根据德克萨斯大学西南医学中心儿童医学中心研究所（CRI）发表在《科学》杂志上的一项研究，人类基因组中的远古病毒残留在怀孕期间和大量出血后被激活，以增加血细胞的产生，这是确定人类“垃圾 DNA”用途的重要一步。

CRI 主任兼霍华德休斯医学研究所研究员 Sean J. Morrison 博士和第一作者 Julia Phan 博士着手研究造血干细胞（或血液形成干细胞）在怀孕期间和失血后是如何被激活的（这些细胞通常不频繁分裂）。

当他们对怀孕小鼠和非怀孕小鼠的干细胞中激活的基因进行比较时，他们发现逆转录转座子在怀孕小鼠的干细胞中已经开启。

逆转录转座子是一种古老的病毒基因序列，现已成为我们基因组的永久组成部分，有时被称为“垃圾 DNA”，因为它们不编码有助于细胞功能的蛋白质。它们使用一种称为逆转录酶的酶进行自我复制，就像人类免疫缺陷病毒(HIV) 一样。

人类已经进化出让逆转录转座子在大多数时间保持关闭的机制，因为逆转录转座子在复制和重新插入基因组的其他部分时有能力损伤 DNA。

“结果与我们的预期正好相反。如果说有哪个时期可以保护基因组的完整性并避免突变，那么就是在怀孕期间，”莫里森博士说。

“我们的基因组中有数百个这样的逆转录转座子序列。为什么不像某些物种那样永久地使它们失活呢？它们对我们一定具有一定的适应价值。”

Morrison 博士和 Phan 博士使用逆转录酶抑制药物（通常用于抑制患者体内的 HIV 复制）来抑制小鼠体内的逆转录转座子的复制。这些药物不会改变正常小鼠的血细胞生成，但会阻止妊娠期间造血干细胞和红细胞生成的增加，从而导致贫血。

随着研究人员进一步探索激活血细胞生成的机制，他们发现免疫传感器 cGAS 和 STING 可以检测到逆转录转座子。这些传感器在病毒感染或逆转录转座子复制后会诱导干扰素的产生。

“我们认为干扰素可能会导致干细胞被免疫系统杀死。但我们发现逆转录转座子启动的干扰素刚好足以激活血细胞生成，”CRI 莫里森实验室前研究生 Phan 博士说。

当 Phan 博士和 Morrison 博士抑制 cGAS、STING 或干扰素时，正常小鼠的干细胞或血细胞生成几乎没有影响。但在怀孕小鼠中，这会阻止干细胞数量和血细胞生成的增加，从而导致贫血。

Phan 博士与前莫里森实验室博士后研究员、现为德国埃森大学医院皮肤病学教授的 Alpaslan Tasdogan 博士合作，对孕妇血液样本进行了类似分析，其中包括三名接受逆转录酶抑制剂治疗的患者。他们共同发现，逆转录转座子和干扰素除了是避免贫血所必需的之外，在怀孕期间也会在人类造血干细胞中被激活。

“我们非常兴奋，莫里森博士和潘博士在小鼠身上发现的结果也适用于人类。这些见解有助于我们了解导致妊娠期贫血的一些潜在机制，”塔斯多根博士说。“我们的下一步是启动临床试验，以加深我们对逆转录转座子在患者体内如何发挥作用的理解。”

这项研究以莫里森实验室之前的发现为基础，即雌激素有助于怀孕期间造血干细胞的激活。

“这项研究改变了我们对调节组织再生机制的看法。到目前为止，我们只在造血系统中展示了这一点，但我们推测其他类型的干细胞也会利用逆转录转座子和免疫传感器在组织再生过程中激活干细胞，”莫里森博士说。

更多信息： Julia Phan 等人，逆转录转座子被选为激活造血干细胞和红细胞生成，Science (2024)。DOI ：10.1126/science.ado6836