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阴道毛滴虫（T. vaginalis）引发的滴虫病是常见性传播疾病，现有治疗手段存缺陷。研究人员解析其双联微管（DMTs）结构，发现 30 种蛋白，含特异性蛋白。该成果为抗滴虫病药物设计提供框架，助力开发新疗法。
滴虫病，作为全球范围内最常见的非病毒性性传播疾病，每年都有数以亿计的新增病例，严重威胁着人类的健康。阴道毛滴虫（Trichomonas vaginalis，简称T. vaginalis）就是这一疾病的 “罪魁祸首”，它凭借着独特的运动方式，在人体的泌尿生殖道中肆意穿梭，不仅会引发令人不适的症状，还与早产、癌症以及 HIV 传播风险的增加有着千丝万缕的联系 。
然而，目前针对滴虫病的治疗却面临着诸多困境。常用的抗生素甲硝唑虽然有一定疗效，但它潜在的致癌风险让人担忧，而且随着时间的推移，阴道毛滴虫对甲硝唑的耐药性也在不断增强，复发感染的情况越来越频繁。这使得开发新的精准治疗方法迫在眉睫。在这样的背景下，对阴道毛滴虫运动机制的深入研究显得尤为重要，因为其运动依赖的双联微管（Doublet microtubules，DMTs）很可能成为新疗法的关键靶点。可长期以来，由于缺乏T. vaginalis的 DMT（T. vaginalis -DMT）高分辨率结构，基于结构的药物设计难以开展，治疗滴虫病的进展也因此受到极大阻碍。
为了突破这一困境，来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles，UCLA）的研究人员踏上了探索之旅。他们聚焦于T. vaginalis的 DMT 结构，开展了一系列深入研究。最终，研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们带来了令人振奋的消息。
研究人员在这项研究中运用了多种先进技术。其中，冷冻电镜（cryogenic electron microscopy，cryoEM）技术发挥了关键作用，它能够在接近天然状态下对生物大分子进行高分辨率成像。同时，质谱分析技术被用于鉴定蛋白质成分，为确定 DMT 的分子组成提供了有力支持。此外，人工智能辅助手段也被巧妙运用，助力解析复杂的蛋白质结构 。
下面让我们详细看看研究都有哪些重要发现。
- T. vaginalis DMTs 兼具常见和特异性的微管内蛋白（MIPs）：研究人员优化实验方案，成功从T. vaginalis中分离出 DMTs，并利用 cryoEM 进行单颗粒分析。他们发现T. vaginalis -DMT 由 30 种不同蛋白质组成，包括 α 和 β 微管蛋白、19 种 MIPs 和 9 种微管外蛋白（MOPs）。其中，15 种 MIPs 和 9 种 MOPs 在先前的 DMT 结构中已被发现，而 4 种 MIPs 是T. vaginalis特有的。此外，还有 4 种未分配的 MIP 和 3 种 MOP 密度，虽无法精确建模，但它们在 DMT 功能中可能起着重要作用。
- 在 α 和 β 微管蛋白方面，T. vaginalis的微管蛋白与人类同源物相似度高达 80%，尤其是 β 微管蛋白中许多抗寄生虫药物的结合区域。研究还发现，T. vaginalis的 β 微管蛋白中，Tyr168和 Phe201等芳香族残基的突变与苯并咪唑类药物（BZs）耐药性相关。
- 在 A - 微管中，分子标尺蛋白 FAP53、FAP127 和 Rib43a 等维持着 48nm 的 MIP 周期性，促进其他 MIPs 的组织。而在 B - 微管中，研究人员发现了多种保守的组装相关 MIPs，以及丝状 MIPs——TvFAP35 和 TvFAP40，它们可能补偿了 A - 微管中某些区域 MIPs 的不足。总体而言，T. vaginalis -DMT 的 A - 微管中 MIP 组织最为简单，这暗示着少数的T. vaginalis特异性 MIPs 在鞭毛功能中可能发挥着重要作用。
- T. vaginalis 微管用特异性蛋白修饰内连接：其他生物的 DMT 内连接（IJs）通常由特定的几种蛋白质构成，而T. vaginalis -DMT 的 cryoEM 图谱揭示了一种长丝状蛋白质 TvFAP40。它位于 IJ 的 PF A13 上，以 16nm 的周期排列，改变了这一重要原纤维的拓扑结构。TvFAP40 单体由球状 N 端头部结构域和卷曲螺旋尾部结构域组成，其独特的结构使其能够与周围的蛋白质发生特异性相互作用，进而影响 IJ 处保守的 MIP 相互作用。
- Tv 特异性 FAP40 头部结构域结合未鉴定配体：TvFAP40 不仅参与蛋白质间的相互作用，还含有一个配体结合口袋。cryoEM 图谱显示，其头部结构域结合一种星状配体，该口袋带正电。通过多种分析手段，研究人员推测该配体可能是一种带负电的碳水化合物，如肌醇五磷酸（IP5）。虽然目前还无法完全确定配体的身份，但这一发现为理解T. vaginalis的生物学功能提供了新的线索。
- TvFAP35 将 FAP77 固定在T. vaginalis -DMTs 的外连接上：在 B - 微管中，研究人员还发现了另一种T. vaginalis特异性蛋白质 TvFAP35，它沿着 A11 原纤维排列，与精子 DMTs 中增强外连接（OJ）稳定性的 TEKTL1 位置相似，结构也有一定相似性。TvFAP35 通过与 FAP77 相互作用，将其固定在 A11 上，这表明 TvFAP35 可能在 DMT 组装中发挥作用。
- T. vaginalis 微管外蛋白呈现 8nm 周期性：在研究T. vaginalis -DMT 的 MOP 组织时，研究人员发现除了常见的轴丝相关蛋白，如介导轴丝间连接和鞭毛弯曲的 N - DRC 和放射辐条复合物外，还存在一些独特的丝状 MOPs。其中，OJMOP1 是一种在其他生物 DMT 结构中未被发现的大型丝状蛋白质，它以 8nm 的周期重复，连接 PF B1 与 A9 和 A10，可能与鞭毛内运输（IFT）和细胞质动力蛋白的运动有关，但目前其具体身份仍未确定。
这项研究首次解析了T. vaginalis鞭毛双联微管及其相关复合物的高分辨率结构，明确了其分子组成、结构排列、原子结构以及小分子配体结合位点 。研究结果为理解T. vaginalis独特的运动方式提供了结构基础，有助于深入探究其抗生素耐药机制，更为开发抗滴虫病的精准药物指明了方向。
T. vaginalis -DMT 结构的简单性，尤其是 A - 微管中较少的 MIPs，与其他生物形成鲜明对比，这暗示了其独特的运动适应策略。而 B - 微管中特异性蛋白质 TvFAP35 和 TvFAP40 的发现，以及 TvFAP40 可能结合碳水化合物衍生物配体的现象，不仅揭示了鞭毛功能和稳定性的新机制，还为药物设计提供了极具潜力的靶点。针对这些特异性蛋白质开发的药物，有望在治疗滴虫病时减少对人体正常细胞的影响，降低副作用。
总的来说，该研究成果为深入了解阴道毛滴虫的生物学特性和致病机制奠定了坚实基础，也为抗滴虫病药物的研发开辟了新的道路，在生命科学和健康医学领域具有重要的意义，有望为全球众多滴虫病患者带来新的希望。
