这种病毒让兔子长出鹿角，还致人患上致命癌症
本文由公众号 “把科学带回家” 提供
给孩子最好的科学教育
撰文 | 卡尔·齐默（Carl Zimmer）
翻译 | 刘旸
在德德（Dede）为了生计不停参加各种“怪人秀”后，人们就给他起了一个奇怪的名字“树人”。不是因为他把自己装扮成了树，而是他的手和脚都不停地长出肉芽，就像树干的枝丫一样向外伸展。这个印度尼亚男孩从十几岁就开始长出像肉芽一般的疣，因为无法正常投入工作，只好加入巡演供人参观。2007年，医生从他身上切下近12斤的疣。然而，新的疣又会不断长出来，德德不得不持续接受手术治疗。原来，德德身上这些莫名其妙的增生是一种病毒导致的，它的名字叫乳头瘤病毒，英文为papillomavirus（papilla源自拉丁文，意为“芽”），表示被感染的细胞会长出芽来。这个名字很形象地描述了病毒的效果。
长着鹿角的兔子
20世纪中期，科学家首次发现了这种病毒，发现的过程还与“鹿角兔”的传说紧密相关。在美国怀俄明州街头售卖的明信片里，你很容易就能看到“鹿角兔”在草原上跳来跳去的照片，它看上去就像长了一对鹿角的兔子。当地一直流传着一种传说，这种神奇的生物就在附近的丛林中活动。
明信片上绘制的“鹿角兔”
从某种意义上来说，这个传说是杜撰的。大多数鹿角兔只是骗人的把戏，人们单纯地把鹿角粘在了兔子的头上。不过就像大多数传说一样，鹿角兔的故事也有原型。有些兔子的确会在头上长出像角一样的肿块。
美国洛克菲勒大学的科学家理查德·肖普（Richard Shope）曾在一次打猎的途中听说了鹿角兔的故事。他让朋友替他抓了一只，好分析“鹿角”究竟是由什么组成的。此前，肖普的同事弗朗西斯·劳斯（Francis Rous）就用病毒在鸡的身上做过一个实验，结果显示，病毒可以引发块状的肿瘤。当时有许多科学家对此表示怀疑，不过肖普还是想看看兔子头上的角会不会也是由某种病毒导致的肿瘤。
为了检验这个猜想，肖普把角磨碎，溶在液体里，再用陶瓷过滤。这种陶瓷很特殊，中间有细微的气孔，只有体积足够小的病毒才能通过。接着，肖普把过滤后的液体涂在兔子的头上，原本健康的兔子不久就长出了角。这个实验不仅说明“鹿角”里含有病毒，也说明的确是由感染病毒的细胞“造”出了角。
确认了自己的猜想后，肖普把手头的样本转交给劳斯，让他继续研究。此后，劳斯还尝试把含有病毒的液体注射到兔子的体内，这种操作并没有让兔子长出像之前一样无害的角，而是引发了可怕的癌症。接受注射的兔子全都死了。因为发现了病毒和癌症之间的联系，劳斯在1966年获得了诺贝尔生理学或医学奖。
肖普和劳斯的发现给科学家开启了思路，很多研究人员开始在其他动物身上寻找奇怪的肿块。奶牛的皮肤上就时常会长出巨大而畸形的增生。事实上，从海豚、老虎到人类，几乎所有哺乳动物都可能长疣。极个别情况下，有的人也会长出像鹿角一样的肿块。
宫颈癌的真凶
20世纪70年代，德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森（Harald zur Hausen）猜测，乳头瘤病毒对人的危害可能远不止皮肤长出小疙瘩那么简单。他怀疑女性的宫颈癌或许和这种病毒有关。此前的研究显示，宫颈癌的传播方式和性传播疾病类似。例如，修女得宫颈癌的概率就比其他女性低很多。有些科学家怀疑，是某种性传播病毒让人患上了宫颈癌。乳头瘤病毒有引发癌症的“前科”，因此豪森将目标锁定在了乳头瘤病毒上。
假如设想是真的，宫颈的肿瘤组织里就应该可以检出病毒。豪森找来一些组织切片，一点点地整理它们的DNA。直到1983年，他终于在样本中发现了乳头瘤病毒的遗传物质。随着研究的深入，他还在样本里确认了多种不同乳头瘤病毒的毒株。直到今天，科学家已经相继确定了上百种人乳头瘤病毒（简写为HPV）的毒株。豪森也因此在2008年获得了诺贝尔生理学或医学奖。
值得注意的是，所有宫颈癌都始于HPV感染，这种病毒尤其擅长感染上皮细胞（构成了我们人体大部分的皮肤及黏膜）。病毒的基因最终会跑到宿主细胞的细胞核里，混在细胞自己的DNA中。此时，细胞会把HPV的基因一起读取出来，以它作为模板生产蛋白质。就是这些病毒蛋白质的存在，使细胞发生了改变。
与其他病毒不同，HPV并不急于杀死宿主细胞，而是让宿主细胞自我复制产生更多可以寄宿的细胞。宿主细胞越多，生产的病毒也就越多。另外，人体的许多种细胞都是在孩童时期快速生长，后来逐渐放慢节奏甚至完全停下来。但HPV感染的上皮细胞并非如此，它们会持续生长。这些细胞最初是从我们表皮层的下方形成的。上皮细胞一边分裂，一边把新生的细胞往上推。随着分裂和上移，这些细胞变得越来越不像自己，它们会合成大量硬度更高的角蛋白（角蛋白也是指甲和马蹄的主要成分）。角蛋白能让最表面的皮肤抵御来自阳光、化学物质和极端温度的伤害。表皮细胞最终会死去，而下面的细胞又会不断把新生的细胞向外顶，就像后浪推前浪一样。
