靶向殺滅瘧原蟲新機制實現，質譜和電鏡技術功不可沒

　　8月24日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王四寶團隊在《自然-通訊》（Nature Communications）上，在線發表了題為Outer membrane vesicles from a mosquito commensal mediate targeted killing of Plasmodium parasites via the phosphatidylcholine scavenging pathway的研究論文。研究報道了蚊蟲腸道共生細菌通過釋放的胞外囊泡，利用瘧原蟲磷脂酰膽堿清除途徑，跨界遞送抗瘧效應分子，實現靶向殺滅瘧原蟲的全新機制。

　　瘧疾是嚴重的蚊媒寄生蟲傳染病，媒介按蚊是傳播瘧疾的關鍵環節。抑制病原體在媒介體內的發育和感染是阻控蚊媒疾病傳播的新思路。王四寶團隊致力于研究蚊蟲-腸道共生菌-病原體之間相互作用的分子機理，探究基于腸道共生菌的蚊媒疾病傳播阻斷控制策略（Symbiont-based transmission blocking strategy，Paratransgenesis）。這種通過“治療”蚊子以消滅瘧疾的方法，為實現源頭阻斷瘧疾等蚊媒疾病的傳播提供了新的策略和方法。前期研究發現了具有天然抗瘧活性的按蚊腸道共生菌——解脲沙雷氏菌（Serratia ureilytica）Su_YN1，可通過分泌具有裂解瘧原蟲作用的脂肪酶AmLip，以水平和垂直傳播等方式在按蚊種群中快速散播，從而驅動瘧蚊抑制瘧疾感染傳播，這為源頭阻斷瘧原蟲感染傳播提供了新武器。研究發現，AmLip可進入瘧原蟲細胞實施靶向殺滅作用，但具體機制尚不清楚。該研究在探究抗瘧效應蛋白AmLip如何靶向進入瘧原蟲的過程中發現，共生菌Su_YN1在吸血蚊蟲腸道內產生大量的OMVs（圖1a），而AmLip蛋白分泌后并非游離存在，而是傾向與OMV結合形成OMV-AmLip復合物（圖1b），從而靶向裂解瘧原蟲（圖1c-e）。

　　胞外囊泡是細胞間進行物質傳遞進而實現細胞間通訊的重要途徑。外膜囊泡（OMV）是細菌產生的主要胞外囊泡，在細菌細胞間或細菌與宿主細胞之間通訊中扮演著重要角色。然而，科學家對OMV等胞外囊泡如何靶向特定細胞的機制知之甚少，腸道共生細菌產生的OMV能否跨界進入真核病原體亦尚無報道。研究發現，在人和其他哺乳動物等宿主的血液誘導下，共生菌Su_YN1產生大量OMV。這些由血餐誘導產生的OMV含有一些宿主血清脂質成分，尤其是以磷脂酰膽堿（Phosphatidylcholine，PC）為主要特征的血清代謝來源的脂質（圖1f）。由于瘧原蟲丟失了特定的脂質代謝途徑，因而必須通過攝取包括PC在內的胞外脂質滿足瘧原蟲的生理代謝需求。因此，富含PC的OMV成為瘧原蟲攝取的對象。進一步研究發現，富含PC的OMV可通過瘧原蟲的磷脂酰膽堿清除途徑（PC scavenging pathway）被快速、特異地攝取進入瘧原蟲體內，從而將攜帶的脂肪酶AmLip轉運到瘧原蟲細胞，實現對瘧原蟲的特異性靶向殺滅作用（圖1g）。

　　該研究揭示了腸道共生菌如何通過分泌效應蛋白靶向殺滅瘧原蟲的機制，發現了胞外囊泡在調控吸血媒介昆蟲腸道環境中宿主因子-腸道菌-病原體多元跨界互作中具有重要作用（圖2），為阻止瘧疾傳播提供了潛在的創新策略。研究工作得到國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家重點研發計劃和上海市科學技術委員會等的資助，并獲得分子植物卓越中心質譜平臺和電鏡平臺的技術支持。

圖1.腸道共生細菌利用外膜囊泡轉運抗瘧效應蛋白AmLip靶向殺滅瘧原蟲。（a）腸道共生菌解脲沙雷氏菌在吸血按蚊腸道內產生大量的外膜囊泡OMVs；（b）抗瘧脂肪酶AmLip分泌后與OMV結合形成AmLip-OMVs復合物；（c）OMVs跨界轉運AmLip進入并快速裂解瘧原蟲；（d）AmLip-OMVs復合物顯著抑制按蚊中腸內瘧原蟲的發育和感染；（e）Su_YN1通過OMVs遞送AmLip阻斷瘧原蟲經按蚊傳播的示意圖；（f）宿主血清誘導Su_YN1產生的OMVs富含大量PC等宿主血清來源的脂質成分；（g）富含PC等脂質的OMVs通過瘧原蟲PC清除途徑被攝取進入瘧原蟲，實現跨界遞送抗瘧效應蛋白AmLip靶向殺滅瘧原蟲。

　　圖2.按蚊腸道共生細菌通過分泌外膜囊泡跨界遞送抗瘧脂肪酶AmLip靶向殺滅瘧原蟲的機制示意圖