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疟疾严重威胁全球健康，为控制疟疾传播，研究人员开展针对恶性疟原虫 PfPIMMS43 的纳米抗体研究。结果显示，纳米抗体能显著降低疟原虫感染强度和流行率。这为疟疾防控提供新策略，有望助力疟疾消除。
疟疾，这一古老而又致命的疾病，长期以来如同高悬在人类健康头顶的达摩克利斯之剑。据统计，每年约有 2.5 亿人感染疟疾，超过 60 万人因此失去生命 。在 21 世纪初，全球抗击疟疾曾取得显著进展，疟疾的发病率和死亡率都有所下降。但自 2014 年起，这一良好趋势停滞不前，2020 年新冠疫情的爆发更是雪上加霜，公共卫生服务受到严重干扰，疟疾疫情出现反弹。在气候变化、资金减少、杀虫剂干预失效以及疟疾流行地区人口大量增长的背景下，开发新的疟疾防控手段迫在眉睫。
疟疾的传播依赖疟原虫在蚊子体内的有性发育。当雌性按蚊叮咬感染疟疾的人时，疟原虫的雌雄配子体进入蚊子中肠，融合形成合子，随后发育为动合子。而动合子向卵囊的转变，是疟原虫生命周期中的关键步骤，也是疟疾传播阻断策略的重要靶点。在这一过程中，蚊子的 JNK 信号通路被激活，通过诸如血红素过氧化物酶 2（HPX2）和 NADPH 氧化酶 5（NOX5）等效应物，促进动合子的硝化，使其被蚊子的补体样系统清除 。然而，疟原虫也进化出了逃避机制，其中 PfPIMMS43 蛋白发挥着重要作用。
PfPIMMS43 是一种糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定蛋白，表达于动合子和子孢子表面，帮助疟原虫逃避蚊子的补体样系统，对疟原虫穿越蚊子中肠至关重要 。此前研究发现，针对 PfPIMMS43 的多克隆抗体可降低疟原虫在按蚊中的感染率 ，但开发有效的疟疾传播阻断干预措施仍面临诸多挑战。
为了探索阻断疟疾传播的新途径，来自伦敦帝国理工学院（Department of Life Sciences, Imperial College London）和坦桑尼亚伊法卡拉卫生研究所（Environmental Health and Ecological Sciences, Ifakara Health Institute）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为疟疾防控带来了新的希望。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过免疫骆驼产生针对 PfPIMMS43 的纳米抗体（VHH），并利用 ELISA 技术测定其结合亲和力。其次，运用标准膜饲血实验（SMFAs）和直接膜饲血实验（DMFAs）评估纳米抗体阻断疟原虫传播的能力。此外，采用抗原结合和酶消化实验进行抗原表位定位，借助 AlphaFold 进行纳米抗体与 PfPIMMS43 相互作用的同源建模。
纳米抗体的生成与表征
研究人员构建了重组 Thioredoxin-His 标记的 PfPIMMS43 蛋白，以此免疫骆驼，从产生的免疫纳米抗体文库中筛选出 9 种纳米抗体。这些纳米抗体的抗原结合互补决定区（CDR1 - 3）存在差异，尽管 CDR 多样性较高，但框架区（FRs）高度保守。ELISA 检测发现，G9、E5、C12 和 E2 这 4 种纳米抗体对重组 PfPIMMS43 具有高亲和力，且这 4 种纳米抗体均能检测到恶性疟原虫 NF54 动合子中表达的 PfPIMMS43 蛋白。
纳米抗体阻断恶性疟原虫传播
在 SMFAs 实验中，研究人员用不同浓度的纳米抗体处理恶性疟原虫 NF54 配子体，然后喂食给 An. coluzzii 蚊子。结果显示，纳米抗体对疟原虫感染的抑制作用呈浓度依赖性，在最高浓度 100 μg/ml 时，G9、E5、C12 和 E2 分别使卵囊数量显著减少 86%、99%、89% 和 83% 。在 DMFAs 实验中，用来自坦桑尼亚疟疾感染儿童的血样和当地 An. gambiae 蚊子进行实验，G9 和 E5 在 100 μg/ml 时，分别使卵囊数量从平均 2.3 个减少到 0 个和 0.5 个，感染率显著降低。
纳米抗体与 PfPIMMS43 相互作用的抗原表位定位
通过抗原结合和酶消化实验，研究人员确定了 G9、E5、C12 和 E2 纳米抗体识别的 PfPIMMS43 蛋白的抗原表位。这些表位均位于蛋白氨基酸残基 258 之后的高度保守和结构化区域。进一步研究发现，G9 和 E5 似乎识别相同的构象表位，C12 和 E2 的抗原表位则为线性表位，且位置更靠近蛋白 C 末端。
纳米抗体与 PfPIMMS43 相互作用的同源建模
利用 AlphaFold 对 G9 纳米抗体与 PfPIMMS43 的结合进行同源建模，由于 PfPIMMS43 蛋白存在大量无序区域，模型仅对氨基酸 250 - 352 区域有较高置信度预测。模型显示，G9 主要通过 CDR2 和 CDR3 与 PfPIMMS43 结合，且 CDR3 起主导作用，与 PfPIMMS43 高置信度 β - 折叠结构中的多个残基相互作用。
研究表明，针对 PfPIMMS43 的纳米抗体在阻断疟疾传播方面展现出巨大潜力。这不仅为疟疾防控提供了新的靶点和策略，还为后续研究指明了方向。然而，目前仍存在一些问题需要进一步探索。例如，PfPIMMS43 蛋白 N 末端区域的免疫原性以及其对纳米抗体阻断效果的影响尚不明确；虽然纳米抗体在实验室和现场实验中表现出良好的阻断效果，但在实际应用中，还需考虑疟原虫的进化和变异可能对纳米抗体效果产生的影响。
此外，研究人员提出通过基因驱动技术让蚊子表达针对 PfPIMMS43 的纳米抗体，以此减少疟疾传播。但这一策略面临着诸多挑战，如基因驱动技术的安全性、伦理问题以及对生态环境的潜在影响等。尽管如此，这项研究无疑为疟疾防控开辟了新的道路，未来有望通过进一步研究和技术改进，将这些发现转化为有效的疟疾防控手段，为全球抗击疟疾事业带来新的曙光。
