怀孕唤醒了类似病毒的“跳跃基因”来帮助制造额外的血液

一个婴儿的成长需要大量额外的血液——到9个月大的时候，大约需要多20%的红细胞——来支持发育中的胎儿和滋养它的胎盘。这种增加部分是由激素控制的，但研究人员仍然不知道人类和其他哺乳动物是如何增加这种供应的。

今天在《科学》杂志上，一个研究小组提供了一个令人惊讶的解释：怀孕唤醒了哺乳动物基因组中古老的病毒样元素，引发了一种免疫反应，从而启动了血液生产。这一发现基于对小鼠和人类干细胞的遗传分析，指出了DNA序列的另一个有益作用，而DNA序列曾被认为没有任何有用的功能。

“这确实是一个改变游戏规则的发现，”耶鲁大学的进化生殖生物学家 Günter Wagner说，他没有参与这项工作。他补充说，尽管研究人员早就意识到这些病毒样序列，也被称为转座子或跳跃基因，但新的研究表明，它们已经被身体吸收，以触发炎症，作为驱动生理功能的一种方式。“这实际上是一个相当令人兴奋的观点。”

转座子是一种可以自我复制和粘贴的基因序列，它们占人类基因组的近一半。虽然大多数在哺乳动物历史的不同阶段被灭活，但有些一直在跳跃，产生大量重复序列和突变，当插入位点在人类基因中时，这些突变偶尔是有害的。转座子远不是“垃圾DNA”，生物学家多年来一直试图消除这一不屑一顾的描述，现在转座子与基因表达的调节、新基因多样性的产生，甚至可能与胚胎发育有关。

怀孕发现背后的研究小组并没有开始研究转座子。干细胞生物学家Sean Morrison是德克萨斯大学西南医学中心儿童医学中心研究所的主任，他和同事们继续他们早期的研究工作，表明怀孕期间雌激素水平上升，会刺激脾脏中的干细胞繁殖并发育成红细胞。为了更深入地研究，该研究的合著者、莫里森实验室的研究生Julia Phan比较了怀孕和未怀孕小鼠血液干细胞中的基因表达。

Phan在她的分析中选择不放弃转座子的活性——这是许多研究的标准步骤。“这是非常偶然的，”Morrison说，因为她在脾脏的造血细胞中发现了一种被称为逆转录转座子的跳跃基因子集的“大规模激活”，在骨髓中也有较小程度的激活，而骨髓通常是血液的制造细胞。“这就提出了一个问题……（反转录转座子）是否真的（在这些细胞中）起了作用？”

研究小组发现，干细胞通过开启与抗病毒免疫反应相关的关键蛋白质来对逆转录转座子爆炸做出反应，这反过来又导致这些细胞繁殖，在某些情况下，变成红细胞。缺乏关键免疫基因的老鼠在怀孕期间的红细胞中没有表现出如此戏剧性的增加，用逆转录酶抑制剂治疗的动物也没有表现出来。逆转录酶抑制剂阻断逆转录转座子用于复制和粘贴自身的酶。

至于人类，研究小组分析了大约12名孕妇血液样本中的干细胞，发现与没有怀孕的人的细胞相比，她们的反转录转座子活性往往更高。当研究人员对6名服用逆转录酶抑制剂治疗HIV的孕妇的血液进行研究时，他们发现这些人在怀孕期间血红蛋白水平下降，都贫血了。沃尔特和伊丽莎·霍尔医学研究所（Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research）的血液学家和分子生物学家San - rayn Pasricha没有参与这项研究，他说，这些发现指出了红细胞生成的一种新的驱动因素，也可能是一些人贫血的原因。然而，他警告说，在将这些发现应用于医疗环境之前，“对其他人来说，在一系列临床条件下重复和验证这些发现是很重要的”。

该研究的合著者、埃森大学医院的皮肤科医生Alpaslan Tasdogan正在计划进行一项更大规模的临床研究，以更多地了解怀孕期间逆转录转座子的变化，以及如何帮助贫血的人。“当女性立即怀孕时，（反转录转座子）会出现吗？还是以后才会出现？这是没有人真正知道的事情。”

纽约大学朗格尼健康中心（NYU Langone Health）的分子生物学家Paolo Mita没有参与这项研究，他说，目前还不清楚怀孕究竟是什么唤醒了一个人的转座子。研究人员表示，一条线索可能来自血液干细胞DNA的包装方式，当小鼠怀孕或接受雌激素治疗时，DNA会发生变化。反复从未怀孕的小鼠身上抽取大量血液也会唤醒血液干细胞中的反转录转座子，这表明怀孕不是唯一的触发因素。

几位研究人员说，怀孕的哺乳动物进化到依赖于逆转录转座子的活动，这是令人惊讶的，毕竟，逆转录转座子可以引起宿主细胞的突变。Morrison推测，人体可能会以某种方式阻止这些病毒样序列重新插入人类DNA，或者只激活某些干细胞中的反转录转座子。

不管具体的机制是什么，Morrison怀疑这些元素不仅仅在血液中发挥着有益的作用，而且可能是整个身体组织生成的主要贡献者——其他研究小组已经在探索这个想法。Morrison敦促科学家在分析中不要忽视跳跃基因。“我认为他们会发现，反转录转座子也会在其他类型的干细胞中‘启动’。”