脱水诱导的Ae-Aper50调控埃及伊蚊中肠病毒感染：干旱气候下的虫媒病毒传播新机制

本文揭示气候干旱化通过调控埃及伊蚊（Ae. aegypti）脱水耐受基因Ae-Aper50，影响围食膜（PM）厚度及虫媒病毒（arbovirus）感染效率的分子机制。研究通过对比塞内加尔干旱区（Thiès, THI）与雨林区（PK10, PKT）蚊虫品系发现：脱水敏感品系PKT依赖Ae-Aper50维持生存（P<0.0001），其PM厚度显著高于THI（2136.0±964.6 vs 1062.0±547.2 nm，P<0.0001）；基因沉默Ae-Aper50使THI品系寨卡病毒（ZIKV）感染率提升1.5倍（30% vs 12%，P=0.007），基孔肯雅病毒（CHIKV）感染率提升35%，并增强PKT品系ZIKV复制强度（P=0.019）。该成果首次建立脱水耐受性-围食膜屏障-虫媒病毒感染的因果关系，为预测气候变化对蚊媒疾病传播风险提供关键分子靶点。

　　

ABSTRACT

气候变化预计将增加蚊媒病毒的传播范围，但环境变化影响昆虫媒介传播人类病原体的遗传机制尚不明确。随着气候变迁，蚊子将经历更长的干旱期。对干燥环境的重要生理响应是脱水耐受性（desiccation tolerance）。虽然温度已知会影响蚊媒与病毒的互作，但脱水的作用尚未被探究。本研究鉴定出埃及伊蚊（Aedes aegypti）两个遗传多样性品系，在脱水耐受性上存在显著差异。通过RNAseq比较脱水处理与未处理个体的基因表达谱，发现脱水敏感品系在胁迫下最显著上调的转录本编码围食膜蛋白Ae-Aper50。RNAi基因沉默实验证实Ae-Aper50对敏感品系的脱水生存至关重要（P=0.0002），而在耐受品系中无此效应。此外，沉默Ae-Aper50导致耐受品系ZIKV感染率升高、敏感品系ZIKV复制增强，并提升耐受品系CHIKV感染率。这些结果首次建立了脱水保护与中肠感染的分子联系，对预测气候变化下蚊媒病毒传播具有重要启示。

INTRODUCTION

气候模型预测全球升温将增加虫媒病毒病风险，尤其在非洲。寨卡病毒（ZIKV）的全球扩张及埃及伊蚊的全年传播潜力可能进一步扩大。由埃及伊蚊传播的虫媒病毒（如寨卡、登革热、基孔肯雅热）对公共卫生构成重大威胁。尽管气候变化对虫媒病传播的影响多聚焦于温度，湿度等变量的作用尚不明确。昆虫主要通过表皮蜡质、脂质及多糖防止水分流失，表皮成分随年龄、代谢状态和发育阶段动态变化。在冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）和果蝇中，表皮碳氢化合物（CHCs）是防水关键组分，但埃及伊蚊的相关机制未明。本研究利用塞内加尔干旱区（THI）与雨林区（PKT）的遗传分化品系，揭示脱水耐受性与病毒易感性的关联机制。

RESULTS

品系依赖性脱水耐受性

急性脱水实验显示：在1%相对湿度（RH）下，PKT品系50%个体24小时内死亡，而THI品系半数存活达35小时（P<0.0001）。两品系在50% RH对照条件下生存无差异（P=0.52）。病毒挑战实验证实THI品系对ZIKV高度易感，其半数感染剂量（OID₅₀）为2.25 log₁₀ FFU/mL，显著低于PKT品系的7.19 log₁₀ FFU/mL（P=0.0128）。

品系特异性基因表达响应

脱水胁迫24小时后转录组分析发现：两品系呈现截然不同的基因表达模式。PKT品系中Ae-Aper50（AAEL002467）表达显著上调（Log₂FC>1，P<0.05），该基因编码含几丁质结合域的围食膜蛋白。脂质代谢、细胞色素P450基因等在THI品系中富集，提示两品系采用不同脱水响应策略。

Ae-Aper50的脱水保护作用

RNAi沉默Ae-Aper50后，PKT品系脱水存活率显著降低（P=0.0002），而THI品系无变化（P=0.09）。qPCR证实基因沉默效率>70%。这表明敏感品系依赖Ae-Aper50维持脱水生存。

围食膜结构差异

电镜显示：ZIKV抵抗型品系PKT的围食膜厚度（2136.0±964.6 nm）显著大于易感型THI品系（1062.0±547.2 nm，P<0.0001）。两品系中肠尺寸无统计学差异，表明PM厚度差异独立于器官大小。

病毒感染的调控作用

在THI品系中，沉默Ae-Aper50使ZIKV感染率从12%升至30%（P=0.007），CHIKV感染率从57.5%升至77.5%（P=0.048）。在PKT品系中，沉默导致中肠ZIKV复制强度显著增强（P=0.019）。表明Ae-Aper50通过PM屏障调控跨病毒科（黄病毒科与披膜病毒科）的感染效率。

DISCUSSION

本研究首次揭示：

1. 生态适应性驱动分子分化：干旱品系THI进化出独立于Ae-Aper50的脱水耐受机制，而雨林品系PKT依赖该基因生存。

2. 双重功能的围食膜蛋白：Ae-Aper50在敏感品系中兼具脱水保护与PM结构功能，其表达量差异导致PM厚度分化（PKT>THI）。

3. 跨病毒科的屏障效应：薄PM品系（THI）的感染率易受Ae-Aper50沉默影响，而厚PM品系（PKT）的病毒复制强度更敏感，提示PM通过物理屏障与未知机制调控感染。

4. 气候预警模型：干旱胁迫可能通过诱导Ae-Aper50表达改变PM特性，进而影响蚊媒病毒传播效率。

MATERIALS AND METHODS

品系与饲养

THI与PKT品系源自塞内加尔不同生态区，在28°C、70%±10% RH条件下饲养。脱水实验采用4-5日龄雌蚊，1% RH处理24小时。病毒挑战使用柬埔寨ZIKV株（FSS13025）及塞内加尔CHIKV株（FSS37997）。

基因功能验证

dsRNA注射剂量为69 nL（3 μg/μL），脱水生存分析在注射72小时后进行。病毒感染实验在dsRNA注射72小时后以人工血餐接种病毒。

组学与成像

RNAseq在Illumina NextSeq 550平台完成，数据采用DESeq2分析。围食膜厚度通过透射电镜（JEM-1400）测量，每中肠取10个位点避免断裂区域。

创新技术应用

1. 高通量生存监测：使用Wyze Cam v3摄像机以20Hz记录脱水过程

2. 精准PM计量：冷冻切片结合铅枸橼酸染色确保超微结构完整性

3. 跨品系病毒滴定：依据基础感染率动态调整接种剂量（ZIKV：10⁶-10⁷ FFU/mL）

该研究通过整合生态学、分子生物学及病毒学方法，阐明气候-载体-病原体互作的新范式，为虫媒病防控提供进化生物学见解。