增殖裂头绦虫与曼氏裂头绦虫分泌蛋白质组数据集揭示幼虫在宿主体内无性增殖的分子基础

《Scientific Data》：Proteomic Dataset of Sparganum proliferum and Spirometra mansoni to Understand Asexual Proliferation in Hosts

本研究针对Sparganum proliferum（增殖裂头绦虫）具有在宿主体内异常增殖能力而Spirometra mansoni（曼氏裂头绦虫）缺乏此特性的生物学差异，通过LC-MS/MS技术对两种绦虫plerocercoid幼虫的分泌蛋白质组进行系统性分析。研究成功鉴定出S. proliferum的1,115个分泌蛋白和S. mansoni的704个分泌蛋白，发现包括免疫调节蛋白P-ISF、抗原B样蛋白、蛋白酶等关键因子。该数据集为理解绦虫宿主互作机制和无性增殖的分子基础提供了宝贵资源，对开发抗寄生虫新策略具有重要意义。

　　

在寄生虫学的神秘世界里，裂头绦虫属（Spirometra）的生物学家们一直对一个奇特现象着迷：大多数绦虫在中间宿主体内保持相对静止的状态，但有一个例外——增殖裂头绦虫（Sparganum proliferum），它拥有在宿主体内不断增殖扩散的非凡能力，导致一种极具侵袭性的寄生虫病——增殖型裂头蚴病。相比之下，它的近亲曼氏裂头绦虫（Spirometra mansoni）则表现为典型的非增殖型寄生虫。这两种绦虫在生物学行为上的鲜明对比，为科学家们探索寄生虫如何操纵宿主环境、实现生存和增殖的分子机制提供了绝佳的研究模型。

长期以来，科学界一直困惑于是什么分子因素决定了这种增殖能力的差异。绦虫与宿主的相互作用很大程度上通过分泌蛋白质（也称为排泄-分泌产物）介导，这些蛋白质是寄生虫与宿主对话的“分子语言”，参与免疫调节、组织定植和营养获取等关键过程。理解这些分泌蛋白的组成和功能，不仅能够揭示寄生虫的致病机制，还可能为开发新的治疗策略提供靶点。

为了解开这一谜题，来自东京大学的研究团队在《Scientific Data》上发表了一项开创性研究，首次对增殖型和非增殖型裂头绦虫的分泌蛋白质组进行了系统比较分析。研究人员采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术，对两种绦虫plerocercoid幼虫（在人体内的寄生阶段）的分泌蛋白进行了全面鉴定和定量分析。

研究的关键技术方法包括：从感染动物体内分离活体幼虫并在体外培养收集分泌蛋白；通过高效液相色谱耦合高精度质谱（Q-Exactive）进行蛋白质鉴定；使用Proteome Discoverer软件进行数据库搜索和定量分析；利用eggNOG-mapper、Pfam和SignalP等工具进行功能注释和信号肽预测。所有实验均设置了三个生物学重复，并采用严格的质控标准（错误发现率<1%），确保数据的可靠性和可重复性。

分泌蛋白质的收集与鉴定

研究人员从感染动物体内分离出约100条活体幼虫，在模拟体内条件（37°C，5% CO₂）下进行体外培养，收集36小时内分泌到培养基中的蛋白质。通过SDS-PAGE（十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳）分析显示，两种绦虫的分泌蛋白条带模式存在明显差异，提示它们的分泌组组成有所不同。定量分析表明，从增殖裂头绦虫获得了平均13.0μg蛋白质，从曼氏裂头绦虫获得了平均12.6μg蛋白质。

通过高精度质谱分析，研究团队在增殖裂头绦虫中鉴定出7,101个肽段谱图匹配，对应1,115个蛋白质；在曼氏裂头绦虫中鉴定出3,806个肽段谱图匹配，对应704个蛋白质。蛋白质长度分析显示，增殖裂头绦虫的鉴定蛋白平均长度为592.7个氨基酸，曼氏裂头绦虫为545.6个氨基酸。

分泌蛋白的功能特征

信号肽预测分析揭示了一个有趣现象：仅有23.2%的增殖裂头绦虫蛋白和27.8%的曼氏裂头绦虫蛋白含有典型的分泌信号，这表明大部分蛋白质可能通过非经典途径分泌，这一发现与其它寄生虫研究中的观察一致。

两种绦虫的分泌组中均富含绦虫特异性抗原B样蛋白（Tapeworm specific antigen B-like），这类蛋白在寄生虫免疫调节中发挥重要作用。特别值得注意的是，先前在曼氏裂头绦虫中被发现能够抑制炎症因子和巨噬细胞一氧化氮产生的免疫抑制因子P-ISF（plerocercoid-immunosuppressive factor），在两种绦虫中均被高丰度检测到，且在增殖裂头绦虫中存在多种异构体。

