作者｜張思瑋
54年前，美國賓夕法尼亞大學的醫學和人類學教授Banuch Blumberg發現乙型肝炎病毒（HBV）（簡稱乙肝病毒）。或許他並沒有想到，自己能因此獲得諾貝爾生理學或醫學獎，也更沒想到，此後半個世紀，人類與乙肝病毒的交手一直「難解難分」。
「如今，雖然有了干擾素、核苷類藥物等多個抗擊乙肝病毒的治療武器，但因HBV可以在人體肝臟細胞核內形成共價閉合環狀DNA分子（cccDNA）和整合入人體基因組，使其病毒DNA形式能穩定存在。而這也正是HBV能在體內維持長期慢性感染且難以清除的關鍵。」中科院生物物理所研究員楊鵬遠在接受《中國科學報》採訪時表示，研究乙肝病毒與宿主基因組相互作用特徵具有重要意義。
基於此，楊鵬遠課題組與北京大學生命科學學院季雄課題組聯手合作，採用3C-HTGTS技術系統地闡述了乙肝病毒cccDNA和整合形式的HBV—DNA與宿主基因組相互作用的特徵，為HBV感染及相關疾病治療提供了新的潛在靶點。相關研究成果近日發表於《細胞發現》。
楊鵬遠（左二）正在點樣。受訪者供圖
報告病例數第一的乙類傳染病
乙肝病毒感染是全球性重大公共衛生健康問題之一。目前，全球乙肝病毒慢性感染者約2.6億人，每年接近100萬人死於慢性乙肝導致的肝功能衰竭、肝硬化和肝細胞癌。
衛健委發佈的《2019年全國法定傳染病疫情概況》指出，病毒性肝炎依然是我國傳染病報告病例數第一的乙類傳染病。根據2020年世界肝炎日的報道數據顯示，我國仍有約7000萬乙肝患者，需要進行治療的患者人數大約2000萬到3000萬。
「隨着乙肝疫苗的普及和免費接種，我國對乙肝的防控效果顯著，人群感染率在穩步下降，尤其是兒童感染率控制得很好。」北京協和醫院肝臟外科主任醫師杜順達告訴《中國科學報》。但乙肝感染問題仍不容忽視。
據了解，乙肝感染率比較高主要因為我國的乙肝診斷率（18%）和治癒率（11%）比較低。乙肝感染初期癥狀隱匿，這就意味着很多人在不知情的情況下成為感染者和傳染源，而一旦感染很難治癒。另一個原因是母嬰傳播。
此外，世界衛生組織國際癌症研究機構提供的統計數據顯示，2020年肝癌高居我國癌症發病率第5位、死亡率第2位。並且，此前有研究指出，我國約80%的肝癌與HBV感染相關。
「如果控制好乙肝病毒感染，或許就能直接減少肝癌的發病率。」杜順達說。
病毒與宿主細胞如何互動
相比丙型肝炎病毒（HCV），HBV更加難纏。
究其原因，楊鵬遠解釋稱，HBV屬嗜肝DNA病毒科，cccDNA利用宿主細胞的轉錄翻譯機制，能夠合成HBV所需的所有RNA和蛋白。而現有的乙肝治療藥物（拉米夫定等核苷類似物）雖然能通過抑制p蛋白（HBV聚合酶）功能抑制HBV複製，但其無法清除感染者細胞內cccDNA及整合形式的病毒DNA。因此當乙肝感染者停葯後，病毒DNA可以利用宿主細胞的轉錄翻譯機制，重新合成HBV所需的RNA和蛋白，從而完成病毒複製。
而HCV是一種正鏈RNA病毒，其複製過程中不存在cccDNA類似中間體。丙肝感染者服用丙肝治療藥物後能有效降低HCV RNA水平，從而消除HCV，實現丙肝治癒。
因此，清除長期穩定存在於人體細胞核內的病毒DNA是乙肝治療的關鍵。那麼，這就引出一個科學問題：HBV cccDNA和整合形式的病毒DNA如何穩定存在於宿主細胞內，以及怎樣才能有效清除這些病毒DNA。
「這其中首先要弄清楚病毒DNA與宿主細胞的相互作用模式和特點。」楊鵬遠說。
為此，兩個研究團隊採用3C-HTGTS技術在HBV感染HepG2-NTCP細胞中發現HBV cccDNA與宿主基因組的相互作用傾向於富含H3K4me3、H3K9ac、H3K4me1和H3K27ac等組蛋白修飾的活躍增強子和啟動子。
3C-HTGTS也是季雄課題組採用的一種新穎的one-to-all染色質互作檢驗方法。「該方法僅需一步限制性酶切和連接交聯後的染色質，理論上可以選用任意識別4bp 序列的內切酶，從而使染色質片段化程度和染色質互作檢測的分辨率更高。」季雄說。
值得一提的是，研究人員利用這種方法還檢測到一種全新的互作形式：在穩定表達HBV的HepAD38細胞中發現，整合形式的HBV-DNA能夠和宿主基因組DNA形成染色質環結構，並且傾向於和宿主基因的啟動區域互作。
繼續深耕病毒作用機制
「雖然國內外很多同行都檢測到了HBV可在人的基因組內整合，但我們首次發現這種整合能在整合區域進一步與周圍人染色質發生相互作用。」楊鵬遠表示。
研究發現，HBV cccDNA與宿主基因組中富含H3K4me1區域相互作用，進而通過染色質免疫共沉澱（ChIP-qPCR）發現，HBV cccDNA上確實存在豐富的組蛋白H3K4me1修飾。當敲低細胞內的介導組蛋白H3K4me1發生的賴氨酸特異性甲基轉移酶2C/D（KMT2C/D）時，HBV RNA轉錄顯著下調，上清中分泌的HBV表面抗原（HBsAg）和E抗原（HBeAg）含量顯著降低，結果提示HBV cccDNA可通過宿主甲基轉移酶介導病毒的轉錄調控。
採訪中，記者了解到在研究過程中，他們遇到的最大困難就是可用和好用的HBV感染模型太少，尤其是小動物體內模型更少。
幸運的是，早在2012年，北京生命科學研究所研究員李文輝團隊發現NTCP是HBV感染受體，並開發了HepG2-NTCP細胞模型，該模型為細胞水平HBV感染帶來了很大便利。
「此次研究中，我們就採用的是HepG2-NTCP細胞模型。」楊鵬遠說，未來，他們將繼續研究HBV整合人基因組的機制及其與人染色質互作的有效靶標，為提出對HBV誘導肝癌發生的調控機制和相應靶向新策略創造條件。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41421-020-00218-1
