弓形虫内质网钙泵TgSERCA的脂质依赖性调控机制及其抗感染治疗潜力

本研究针对弓形虫（Toxoplasma gondii）钙稳态关键蛋白——肌浆/内质网钙ATP酶（SERCA）的功能机制展开探索。研究人员通过条件性基因敲除、结构建模和药物筛选，首次揭示TgSERCA作为脂质依赖性钙泵对寄生虫裂殖周期（lytic cycle）的调控作用，发现其通过维持钙稳态（Ca2+ homeostasis）和微线体分泌（microneme discharge）驱动宿主细胞侵袭与复制。研究鉴定出两种小分子抑制剂（RB-15/NR-301），并阐明磷脂酰丝氨酸（PtdSer）与磷脂酰苏氨酸（PtdThr）通过内质网膜微环境调控TgSERCA活性的新机制，为抗弓形虫病药物开发提供了新靶点。

　　

弓形虫（Toxoplasma gondii）作为一种专性细胞内寄生原虫，全球约三分之一人口存在潜伏感染，其速殖子（tachyzoite）阶段通过裂殖循环导致宿主组织损伤。钙离子（Ca²⁺）作为关键第二信使，调控寄生虫的复制、运动和侵袭，但内质网钙泵SERCA在弓形虫中的功能机制尚不明确。更棘手的是，现有抗弓形虫药物靶点有限，且哺乳动物SERCA抑制剂（如毒胡萝卜素thapsigargin）缺乏寄生虫特异性。

针对这些科学问题，Birla技术与科学研究所的研究团队在《Communications Biology》发表研究，系统解析了TgSERCA的生理功能与治疗潜力。通过构建条件性降解株（SERCA-mAID-3HA），结合钙成像（GCaMP6s）、磷脂生物传感器（Lact-C2-GFP）和计算机辅助药物设计（CADD），揭示了TgSERCA作为脂质依赖性钙泵的核心作用，并发现其抑制剂可阻断寄生虫生命周期。

关键技术包括：1）基于辅助素诱导降解系统（AID）的条件性基因敲除；2）跨物种SERCA结构建模与分子对接筛选；3）钙离子荧光报告系统（GCaMP6s）动态监测；4）微线体分泌（MIC2/MIC4）免疫印迹分析；5）磷脂共定位成像技术。

研究结果

TgSERCA敲除导致裂殖周期崩溃
通过AID系统快速降解TgSERCA后，寄生虫出现多重表型缺陷：复制率下降（48小时仅1-2个子代/寄生泡）、侵袭效率降低60%、自然逸出（egress）受阻。钙离子载体A23187可挽救逸出缺陷，证实表型源于钙稳态失调。

运动与分泌的钙依赖性调控
SERCA缺失使速殖子运动轨迹长度缩短75%，并阻滞微线体蛋白MIC2/MIC4的成熟分泌。GCaMP6s检测显示，降解株无法恢复A23187触发的胞质钙峰值，证实TgSERCA负责ER钙库再充盈。

ATP结合口袋的物种特异性
结构建模发现TgSERCA与人类SERCA2a的RMSD为5?，ATP结合腔（9084 ?³）含25个关键残基（如Lys396/Thr690）。与疟原虫PfATP6（RMSD 8?）的显著差异解释了青蒿素衍生物对弓形虫无效的原因。

小分子抑制剂的发现
从5313种化合物中筛出NR-301（EC₅₀ 2.4μM）和RB-15（EC₅₀ 9μM），两者通过结合ATP腔使胞质钙升高3-5倍，特异性抑制寄生虫运动与侵袭，且对宿主细胞无毒性。

脂质微环境的调控作用
在PtdThr合成酶缺陷株（Δtgpts）中，PtdSer异常积累导致钙稳态紊乱。外源表达TgSERCA可部分恢复该突变体的运动与侵袭，且Lact-C2-GFP共定位证实PtdSer/PtdThr与TgSERCA在内质网共分布，提示磷脂组成直接影响泵活性。

结论与意义
该研究首次确立TgSERCA是弓形虫裂殖周期的"脂质-钙"调控枢纽：1）通过ER钙库再充盈控制微线体分泌和运动；2）其活性受PtdThr/PtdSer膜微环境调节；3）物种特异性结构为选择性抑制剂设计提供依据。发现的先导化合物NR-301/RB-15为抗弓形虫病药物开发开辟了新路径，同时揭示了原生动物脂质信号与离子转运的偶联机制，为其他顶复门寄生虫研究提供范式。