《SCIENCE ADVANCES》：Coordinated mosquito biting dynamics at the human skin interface
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雌蚊的叮咬是病原体传播的关键节点，但人类皮肤上精细的刺叮动态仍属未知。研究人员将高速摄像、基于深度学习的追踪和电生理学相结合，实时分析了疟疾媒介按蚊（Anopheles coluzzii）在人体皮肤界面的刺叮动态。研究揭示，在探刺过程中口器与腿部运动存在一种此
雌蚊的叮咬是病原体传播的关键节点，但人类皮肤上精细的刺叮动态仍属未知。研究人员将高速摄像、基于深度学习的追踪和电生理学相结合，实时分析了疟疾媒介按蚊（Anopheles coluzzii）在人体皮肤界面的刺叮动态。研究揭示，在探刺过程中口器与腿部运动存在一种此前未被表征的同步现象，并鉴定出皮肤下方的五个不同亚行为：穿刺、血管搜寻、血液摄食、口器回缩和口器退出。研究显示，破坏orco和IR76b化学感觉基因可改变正常刺叮的某些组分，但这些效应较为微弱，提示直接接触化学感觉和刺叮执行可能存在可塑性。比较分析显示，An. coluzzii与埃及伊蚊（Aedes aegypti）之间属特异性的刺叮策略与其寻找血管的不同方式相关。研究结果表明，雌蚊通过运动与化学感觉过程，在刺叮部位表现出身体部位的复杂同步性。
雌性按蚊的血液摄食是疟疾传播的关键环节。按蚊属于非自生生殖（anautogenous）且嗜人性（anthropophilic）的蚊虫，必须通过血餐获取卵发育所需的蛋白质，而疟原虫等病原体也正是借此传播。蚊虫在着陆人体皮肤后，需要完成皮上与皮下两个层面的刺叮行为，但以往研究多使用人工喂血装置、非人动物血液或麻醉动物宿主，无法还原人与蚊虫在自然皮肤界面上的复杂交互，也难以同步观察皮上和皮下的真实动态。嗅觉受体（olfactory receptors, ORs）和离子型受体（ionotropic receptors, IRs）是蚊虫感知宿主气味的两类重要受体家族，其共同受体Orco和IR76b为基因操作提供了可行靶点；但这些化学感觉通路在蚊虫直接接触人体皮肤并执行刺叮时的作用此前并未被系统评估。按蚊属（Anopheles）与伊蚊属（Aedes）约在1.5亿年前分化，二者的生态习性、活动节律和传病种类差异很大，它们是否演化出不同的刺叮策略同样尚不清楚。研究人员因此开展了本研究，并将结果发表于《SCIENCE ADVANCES》。
研究人员以疟疾媒介Anopheles coluzzii（N’Gousso/NGO品系）及其orco、IR76b化学感觉共同受体突变体，以及非疟疾媒介埃及伊蚊（Aedes aegypti，Liverpool品系）为对象，在同一名人类女性受试者前臂皮肤上，将高速摄像、基于深度学习的姿态追踪、电穿透图（electropenetrography, EPG）记录、bite-box无限制刺叮试验和计算时序分析相结合，系统刻画了蚊虫刺叮全程的皮上与皮下行为。研究确认并命名了皮下刺叮的五个阶段：皮肤穿刺、血管搜寻、血液摄食、口器回缩和口器退出。总体结论是：雌蚊在刺叮部位表现出口器、腿和下颚须的复杂同步运动；orco和IR76b基因突变对刺叮行为的影响具有选择性，其中IR76b缺失导致的探刺和吸血缺陷尤为明显；按蚊与伊蚊采用不同的血管搜寻策略，这些差异反映了属特异性的刺叮方式。
研究用到的主要关键技术包括：①高速摄像记录蚊虫在人体皮肤上的皮上行为；②DeepLabCut深度学习工具对蚊虫口器、前足跗节和下颚须等身体部位进行自动追踪与位姿估计；③EPG记录蚊虫刺入皮肤后的电压波形，用于量化皮下活动；④bite-box装置用于观察蚊虫在人体皮肤上无限制的探刺和吸血行为；⑤通过GFP标记的Q系统表达系观察orco和IR76b在接触皮肤的感觉附肢中的神经元表达；⑥利用catch22软件提取EPG波形特征，并结合主成分分析（principal component analysis, PCA）比较不同蚊虫群体刺叮波形的形状差异。
研究结果分述如下。
皮表感觉附肢的协调：通过高速摄像和深度学习追踪，研究人员发现An. coluzzii雌蚊在皮肤表面表现出明显的附肢运动同步。初始穿刺时，蚊虫反复抬升并滑动唇瓣（labella），前足短暂抬起并调整位置；当口针刺入皮肤并脱离下唇鞘时，前足跗节在第1、2跗分节之间弯曲。血管搜寻期间，蚊虫不断改变口器插入深度，前足跗节的弯曲程度与口器插入深度相对应，且跗节运动领先口器运动约0.05至0.5秒；下唇鞘围绕刺针束振荡，下颚须在皮肤表面以10至25赫兹的频率水平摆动。血液摄食一旦开始，下颚须转为垂直方向的轻微振动，峰值频率约15至18赫兹，可在腹部明显膨胀前提示吸血已经开始。血液摄食接近完成时，蚊虫可排出水分以浓缩血餐。口器回缩和退出阶段，下颚须重新恢复水平大幅摆动，前足跗节平贴皮肤表面。这些结果表明，皮上附肢运动与皮下刺叮阶段存在紧密的时序关联。
