恶性疟原虫血期发育过程中抗去垢剂膜动态变化及其功能机制研究

本研究针对恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）血期发育过程中膜微域结构的动态变化机制，通过定量蛋白质组学、脂质分析和生物信息学方法，系统解析了裂殖体（schizonts）和配子体（gametocytes）两个关键发育阶段的抗去垢剂膜（DRMs）组成特征。研究发现宿主红细胞连接复合体成分被特异性招募至寄生虫来源的膜微域中，并揭示了阶段特异性互作网络的核心架构，为靶向膜微域的抗疟策略提供了新视角。

　　

疟疾作为一种由疟原虫引起的致命性寄生虫病，至今仍在全球范围内造成严重的健康威胁。其中恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）是最致命的病原体，其复杂的生活周期涉及人类宿主和按蚊载体。在红细胞内发育阶段，寄生虫通过大量重塑宿主细胞膜结构以适应自身发育和增殖需求。膜微域（又称脂筏）作为富含胆固醇和鞘脂的紧密组装结构，在多种膜相关生物学过程中发挥关键作用，包括信号转导、蛋白运输和病原体入侵。值得注意的是，疟原虫自身不能合成胆固醇，完全依赖宿主来源的胆固醇构建其膜系统，这使得膜微域的结构与功能研究成为理解疟原虫生物学的重要突破口。

尽管前期研究已在疟原虫滋养体阶段鉴定出胆固醇丰富的膜微域结构，但关于不同发育阶段（尤其是产生入侵性裂殖子的裂殖体阶段和负责传播的配子体阶段）膜微域的动态变化与功能特化仍缺乏系统研究。为此，本研究团队通过多组学整合分析手段，深入探索了恶性疟原虫两个关键发育阶段——早期/晚期裂殖体和IV/V期配子体——的抗去垢剂膜（DRMs）的蛋白质与脂质组成特征及其浮力特性，揭示了阶段特异性的膜微域组织规律及其在宿主细胞重塑过程中的核心作用。

本研究主要采用以下关键技术方法：首先通过蔗糖密度梯度离心分离Triton X-100抵抗的膜微域组分；利用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行定量蛋白质组学分析，鉴定并比较不同发育阶段的DRM相关蛋白质；采用气相色谱分析脂质组成及脂肪酸饱和度；通过生物信息学方法构建蛋白质-蛋白质互作网络并分析其拓扑特性；借助免疫荧光和蛋白质酶K消化实验验证宿主蛋白在寄生虫膜结构中的定位与拓扑结构。所有实验均使用体外培养的恶性疟原虫3D7株系及健康人O型红细胞完成。

蛋白质和脂质组成分析揭示阶段特异性DRM特征

研究人员从早期裂殖体（36 hpi）、晚期裂殖体（46 hpi）和成熟配子体（9–10天 post-induction）中分离DRMs，分别鉴定到216、292和121个DRM相关蛋白质。三个阶段共享70个核心蛋白质，涉及代谢、蛋白转运、折叠和核活动等基础生物学过程。阶段特异性分析显示：早期裂殖体DRMs富含DNA复制许可因子；晚期裂殖体则富集与入侵过程相关的蛋白质（如棒状体和微线体蛋白）；配子体DRMs则包含与配子释放和受精相关的蛋白质。脂质分析表明，轻梯度组分（3–6）富含饱和脂肪酸（60–70%），具有典型的有序膜结构特征；而重组分（7–8）则富含多不饱和脂肪酸，可能对应敏感性更高的膜微域。

浮力特性分析揭示膜微域结构动态变化

通过蛋白质丰度剖面（PAPs）聚类分析，将DRM蛋白质分为6类浮力剖面（P1–P6）。其中P1–P3代表典型的筏样结构（轻组分），P4为复杂浮力剖面，P5–P6代表重组分膜微域。定量比较显示，晚期裂殖体中筏样结构占比最高（48%），而早期裂殖体（54%）和配子体（51%）中则以敏感性膜微域为主。功能类别分析进一步表明，不同生物学过程的蛋白质倾向于募集至特定浮力特性的膜微域中，例如细胞氧化还原稳态相关蛋白质在早期裂殖体中主要存在于低有序度膜微域，而在晚期裂殖体中则主要富集于筏样结构中。

互作网络分析揭示核心功能模块的架构特性

通过贝叶斯方法推断了全局蛋白质互作网络（涵盖4805个蛋白质和403,239条边），并据此构建了阶段特异性DRM互作子网络。拓扑分析显示：早期和晚期裂殖体互作网络中，参与相同生物学过程的蛋白质形成紧密簇群，但核活动、细胞骨架组织和内膜复合体相关蛋白质则呈现分散分布；阶段特异性功能（如运动性和入侵）位于网络外围，而通用过程（如折叠和翻译）则处于核心位置。配子体互作网络中，折叠和性别发育相关蛋白质形成簇状结构，阶段特异性功能同样位于网络边缘。共同核心蛋白质（55个）形成一个高度互联的子网络，提示DRM相关过程存在保守的结构支架。

宿主连接复合体成分被招募至寄生虫DRMs

研究发现，寄生虫DRMs中包含29个宿主来源的蛋白质，约占健康红细胞DRM蛋白质组的20%，其中包括参与细胞氧化还原稳态、运输和筏组织的蛋白质。值得注意的是，半数宿主蛋白质是连接红细胞膜与骨架的超分子连接复合体的组成部分，如Glut1、Band3、血型糖蛋白A、Kell血型蛋白以及骨架适配分子（蛋白4.1、α/β-内收蛋白、蛋白4.2和P55）。这些宿主蛋白质在感染后的浮力特性与健康红细胞中存在显著差异，证实了疟原虫感染过程中宿主膜结构的重组。免疫定位和生化实验证实，β-内收蛋白和P55被寄生虫内化并定位于新生的寄生虫空泡膜（PVM）中，且其拓扑结构表明这些蛋白质部分暴露于宿主细胞质中。

讨论与意义

本研究系统揭示了恶性疟原虫血期发育过程中膜微域的动态重组规律，证实了DRMs在宿主-寄生虫界面重塑中的核心作用。研究发现宿主连接复合体成分被特异性内化并整合至寄生虫膜结构中，这不仅为理解寄生虫利用宿主资源构建自身膜系统提供了新证据，也为干预寄生虫的发育和传播提供了潜在靶点。阶段特异性互作网络的解析进一步揭示了关键生物学过程在膜微域中的空间组织原则，其中高度保守的核心支架可能成为多阶段靶向治疗的理想对象。

该研究发表于《Scientific Reports》期刊，为开发针对膜微域的新型抗疟策略奠定了坚实的理论基础，同时其整合多组学与生物信息学的研究方法也为其他病原体-宿主相互作用研究提供了重要范式。