面对上皮细胞的这种变化，HPV得想办法避免被推到死亡的终点。因为被HPV感染的细胞也会不断上移，直至死去。病毒能够感受到宿主细胞正在被往外推，它们必须改变策略。刚开始，病毒会让细胞更快分裂；在靠近体表后则会改变策略，让宿主细胞制造出更多的病毒。等宿主细胞到达身体表面后，就会在破裂的同时释放大量HPV，尝试感染新的宿主。
打破平衡
在大多数HPV感染的案例中，病毒和宿主之间会维持和平。虽然被感染的细胞会快速生长，但是它们也会相继死去，所以不会给人体带来严重的伤害。在被推往最外层的过程中，新病毒还会想办法通过皮肤接触和性接触，传染给新的宿主。人体的免疫系统也一直参与其中，把感染的细胞不断清除出人体，从而维持微妙的平衡。德德之所以会长满像树枝一样的增生，就是因为他有一种遗传缺陷，身体无法驾驭这些病毒。
宿主和病毒之间的平衡已经存在了上亿年。为了重建乳头瘤病毒的演化史，科学家比较了不同病毒株的遗传序列，也留意了它们能感染哪些宿主。结果显示，乳头瘤病毒不仅会感染人、兔子和奶牛这些哺乳动物，也会感染其他脊椎动物，比如鸟类和两栖类动物。每个特定的病毒株通常只会感染一种或几种亲缘关系较近的物种。
慕尼黑大学的马克·戈特施林（Marc Gottschling）曾根据这些病毒之间的联系推断，早在3亿年前陆地上最早的卵生脊椎动物（也就是如今哺乳动物、鸟类和两栖类动物的祖先）就已经携带了乳头瘤病毒。
随着演化不断深入，当年古老的动物逐渐演化出不同的分支，它们身上的乳头瘤病毒也随之演化。有些研究人员猜测，这些病毒演逐渐出现了很多不同的功能，可以专门感染宿主身体内某些特定的表面或黏膜。例如，导致疣的病毒就专门感染皮肤细胞；另一类则感染嘴和其他开口处的黏膜。绝大多数乳头瘤病毒都能和宿主和平共处。在健康的马匹中，2/3携带了BPV1和BPV2乳头瘤病毒。很可惜，有些病毒株却演化出了更强的致癌性，科学家也不知道这背后的原因是什么。
经过数千代的演化，乳头瘤病毒已经在一些宿主身上很好地稳定了下来，但偶尔也会跳到新的物种身上。有些动物和人类的亲缘关系很远，比如马，但它们身上的乳头瘤病毒和HPV的亲缘关系却很近；有些动物和人类的亲缘关系很近，比如猿类，但它们身上的乳头瘤病毒和HPV亲缘关系却相对较远。也许，病毒想要跨物种传播，只需要皮肤接触就够了。
被轻视的疫苗
2014年的一项研究调查了103位体格健康的受试者，其中71位（约69%）检测到了HPV。但病毒对绝大多数携带者都没有造成伤害。美国大约有3000万女性携带HPV，而这群人中每年只有1.3万人发展出宫颈癌。
美国俄勒冈州立大学的娜塔莉娅·舒利任科（Natalia Shulzhenko）和同事推测，当HPV病毒的一部分遗传物质“不小心”整合到宿主细胞的DNA中之后，HPV就会诱发癌症。被感染的细胞会快速自我复制，在增殖的同时产生新的突变。这些细胞不会像正常细胞那样自然衰老和死亡，而会一直存在。它们也不太会从组织表面脱落，而是逐渐形成肿瘤，从组织表面隆起，挤压周围的正常组织。
对于大多数癌症而言，避免患病的最好方式就是减少细胞发生危险突变的概率。比如戒烟、避免接触容易致癌的化学物质，以及吃健康的食物。要想避免宫颈癌，还有另外一种方式可以选择：接种疫苗。2006年，世界上第一支HPV疫苗在美国和欧洲获准上市。这些疫苗都含有HPV的外壳蛋白，注射到人体后，我们的免疫系统就学会了识别HPV。一旦在真的病毒入侵人体，免疫系统就会很快组织反抗，将HPV迅速清除干净。
疫苗的应用在美国还引发了争议。葛兰素史克是疫苗的主要生产商之一，他们推荐孩子在11到13岁接种HPV疫苗。有些父母担心这种倡议会鼓励孩子发生婚前性行为。因此，到目前为止疫苗的接种率还不高。2013年，只有35%的男孩和57%的女孩在13周岁前接种了HPV疫苗。美国疾病预防与控制中心对此表达了强烈的不满。然而，不管家长们如何反对，疫苗毫无疑问是成功的。长期研究的结果显示，注射了疫苗的孩子对两种致病的病毒株完全免疫，而70%的宫颈癌都是由它们引起的。
可惜，即使所有孩子都注射疫苗，宫颈癌也不一定会消失，疫苗最多能让它针对的这两种病毒类型偃旗息鼓。科学家发现，还有另外13种HPV也能致癌，更别说大量有待发现的其他病毒类型了。另外，哪怕疫苗制服了目前最“成功”的两种病毒，自然选择也可能让其他HPV取代它们的位置。
我们千万不能低估病毒在演化方面的创造力，要知道它们能把兔子改造成“鹿角兔”，也曾经把人变成“树人”。
本文节选自卡尔·齐默的新书《病毒星球》。甲流、埃博拉、SARS，这些病毒让人类措手不及，它们本来只攻击蝙蝠、老鼠或鸟类等，怎料自然演化无意之间将人类写进了病毒的黑名单。尽管疫苗不断更新，但演化的力量让病毒一次次地突破我们的防线。这本书会让你重新理解病毒与人类的关系，认识人类在万物中的位置。
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