，用作基因组；二是作为mRNA用来编码蛋白质，编码的蛋白质包括4种核心蛋白、逆转录酶和包膜蛋白等。gag-pol mRNA的主要翻译产物是gag前体聚蛋白，经切割产生4种核心蛋白；pol基因产物是gag-pol融合蛋白，它是逆转录酶的前体蛋白，经水解切割形成逆转录酶；env mRNA翻译为 env前体聚蛋白，经水解切割形成包膜蛋白。

3.4 病毒体的装配及释放 糖基化的env前体聚蛋白转运到细胞质膜，gag前体聚蛋白、gag-pol融合蛋白和基因组RNA在细胞质膜内侧面或细胞质内装配成病毒核心，通过出芽的方式形成新的病毒颗粒。

4具有逆转录酶的生物

根据国际病毒分类标准，逆转录病毒可以分成7个属。除了逆转录病毒具有逆转录现象外，其他一些生物也含有逆转录酶，具有逆转录现象。嗜肝DNA病毒，例如乙型肝炎病毒，在复制周期中也需要经过逆转录的步骤。嗜肝DNA病毒的核酸增殖过程为DNA→mRNA→DNA。科学家还发现烟草、蛙卵、网络红细胞、哺乳动物的胚胎细胞和正在分裂的淋巴细胞中也有逆转录酶。胚胎细胞中的逆转录酶可能在胚胎发生和细胞分化中起某种作用，淋巴细胞中的逆转录酶可能与抗体的形成有关。

5肿瘤病毒与细胞的癌变

目前认为，致癌因子大致分为三类：物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子。能诱发肿瘤或使细胞发生恶性转化的病毒统称为肿瘤病毒，根据病毒核酸的类型将其分为DNA肿瘤病毒和RNA肿瘤病毒。几乎所有的脊椎动物的DNA病毒都能诱发肿瘤或导致细胞恶性转化，如腺病毒、疱疹病毒、嗜肝DNA病毒等。RNA肿瘤病毒均属于逆转录病毒科。

无论是DNA肿瘤病毒还是RNA肿瘤病毒，其致癌作用都是病毒的遗传物质与细胞遗传物质相互作用的结果。在很多情况下，肿瘤诱发或细胞恶性转化仅与病毒基因组的一个或几个基因有关，这类决定病毒致瘤性或细胞恶性转化的基因称为癌基因。不仅肿瘤病毒基因组中有癌基因，而且真核细胞及原核细胞中也存在癌基因。根据Coffin等在1981年提出的统一命名规则，把属于病毒的癌基因称为病毒癌基因(V-onc)，把属于动物细胞的癌基因称为细胞癌基因(C-onc)或原癌基因。

在正常细胞中，C-onc极少表达或不表达，C-onc主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程，并不会使细胞发生恶性转化。而当C-onc被激活后，过度异常表达才导致细胞发生恶性转化。激活C-onc的因素主要有：①突变：由于外界因素(如紫外线)的作用，使C-onc发生突变，将导致其激活；②外源基因的插入：如当RNA肿瘤病毒的前病毒插入C-onc附近，病毒基因组中的启动子和增强子可使C-onc激活；③癌基因扩增：一般细胞中的C-onc为单拷贝。在某些情况下，癌基因可大量扩增，使细胞具有20个以上拷贝的癌基因，从而发生恶性转化。④染色体易位：位于某些染色体上的C-onc，当其发生易位而转移到其他染色体上时，可被激活。

不同肿瘤病毒因为其基因组结构不同，它们的致癌方式亦有所区别，主要有以下两种情况：一类是病毒所携带的癌基因发生作用的结果；另一类情况是病毒的基因组整合到细胞的原癌基因附近，病毒基因组中的启动子及增强子使细胞的原癌基因激活并异常表达所引起的，是病毒基因组顺式作用于原癌基因的结果。