高分辨率蛋白质组学揭示疟原虫感染致唾液腺结构破坏及唾液-血淋巴蛋白交换新机制

《Nature Communications》：High-resolution proteomics unveils salivary gland disruption and saliva-hemolymph protein exchange in Plasmodium-infected mosquitoes

本研究针对疟原虫孢子体入侵蚊子唾液腺(SGs)后造成的生理生化影响机制不清的问题，通过高分辨率蛋白质组学、基因表达和形态学分析，发现孢子体入侵会破坏唾液腺上皮完整性，导致血淋巴来源的体液蛋白富集于感染唾液腺，而唾液蛋白泄漏至血淋巴。唾液蛋白质组分析显示感染后免疫蛋白显著减少，可能与孢子体表面结合及唾液物理性质改变有关。该研究为理解疟原虫与蚊子唾液腺的分子互作提供了新视角，对阻断疟疾传播具有重要意义。

　　

在疟疾传播链中，疟原虫孢子体必须成功入侵蚊子唾液腺后才能传播给新的宿主。然而，这一关键阶段的生理和生化变化长期以来如同黑箱般难以窥探。随着杀虫剂耐药蚊株的出现，疟疾在一些地区死灰复燃，开发新的阻断传播策略迫在眉睫。唾液腺作为孢子体传播的瓶颈环节，其与寄生虫的相互作用机制亟待阐明。

发表在《Nature Communications》上的这项研究，首次通过高分辨率蛋白质组学揭示了疟原虫感染对按蚊唾液腺的深远影响。研究人员发现，孢子体入侵不仅改变唾液腺蛋白质组成，更引发唾液与血淋巴之间前所未有的蛋白交换现象。这种交换源于孢子体对唾液腺结构的物理破坏，进而影响唾液的组成和功能，可能改变蚊子的吸血行为，最终影响疟疾传播效率。

研究团队采用多维技术手段展开攻关。他们利用高分辨率质谱技术对感染和未感染疟原虫的唾液腺进行蛋白质组学分析，涵盖样本队列包括伯氏疟原虫(P. berghei)和恶性疟原虫(P. falciparum)感染的冈比亚按蚊。通过免疫荧光染色和免疫电镜技术直观展示蛋白分布，结合透射电子显微镜观察超微结构变化。此外，还运用实时荧光定量PCR分析基因表达，RNA原位杂交技术精确定位转录本，以及葡聚糖扩散实验评估上皮通透性。

研究结果

唾液腺蛋白质组特征

研究人员在未感染和伯氏疟原虫感染21天的唾液腺中分别鉴定出2816和2842个按蚊蛋白。功能注释显示，分泌蛋白占唾液腺蛋白质组的最大比例(未感染66%，感染62%)，而蛋白合成相关蛋白约占9%。感染唾液腺中脂质转运和铁转运蛋白的相对质量显著增加，分别提高三倍和两倍。

疟原虫感染诱导唾液腺蛋白差异表达

主成分分析显示感染和未感染唾液腺形成明显分离的簇。31个蛋白仅在未感染组检测到，57个仅在感染组检测到，2591个为两组共有。在共有蛋白中，24个上调，7个下调，分布在13个功能类别中。

经典唾液蛋白中，多聚尿苷酸特异性内切核糖核酸酶(EndoU)上调，而D7r3和5'外切核苷酸酶(5'-NTD)分别下调57%和33%。能量代谢相关蛋白如α-淀粉酶和脂质转运蛋白脂载蛋白(Lipophorin)显著上调。免疫应答方面，前酚氧化酶途径(PPOp)组分如富含亮氨酸重复免疫蛋白1(LRIM1)和丝氨酸蛋白酶CLIPs表达增加。

感染唾液腺中上调蛋白的积累

免疫荧光验证证实TEP15、转铁蛋白-1和PPO6在感染唾液腺中染色增强。约30%的感染唾液腺出现离散的黑化斑点，但广泛黑化未见，表明孢子体可能通过某种机制抑制黑化过程。

蛋白积累与转录活性无关

实时荧光定量PCR显示，大多数差异表达蛋白的mRNA水平在感染和未感染唾液腺中无显著变化。RNA原位杂交证实脂载蛋白和PPO6分别由附着在唾液腺上的脂肪体细胞和血细胞产生，而非唾液腺本身合成。

孢子体入侵损害唾液腺上皮完整性

感染唾液腺中富集的许多蛋白与血淋巴中高浓度循环蛋白一致。Western blot证实脂载蛋白在感染唾液腺中富集，而唾液标志物腺苷三磷酸双磷酸酶(Apyrase)在感染蚊子血淋巴中检测到。葡聚糖扩散实验显示90%的感染唾液腺可被葡聚糖渗透，而未感染组仅10%。

透射电镜显示感染唾液腺中唾液呈现颗粒状且有电子透明区，相邻腺泡细胞膜分离形成明显的细胞间隙。扩展显微镜进一步证实含孢子体的分泌腔中唾液模式异质性增强。

血细胞与感染唾液腺的相互作用增强

研究发现血细胞更易附着于感染唾液腺表面，这些血细胞可能影响蛋白质组检测结果，并在组织修复中发挥作用。

孢子体诱导唾液蛋白组成改变

唾液蛋白质组学分析发现，伯氏疟原虫和恶性疟原虫感染均导致唾液蛋白数量减少(从未感染组的85-106个降至感染组的41-69个)。感染唾液中含有信号肽的蛋白比例下降，且免疫蛋白如PPO6、TEP15和CLIPA14显著耗竭。

体液蛋白附着于孢子体表面

免疫荧光和免疫电镜显示，TEP15、PPO6和转铁蛋白与唾液腺内孢子体表面紧密结合，而脂载蛋白结合微弱。这些蛋白与孢子体的结合可能部分解释其在唾液蛋白质组中的耗竭现象。

讨论与结论

本研究系统揭示了孢子体定植唾液腺期间发生的复杂分子事件。唾液腺上皮完整性的破坏导致血淋巴蛋白流入和唾液蛋白泄漏，是感染后唾液组成改变的核心机制。孢子体表面与免疫蛋白的结合，以及唾液物理性质的改变，共同导致唾液免疫蛋白耗竭，可能影响蚊子的吸血行为和孢子体传播。

尤为重要的是，伯氏疟原虫和恶性疟原虫感染引发的唾液蛋白变化高度相似，提示孢子体与唾液腺的相互作用在不同疟原虫物种间具有保守性。这一发现为开发广谱阻断策略提供了理论依据。

研究还提出一系列有待深入探讨的科学问题：孢子体如何利用宿主营养？唾液蛋白进入血淋巴如何影响蚊子生理？血细胞在感染过程中的具体作用？这些问题的解答将进一步完善对疟疾传播机制的理解。

该研究建立的高分辨率蛋白质组数据库为后续研究提供了宝贵资源，人工智能和机器学习技术的应用有望从中识别关键通路，为开发新型疟疾阻断策略奠定基础。通过对唾液腺这一传播瓶颈的深入解析，本研究为最终实现疟疾消除目标提供了新的思路和靶点。