微孢子虫孢子质形态学、蛋白质组与代谢组的多维解析揭示其感染激活机制

本研究针对微孢子虫感染初期的关键阶段——孢子质（SP）的生物学特性认知空白，通过体外成功诱导纯化水生微孢子虫Ameson portunus的孢子质，结合形态学观察、比较蛋白质组和代谢组分析，首次揭示214个差异表达蛋白（DEPs）和198个差异代谢物（DEMs）参与孢子萌发过程，发现糖酵解、核苷酸代谢等通路激活及转运蛋白上调，为阐明微孢子虫从休眠态向感染态转变的分子机制提供新见解。

　　

微孢子虫（Microsporidia）是一类专性细胞内寄生的真核生物，能感染从原生动物到哺乳动物（包括人类）的几乎所有动物类群。尽管全球已记录200余属1700多种微孢子虫，但关于其感染初期的关键阶段——孢子质（sporoplasm, SP）的生物学特性仍知之甚少。孢子质是微孢子虫孢子萌发后通过极管注入宿主细胞的首个活性阶段，其代谢重编程对病原体适应宿主环境至关重要。然而，由于孢子质体积微小、体外易破裂，目前仅少数物种的孢子质被成功分离纯化，极大限制了对微孢子虫感染机制的理解。

针对这一科学瓶颈，中国水产科学研究院黄海水产研究所等机构的研究人员以水产病原体Ameson portunus（引发梭子蟹"牙膏病"和青蟹"糊状综合征"）为模型，通过体外萌发技术首次成功分离纯化其孢子质，并整合形态学、透射电镜、蛋白质组和代谢组学技术，系统解析了孢子质的生物学特征及萌发过程中的分子事件。相关成果发表于《Journal of Invertebrate Pathology》，为揭示微孢子虫的感染机制提供了重要理论依据。

关键技术方法包括：1）采用2.5 M蔗糖溶液脱水结合0.01 M KOH诱导孢子体外萌发（萌发率72.9%）；2）通过密度梯度离心纯化孢子质；3）透射电镜观察超微结构；4）基于TMT标记的定量蛋白质组学分析；5）LC-MS/MS非靶向代谢组学检测。

【Isolation and purification of sporoplasms】
研究团队首先优化体外萌发条件，发现萌发后的孢子质呈梨形，随后迅速变为直径约1.5 μm的球形结构。透射电镜显示孢子质仅由单层膜包裹，细胞质均质颗粒状，含单核结构，与成熟孢子（MS）的厚壁双层结构形成鲜明对比。

【Purification of the sporoplasms】
通过蔗糖密度梯度离心获得高纯度孢子质，蛋白质组学鉴定到214个显著差异表达蛋白（DEPs），其中糖酵解、磷酸戊糖途径、氨酰-tRNA合成及核糖体通路相关蛋白显著上调。特别值得注意的是，孢子质中转运蛋白表达量激增，提示其正积极准备营养摄取。代谢组学则发现198个差异代谢物（DEMs），涉及核苷酸代谢和氨基酸合成的代谢物水平下降，反映孢子质已启动生物合成程序。

【Discussion】
该研究首次揭示：1）A. portunus孢子质通过激活能量代谢（糖酵解和PPP途径）和生物合成（蛋白质与核苷酸）通路，实现从休眠态向感染态的快速转变；2）转运蛋白的上调可能协助宿主营养物质摄取；3）代谢物消耗与合成通路激活的协同变化，为理解微孢子虫的宿主适应策略提供新视角。这些发现不仅填补了水生微孢子虫孢子质生物学特性的知识空白，更为开发针对感染初期的防控策略（如阻断能量代谢或转运蛋白功能）提供了潜在靶点。

研究还指出，不同微孢子虫物种的萌发机制可能存在显著差异，未来需扩大物种比较研究以揭示其适应性辐射机制。该工作建立的孢子质分离纯化技术体系，为后续研究其他难以培养的微孢子虫物种提供了方法学参考。