研究简史

病毒致癌

1910年，美国病理学家劳斯(Farcnis Peyton Rous)通过鸡瘤状组织发现实验证实病毒可以致癌。但具体机制还未阐明，随着这种现象普遍性的证明，科学家开始考虑病毒是如何导致癌症的发生。病毒根据遗传物质可以分为2类，分别为DNA病毒和RNA病毒。劳斯最早发现的病毒(一般称为劳斯肉瘤病毒RSV)是一种RNA病毒。

DNA前病毒

意大利裔美国病毒学家杜尔贝科(Renato Dulbeeeo)开始以此为材料但一直未取得太大进展，因此转向了一种DNA病毒——多瘤病毒作为研究对象。杜尔贝科和同事利用分子生物学方法对多瘤病毒的DNA进行了追踪，结果发现其DNA可以在宿主细胞中出现。根据噬菌体的溶源理论杜尔贝科提出了DNA病毒的致癌理论：病毒感染细菌后可以将自身DNA与宿主染色体DNA通过整合过程溶为一体(此时的病毒被称为前病毒)。由于宿主细胞获得了病毒的基因，因此导致癌变。该理论很好地解释了DNA的致癌机理,同时也对DNA病毒的生活周期有了新的理解。

RNA前病毒

但另一个难题RNA病毒的致癌却无法使用该理论来解释，此时一个年轻人特明(30岁)承担了这个重任。于l960年加入威斯康星大学成为肿瘤学的助理教授，开始了自己对RSV病毒（劳斯肉瘤病毒）的独立研究。特明对正常细胞和经过RSV感染而发生了转化的瘤细胞研究发现，感染的病毒可以复制自身，RNA复制机理在当时已经知道。但特明认为既然病毒能够致癌就可能将自己的基因整合到宿主细胞内，然而RNA是不可能与DNA整合的，他从放线菌素的使用对此找到了重要的证据。

特明使用放线菌素处理肿瘤细胞发现病毒的生成受阻，由于放线菌素只抑制从DNA到RNA的过程，不抑制RNA到RNA的过程，因此这个事实说明在病毒增殖过程有DNA的参与。结合实验结果和自己的逻辑推理，特明提出了“前病毒假说”。该假说认为，RNA病毒进人宿主细胞后，首先将RNA复制出DNA(此时称为前病毒)，然后病毒DNA与宿主细胞发生整合反应形成宿主的一部分，当需要增殖时由病毒DNA转录来完成。

发现逆转录酶

特明提出的理论立刻引起了科学界的轩然大波,因为该理论中出现了一种令人吃惊的信息传递方式，从RNA到DNA。早在1958年科学大师克里克就提出了描述信息传递的“中心法则”,该法则认为遗传信息只能从DNA传递给RNA，而不可逆行。当时许多科学家甚至包括特明的同事都拒绝接受这个理论。尽管特明随后又提供了大量的间接证据，但一个关键证据——自然界是否存在催化从RNA到DNA的酶还未被发现。

前病毒假说尽管缺乏直接的证据，但在阐明RNA致癌病毒中的重要性还是吸引了大量科学家加人到证明该理论的行列之中，使问题得到了解决。1970年，特明和助手从RSV中分离得到一种RNA依赖的DNA聚合酶，与此同时麻省理工学院的巴尔的摩(DavidBaltimore)也从小鼠白血病病毒分离得到这种酶，病毒内酶的存在证明了前病毒假说的正确性。此时克里克也修改了自己的中心法则，由于遗传信息从DNA传递到RNA被称为转录，因此相反的过程即从RNA到DNA的过程被称为逆转录，相应的酶被称为逆转录酶。

假说定义

在病毒RNA存在的条件下，由于“依赖RNA的DNA聚合酶”(RNA一dependent DNA polymerase)即逆转录酶的作用，可以从RNA复制出“Prvoirus”“前病毒”所需的DNA。再由“DNA前病毒”掺入到宿主细胞核的DNA中，引起细胞癌变。

定律影响

这种DNA逆过程的发现，大大补充了以往公认的DNA”RNA”蛋白质的信息传递及生物合成顺序。它说明了RNA病毒一方面可引起细胞癌变，同时病毒在宿主细胞中还可继续繁殖，用电子显微镜可观察到这类病毒各个生长阶段的病毒体。由于病毒掺入的程度,或潜伏性或表现性的不相同，因此产生了许多理论，提出了“前病毒”、“癌因子Onogoenes”、“原病毒Protoviruses”假说。“前病毒”假说只是其中说法之一种。

应用领域

艾滋病毒RNA逆转录为DNA前病毒（HIV provirus

艾滋病毒基因组 RNA 逆转录为 DNA，整合在宿主染色体内形成前病毒（HIV provirus），是根除艾滋病毒的最大障碍。在活细胞内对单拷贝或低拷贝的整合态 HIV 基因标记与成像，对前病毒的识别和切除具有重要意义，但一直是个难题。中国科学院武汉病毒研究所研究员崔宗强与中国科学院生物物理研究所研究员张先恩合作，利用量子点标记转录激活子样效应因子(TALEs)探针，在活细胞内单拷贝基因荧光标记与成像方面取得突破，实现了单拷贝整合态 HIV 前病毒 DNA 原位标记、动态成像和 3D 定位分析。