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人類與病毒的戰爭在我們第一次在地球上行走的那一刻就從來沒有停息過。在每一次此消彼長的纏鬥之中，人們總是能一次次的走出硝煙，在新的曙光中準備著下一次的勝利。
我國是乙型肝炎的大國，有8600萬乙肝感染者，每年約有33萬人死於乙肝病毒導致的肝硬化以及肝癌。這些無辜的受害者就在我們的身邊，他們之中有父母，有兒女，有親人，有朋友，也有同事。在我們的國度也許很難找到這樣的一個人，他（她）的生命從來沒有被乙型肝炎觸碰過。
乙型肝炎病毒為什麼這麼難根除？不同於冠狀病毒以及丙肝病毒的是，乙肝病毒是一種DNA病毒，它的遺傳物質是一種叫做環狀閉合DNA鏈的物質（cccDNA）。cccDNA是乙肝病毒轉錄複製的模版，也就是病毒興風作浪的司令部。cccDNA藏匿在肝細胞的細胞核內，深居簡出，它們的生老病死的詳細過程是困擾著乙肝學界的一大謎題。基於我們現在對乙肝的瞭解，要治癒乙肝就必須清除cccDNA。但正因為我們不知道cccDNA是怎麼產生以及怎麼被消除的，到目前為止我們還無法特異的抑制和清除它們。
乙型肝炎病毒可能存在了千百年之久，但它們是在上世紀六十年代才被Baruch Blumberg以及Harvey Alter發現的。基於諸多前輩們的辛苦研究，我們知道在乙肝病毒未侵染人的肝細胞前是以一種叫做環狀非閉合 DNA （rcDNA）的形式存在的 （圖1）【1,2】。乙肝病毒通過肝臟表面特異表達的乙肝病毒受體牛磺膽酸鈉共轉運多肽 （NTCP）進入肝細胞【3】。乙肝病毒環狀非閉合 DNA在進入細胞以後將進入細胞核。然而這種乙肝病毒環狀非閉合 DNA的身上存在數種基因缺陷而無法直接導致乙型肝炎的感染。導致乙肝感染最關鍵一步是環狀非閉合 DNA身上的這些基因缺陷被我們肝細胞內的基因修復蛋白整修移除從而形成環狀閉合DNA（cccDNA）。現在我們面臨的謎題就是究竟是肝細胞裡的哪些基因修復蛋白把乙肝病毒環狀非閉合 DNA修復成cccDNA，從而造成乙肝感染的？解決這個問題也就是要闡明乙肝病毒cccDNA感染從何而生這一步。
圖1. 乙肝病毒環狀非閉合DNA。箭頭指示的是乙肝病毒環狀非閉合DNA上的基因缺陷。
乙肝學界一直在致力於尋找合成cccDNA的全套基因修復蛋白【4-8】，但是主要的難點在於缺乏一套能夠重構cccDNA的修復過程的體外生化試驗體系。為了解決這一謎題，2020年3月10日，普林斯頓大學Alexander Ploss教授實驗室的魏磊博士在Nature Microbiology雜誌上發表文章Core components of DNA lagging strand synthesis machinery are essential for hepatitis B virus cccDNA formation，建立了這樣的一套生化試驗體系，在體外重建了cccDNA修復的過程，並且找到了在cccDNA形成中起著決定性作用的五種修復蛋白【9】。
魏磊博士曾師從美國Sloan－Kettering癌症中心的酵母遺傳學家Xiaolan Zhao教授，以及清華大學結構生物學家饒子和院士。現位於普林斯頓病毒學家Alexander Ploss實驗室進行乙型肝炎病毒的博士後研究工作。魏磊博士將酵母遺傳學、蛋白質分析以及病毒學結合在一起來研究乙肝病毒的一大謎題。酵母遺傳學是研究基因修復的有力武器，迄今為止我們對於真核細胞基因修復的很多知識是源於酵母遺傳學。雖然釀酒酵母細胞 (圖2) 跟人細胞看起來有很大的不同，但是它們二者同屬真核細胞並且所用到的基因修復的蛋白是高度的相似。
圖2. 釀酒酵母掃描電鏡圖片。圖片引自：http://www.biologics-intl.com
魏磊博士從中獲得可以使用酵母遺傳學來研究乙型肝炎cccDNA修復的靈感，並且確認了酵母提取物可以成功修復乙型肝炎cccDNA。作者緊接著分析了酵母細胞中的基因修復蛋白的功能並且發現其中的五種蛋白在修復乙型肝炎cccDNA中起著不可或缺的作用：DNA聚合酶 delta （POLδ）、POLδ輔助因子 PCNA、PCNA 激活因子RFC、DNA內切酶 FEN-1以及 DNA 連接酶 LIG1。
在酵母細胞裡的研究結果進一步為在人細胞裡的研究指明瞭方向。作者又展開了在人肝癌細胞系的研究，並且發現在其中的獲得的結果跟在酵母細胞中取得的結果吻合。最終，作者成功的表達和提純了這五種人源重組修復蛋白，並且發現這五種蛋白足以在體外將乙肝病毒環狀非閉合 DNA修復成為完整的cccDNA （圖3）。值得注意的是這五種蛋白缺一不可，它們是乙肝病毒cccDNA形成的最基本的條件。文章評審認為這項研究是在解答乙型肝炎cccDNA修復之謎中的一項具有里程碑意義的工作，為最終闡述乙型肝炎cccDNA修復的分子機理奠定了堅實的分子生物學基礎。
圖3. 五種基因修復蛋白將乙肝環狀非閉合DNA修復為cccDNA。
我們跟乙肝病毒的搏鬥已經經歷了世紀的洗禮，也取得過重要的勝利，近半個世紀前保護了千萬人免受感染的乙肝疫苗最初就是從酵母中表達和提取出來的。今日，半個世紀之後酵母細胞又一次挺身而出把乙肝神秘的cccDNA形成的過程呈現給我們，給我們最終了解以及清除乙肝病毒提供了利器。酵母跟乙肝看似風馬牛不相及，可誰又能想到，冥冥之中我們眼皮底下的酵母一直在默默的充當著我們的保護神。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41564-020-0678-0
製版人：珂
參考文獻
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9. Wei, L. & Ploss, A. Core components of DNA lagging strand synthesis machinery are essential for hepatitis B virus cccDNA formation. Nature Microbiology (2020).
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