高丰度蛋白分析

在增殖裂头绦虫中，丰度最高的蛋白是一个与已知序列无显著相似性的未知功能蛋白，提示可能是一个物种特异性的新因子。多个高丰度蛋白含有纤连蛋白III型（fn3）结构域，这是免疫球蛋白样蛋白的典型特征，可能介导宿主相互作用或免疫信号传导。此外，还鉴定出两个含有胰蛋白酶结构域的丝氨酸型内肽酶，提示其在宿主环境中的蛋白水解活性。

曼氏裂头绦虫的分泌组同样以绦虫特异性抗原B样蛋白为主，其中一个含有多个保守结构域的大型逆转录转座子相关蛋白位列高丰度蛋白之列。其它显著蛋白包括含半胱氨酸蛋白酶抑制剂结构域的蛋白酶抑制剂、含EF-hand模体的centrin样钙结合蛋白，以及几个功能未知的蛋白。

基因本体（GO）富集分析

GO富集分析揭示了两种绦虫分泌蛋白的功能偏好。在生物过程类别中，增殖裂头绦虫显著富集的术语主要涉及三个生物学类别：蛋白质折叠和成熟（包括分子伴侣介导的过程）；涉及含吡啶化合物（如NAD(P)）的代谢途径，反映氧化还原和能量相关功能；以及以中性粒细胞活化和脱颗粒为中心的免疫应答途径。

曼氏裂头绦虫在生物过程中富集了免疫细胞活化和分泌相关术语，特别是髓系和粒细胞途径，同时还涉及细胞外基质组织和肌肉分化，提示其在组织重塑或应激反应中的可能作用。

在分子功能类别中，增殖裂头绦虫显著富集酶功能，特别是蛋白质降解和氧化还原过程，同时还有强大的结合功能，包括碳水化合物相互作用和细胞骨架/蛋白质折叠结合。曼氏裂头绦虫则富集丝氨酸型肽酶和氧化还原酶活性，表明其在蛋白质周转、炎症和氧化还原平衡中的参与。

在细胞组分类别中，两种绦虫均显著富集细胞外区域、囊泡腔和分泌颗粒等术语，与所分析蛋白质的分泌性质一致。

Pfam结构域比较分析

研究共鉴定出702个Pfam结构域存在于增殖裂头绦虫，398个存在于曼氏裂头绦虫，其中350个结构域为两种绦虫所共享。在共享结构域中，254个在两种绦虫间具有相似的丰度水平（定义为倍数变化在±2以内），整体相关性为0.60（Pearson's r）。

增殖裂头绦虫中富集超过两倍的结构域包括肽酶M1、纤连蛋白III型（fn3）、胰蛋白酶、羧酸酯酶和CAP结构域。相比之下，曼氏裂头绦虫显示出较高的Taeniidae抗原、胶原蛋白、EF-hand和半胱氨酸蛋白酶抑制剂结构域丰度。特别值得注意的是，增殖裂头绦虫中独特检测到338个Pfam结构域，包括核相关结构域如CENP-T_C；而曼氏裂头绦虫中鉴定出45个独特结构域，其中高丰度蛋白含有Innexin和Tektin结构域。

数据质量验证

为确保数据的可靠性和可重复性，研究包含了多个生物学重复，并进行了严格的质量控制。蛋白质鉴定在技术三重重复中进行，错误发现率严格控制在1%以下。生物学重复间的蛋白质丰度相关性为0.89至0.93（Spearman's rho，增殖裂头绦虫）和0.72至0.85（曼氏裂头绦虫）。LC-MS/MS的技术重复相关性为0.95-0.99，证明了蛋白质鉴定的高重复性。

这项研究通过对两种生物学行为迥异的裂头绦虫分泌蛋白质组进行系统比较，揭示了它们在与宿主相互作用策略上的分子差异。增殖裂头绦虫分泌组中富集的蛋白酶、FN3结构域蛋白和核相关蛋白，可能与其独特的增殖能力和宿主组织侵袭性相关。而曼氏裂头绦虫则更侧重于细胞外基质组织和免疫调节，与其相对保守的寄生策略一致。

研究产生的全面蛋白质组数据集（通过ProteomeXchange标识符PXD063547和PXD063548公开可获得）为寄生虫学研究社区提供了宝贵资源。这些数据不仅有助于理解绦虫生物学的基本问题，如无性增殖的分子机制和宿主-寄生虫协同进化，还可能为开发新的诊断标志物和治疗靶点奠定基础。特别值得注意的是，研究中发现的一些物种特异性高丰度蛋白和差异富集的功能类别，为未来针对增殖型裂头蚴病的干预策略提供了有希望的候选分子。

这项研究代表了寄生虫系统生物学领域的重要进展，通过整合高精度质谱技术、生物信息学分析和比较生物学方法，为理解复杂宿主-寄生虫相互作用提供了新的视角。随着对这些分泌蛋白功能的进一步实验验证，我们有望更深入地揭示绦虫如何精巧地操纵宿主环境，以及如何针对这些机制开发更有效的防控策略。