《Insects》：Cuticle-Mediated Insecticide Resistance in Aedes, Anopheles, and Culex Mosquitoes: A Systematic Review
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控制媒介蚊虫（双翅目：蚊科），特别是属于伊蚊属、按蚊属和库蚊属的种类，对于限制媒介传播疾病的传播仍然至关重要，但由于杀虫剂抗性水平的不断提高而变得更加困难。在所涉及的机制中，蚊虫角质层的作用正受到越来越多的关注。本研究在PubMed中进行了系统性文献检索，并根
控制媒介蚊虫（双翅目：蚊科），特别是属于伊蚊属、按蚊属和库蚊属的种类，对于限制媒介传播疾病的传播仍然至关重要，但由于杀虫剂抗性水平的不断提高而变得更加困难。在所涉及的机制中，蚊虫角质层的作用正受到越来越多的关注。本研究在PubMed中进行了系统性文献检索，并根据PRISMA 2020指南进行报告，最终纳入56篇专门针对蚊虫角质层相关杀虫剂抗性的研究。现有数据表明，角质层抗性并非基于单一机制，而是依赖于多种结构和生化修饰，这些修饰可以改变杀虫剂的渗透性并与其他抗性通路相互作用。尽管已有几种与角质层相关的特征被提出作为潜在的抗性标记物，但其相关性取决于蚊虫种类、发育阶段、种群和所使用的杀虫剂，这凸显了需要结合结构、分子、化学和功能分析的综合方法。除了抗性之外，角质层及其蜕皮还能提供有价值的生物学信息，有助于蚊虫鉴定和媒介监测。总体而言，更好地了解蚊虫角质层的特性，可以在扩大角质层衍生信息在医学昆虫学中应用的同时，改进对抗性特征的描述。
1. 引言
蚊虫是人类传染病的主要节肢动物媒介，不同蚊种传播不同的病原体。例如，疟疾由按蚊传播；淋巴丝虫病可由按蚊、伊蚊、库蚊和曼蚊传播；埃及伊蚊和白纹伊蚊是登革热、寨卡、黄热病和基孔肯雅病毒的主要媒介；库蚊则是西尼罗病毒和日本脑炎病毒的主要媒介。尽管蚊虫种类繁多，但仅有少数被确认为主要疾病媒介。由于许多疾病缺乏有效疫苗或治疗方法，防止人与媒介接触成为减少传播的最有效策略，因此蚊虫控制依赖于化学、生物、遗传和环境等综合管理策略。化学防治仍是广泛实施的手段之一，但杀虫剂的过度使用和不合理施用对蚊群施加了强大的选择压力，导致杀虫剂抗性的产生和蔓延。蚊虫的抗性机制主要包括行为抗性、靶标位点抗性、代谢抗性和穿透减少。近年来，蚊虫角质层作为杀虫剂渗透屏障的作用日益受到关注。角质层不仅提供机械保护和防止脱水，其结构或成分的改变（如增厚或化学成分变化）可延迟或减少杀虫剂渗透，从而提高蚊虫存活率。这种被称为“角质层抗性”的机制，已成为杀虫剂抗性的重要组成部分。
1.1. 蚊虫角质层的结构与功能
蚊虫角质层是一个复杂的多层系统，从外到内主要由上表皮（epicuticle）和原表皮（procuticle）组成，后者又分为外表皮（exocuticle）和内表皮（endocuticle）。上表皮是最外层，主要包含蛋白质和脂质成分，尤其是表皮碳氢化合物（cuticular hydrocarbons, CHCs），它们在维持屏障功能、减少水分流失和影响杀虫剂渗透方面起关键作用。原表皮位于上表皮下方，构成角质层的主体，其外部的表皮硬化程度较高，提供机械支撑；内部的内表皮则更具柔韧性，有利于运动。几丁质（chitin）和角质层蛋白是原表皮的主要成分。几丁质的合成与降解在蚊虫生长发育过程中受到严格调控，涉及几丁质合酶（chitin synthases, CHSs）、几丁质酶（chitinases, CHTs）和几丁质脱乙酰酶（chitin deacetylases, CDAs）等酶类。角质层蛋白家族众多，其中含有R&R保守结构域的CPR蛋白家族最为庞大，它们与几丁质结合，决定了角质层的机械性能。
3. 结果与讨论
3.1. 抗性研究