orco和IR76b在接触皮肤的感觉附肢中的表达：通过GFP标记的神经元表达定位，研究人员发现唇瓣中约含数量相近的orco阳性（orco
+）和IR76b阳性（IR76b
+）神经元，二者合计分别约占每个唇瓣叶神经元总数的27%和29%；前足跗节和刺针中只检测到IR76b
+神经元，未检测到orco
+神经元。与之相对，头部主要嗅觉附肢——触角和下颚须中orco和IR76b均有广泛表达。这一表达模式提示，蚊虫通过腿部皮肤表面和皮下刺针对宿主进行直接接触化学感觉时，IR76b通路的作用可能更为基础。
Anopheles和Aedes蚊虫的无限制探刺与吸血成功率：bite-box试验显示，orco纯合突变体（orco
?/?）的探刺启动延迟且比例下降，杂合突变体（orco
+/?）与野生型相似；无论基因型如何，orco突变体一旦探刺，约98%的个体能获得血餐，说明orco通路对吸血并非必需。IR76b突变体则表现出更明显的探刺和吸血缺陷，其中IR76b纯合突变体（IR76b
?/?）超过50%的个体在接触皮肤后20分钟内不探刺，少数探刺个体也仅能获取少量血餐；IR76b杂合突变体（IR76b
+/?）也出现延迟探刺或吸血失败，提示IR76b存在单倍剂量不足效应。野生型An. coluzzii几乎在接触人体皮肤后立即探刺，而约25%的野生型Ae. aegypti雌蚊探刺启动延迟最多5分钟，但两属野生型最终均能获得血餐。
刺叮阶段的时间比较：基于EPG记录的时间分析显示，能够完成刺叮的orco突变体和IR76b杂合突变体在总刺叮时长及各阶段时长上均与野生型An. coluzzii无显著差异；IR76b纯合突变体在EPG条件下完全无法吸血。野生型An. coluzzii平均总刺叮时长为160秒，其中血液摄食约128秒，血管搜寻约21秒。血液摄食频率随时间下降，提示雌蚊在刺叮后期会放慢吸血速度。按蚊与伊蚊的总刺叮时长无显著差异（An. coluzzii约160秒，Ae. aegypti约165秒），但An. coluzzii的皮肤穿刺、血管搜寻和口器退出阶段均更短，其中血管搜寻平均比伊蚊快约17秒。总体上，两属蚊虫在总吸血时间上相近，但按蚊在刺叮前期采用了更高效的血管搜寻策略。
刺叮波形形状的比较：利用catch22特征提取和PCA，研究人员比较了不同蚊虫群体在皮下各阶段的波形形状。与野生型相比，orco突变体和IR76b杂合突变体主要在血液摄食阶段表现出波形差异：突变体波形具有更高的规律性和重复性，但灵活性和快速调节能力降低，说明化学感觉反馈受损后，蚊虫的血液摄食运动趋于固定化。在野生型An. coluzzii与Ae. aegypti的比较中，两属蚊虫的皮肤穿刺波形差异显著：An. coluzzii的穿刺运动更快速、不规则、可预测性较低，而Ae. aegypti的穿刺更平缓、节律性和持续性更强；血管搜寻阶段，An. coluzzii的搜寻活动水平更低，表现为更有方向性的探刺，而Ae. aegypti表现为更频繁、更具探索性的口器运动。血液摄食和口器回缩阶段的波形在属间未检测到具有显著性的单一特征差异，提示这些阶段可能较为保守，或需要多特征联合才能区分。
在讨论部分，研究人员指出，皮上可观察的附肢运动可用于推断皮下的刺叮阶段，尤其是下颚须在血管搜寻和口器回缩阶段的大幅水平摆动，与血液摄食阶段的细微垂直振动形成鲜明对比。按蚊较长的下颚须可能为刺针穿透提供机械支撑，这可能是其更快定位血管的原因之一。研究还强调，化学感觉受体对直接接触行为的贡献不同于宿主搜寻阶段：orco突变表型较弱，而IR76b突变的影响更严重，这与IR76b在腿部、唇瓣和刺针中的表达分布一致。实验系统本身也会影响蚊虫的刺叮表现，人工膜装置会明显降低按蚊的吸血成功率，因此自然人体皮肤界面的研究框架具有重要价值。研究局限包括：行为追踪模型针对本实验条件训练，难以直接泛化；味觉受体（gustatory receptors, GRs）因缺乏已知共同受体而未纳入；EPG技术无法获得IR76b纯合突变体的完整记录；所用实验室品系可能无法完全代表野生种群。
研究结论可概括为：雌蚊在人体皮肤界面表现出复杂的运动和化学感觉协同过程，刺叮行为由皮上附肢同步与皮下五阶段序列共同构成；化学感觉共同受体orco和IR76b对正常刺叮有影响，但效应较为微弱，提示直接接触化学感觉与刺叮执行存在可塑性；按蚊与伊蚊采用了不同的刺叮策略，尤其在血管搜寻方式上存在明显差异。该研究为在自然人体皮肤界面理解嗜人蚊虫的吸血感官生物学提供了整合框架，也为未来开发减少蚊虫叮咬的新干预策略提供了行为学基础。
