生命科學

狂犬病毒改邪歸正

神經科學家利用基因工程技術改造狂犬病病毒,讓它來繪製精準的神經迴路。

撰文/馬瑞(Andrew J. Murray)
翻譯/林雅玲

生命科學

狂犬病毒改邪歸正

神經科學家利用基因工程技術改造狂犬病病毒,讓它來繪製精準的神經迴路。

撰文/馬瑞(Andrew J. Murray)
翻譯/林雅玲


月夜下的英國沼地,《巴斯克維爾的獵犬》小說如此描述三位虛構的狂歡者對於眼前可怕景象感到的震驚:「有隻邪惡的怪物,龐大的黑色野獸,形狀像獵犬,比任何人看過的獵犬還要大。他們目睹那個怪物扯斷巴斯克維爾(Hugo Baskerville)的喉嚨,牠熾熱的眼睛接著轉向他們,並對著他們流口水,三人因恐懼而尖叫,為了活命而狂奔。」


偵探小說家柯南.道爾(Arthur Conan Doyle)在《巴斯克維爾的獵犬》描寫讓讀者感到恐怖的情景,醫學史學家分析後,認為是源自狂犬病對當代英國社會的深刻影響。狂犬病毒讓乖巧的寵物轉變成流著口水的殘虐野獸,加上近100%的死亡率,成為人類歷史上最令人恐懼的疾病之一。早在1804年,德國醫師辛克(Georg Gottfried Zinke)的實驗指出,感染狂犬病的動物唾液含有高濃度的病毒。這種病毒會增強唾液產生,進而增加口腔裡的病毒含量,這也是染病犬隻流口水的原因。1880年代法國科學家巴斯德(Louis Pasteur)證實,受感染動物的腦中也充滿病毒。這些觀察都事出有因。兩個世紀以來的研究已確認,狂犬病毒會讓受感染的動物從口水狂流的狀態,轉換成瘋狂噬咬。病毒透過演化操縱宿主的大腦,確保自身有效傳播。


狂犬病每年造成5萬9000多人死亡。因為接種疫苗和隔離策略,狂犬病不再引起已開發國家的恐慌。相反地,神經科學家正試圖駕馭狂犬病毒,使其成為有助於人類研究的工具。狂犬病毒擅長在神經元間悄悄移動,避開免疫系統的偵察,從傷口部位進入大腦。許多研究人員已經掌握並改造狂犬病毒的能力,藉此了解神經元如何彼此聯繫。


人類大腦由數十億個神經元組成,每個神經元都與數千個神經元相連,想了解人類的感受和行為,需要解開腦中錯綜複雜的神經迴路。科學家利用基因改造的狂犬病毒,已經可以觀察到特定類型的神經元會接收哪些種類的訊號、電脈衝怎麼從眼睛傳遞至大腦,以及是哪些神經元類型能協助我們控制肢體動作而避免跌倒。儘管這個領域才剛起步,但有朝一日這些研究成果有助於進一步了解帕金森氏症等神經退化疾病,甚至開發嶄新療法。


首先,帶原動物的撕咬過程,會把病毒顆粒注入對方的肌肉組織。狂犬病毒長得像是子彈膠囊,裡面裝有單股RNA和蛋白質,外殼則包覆了棘狀突起的醣蛋白。這個醣蛋白外殼會欺騙運動神經元,被咬傷部位的神經元末端把病毒帶進體內,運動神經元會釋出導致肌肉收縮的化學物質,這些神經元一顆顆接力把病毒傳遞直至傷者大腦,也就是病毒最終的目的地。


從傷口到大腦


確切地說,醣蛋白會與運動神經元突觸末梢的受體結合,並把訊號傳遞給相鄰神經元。就像經由機場安檢區出境一樣,突觸末梢負責守衛神經元間突觸的單向交流。一般而言,突觸的「下游方向」是指從大腦到肌肉的訊號在神經元間傳遞。然而,狂犬病毒卻是朝上游傳播,因為它必須進入大腦,因此它欺騙運動神經元的受體,從原本的出口進入身體。病毒擅長利用宿主細胞達到目的,狂犬病毒尤其是箇中高手。


入侵病毒一旦進入細胞,便會拋棄醣蛋白外殼的偽裝、病毒RNA便開始運作,利用細胞裡的物質和代謝程序來製造更多病毒RNA以及自己所需的蛋白質,這些病毒的組成成份接著會組裝成更多病毒。許多種類的病毒複製速度快到迫使受感染的細胞爆裂,讓病毒顆粒釋出到細胞間隙,狂犬病毒則嚴格控管自身繁殖速度,只會產生足以繼續朝向下顆神經元前進的後代。


如此一來,病毒能避免對宿主身體造成過大的傷害,不會驚動免疫系統。有別於其他種病毒,狂犬病毒維持宿主細胞的完整性,接著跨越突觸前進到上游未受感染的神經元。這種無聲無息的感染方式也是狂犬病擁有長時間無症狀潛伏期的原因,在人類身上通常潛伏1~3個月。


一旦跳躍到另一顆神經元,病毒會再次啟動整個流程:脫掉外殼、製造並組裝更多病毒,繼續往上游神經元前進。透過這種方式,狂犬病毒找到一條穿越神經系統的途徑,從最初在肌肉組織中遇到的運動神經元,步步逼近脊髓與大腦。