杀虫剂的重复使用对蚊群施加了强大的选择压力，促进了抗性表型的出现。角质层作为接触性杀虫剂遇到的第一道物理屏障，其结构或化学成分的改变可减缓或减少杀虫剂渗透，从而增加蚊虫存活率。角质层抗性与角质层增厚、结构性角质层蛋白表达改变以及表皮碳氢化合物丰度或组成的变化有关。
3.1.1. 蚊幼虫的角质层抗性
相较于成蚊，关于蚊幼虫角质层抗性的研究较少。有研究显示，在致倦库蚊中，几丁质合酶1基因的I1043M突变与高抗性表型相关，表现为组成性过表达、几丁质含量增加和角质层增厚。环境条件也可影响角质层特性，例如耐盐的埃及伊蚊幼虫表现出更粗糙的表皮表面和对双硫磷更高的抗性。转录组学和蛋白质组学分析也揭示了抗性幼虫中参与角质层和脂质生物合成的基因表达变化。
3.1.2. 成蚊的角质层抗性
成蚊的角质层抗性研究更为充分，尤其是在暴露于拟除虫菊酯的种群中。最常见的特征之一是角质层增厚，这在抗性冈比亚按蚊、埃及伊蚊和淡色库蚊中均有报道。表皮碳氢化合物的变化也会影响杀虫剂渗透，但在不同物种和种群中并不一致。结构性角质层蛋白，如CPLCG5和CPR63，在抗性蚊虫中过表达，沉默其基因会降低角质层厚度或破坏其结构，并增加对溴氰菊酯的敏感性。此外，转录因子FTZ-F1和ABC转运蛋白等分子也参与了角质层抗性的调控。研究表明，角质层抗性与代谢抗性之间存在密切的相互作用，两者常共存于同一抗性表型中。
3.2. 角质层相关的杀虫剂抗性标记物
目前尚无单一的化学或分子标记物可作为角质层抗性的通用指标。表皮碳氢化合物丰度的增加在某些按蚊种群中与抗性相关，但在其他物种中并不一致。分子水平上的候选标记物包括CPLCG5、CPR63、CPR47、CYP4G16、CYP4G17、FTZ-F1、ABC转运蛋白和CYP325G4等，但其相关性因蚊种、种群、组织和杀虫剂类别而异。对于生物防治剂，角质层完整性、几丁质组织和真菌穿透效率可能是有用的指标，但尚未得到验证。
3.3. 评估角质层抗性的工具
3.3.1. 角质层抗性表型的结构评估
电子显微镜是表征角质层结构修饰的关键方法。扫描电子显微镜用于观察角质层形态和测量总厚度，透射电子显微镜则可详细观察内部层次结构。这些技术已在按蚊、伊蚊和库蚊中揭示了抗性蚊虫的角质层增厚或组织改变。然而，研究方法存在较大异质性，包括蚊种、发育阶段、解剖部位（腿部最常见，特别是跗节区域）和显微镜技术的差异，使得不同研究间的厚度测量值难以直接比较。
3.3.2. 分子、生化和功能方法
转录组学和蛋白质组学分析揭示了抗性蚊虫中角质层蛋白、碳氢化合物代谢酶、转运蛋白和解毒酶的表达变化。气相色谱-质谱联用和气相色谱-火焰离子化检测用于表征与抗性相关的表皮碳氢化合物，固态核磁共振光谱则揭示了抗性与敏感个体之间多糖丰度的差异。放射性标记杀虫剂实验可直接测量渗透动力学。RNA干扰等功能方法是确定候选基因是否真正贡献于抗性表型的关键手段。
3.4. 媒介监测
3.4.1. 通过蜕皮分析进行媒介监测
蚊虫监测是媒介控制的关键组成部分。蜕皮因其能证明蚊虫在孳生地完成发育而具有特殊价值，但仅凭形态学进行物种鉴定较为复杂。
3.4.2. 基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱作为蜕皮分析的创新工具
基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱已成为一种基于特征分子图谱进行蚊虫鉴定的补充方法。应用于蜕皮的研究表明，角质层蛋白对环境因素不敏感，使得蜕皮非常适合用于蛋白质组指纹图谱分析。该方法能产生可重复的物种特异性蛋白图谱，可用于区分近缘种，并可提供关于蚊虫年龄、性别和交配状态等信息。
4. 结论
蚊虫角质层并非被动的外部屏障，其结构和化学可塑性影响杀虫剂反应。证据支持角质层修饰在成蚊抗性表型中的重要作用，但存在显著的物种和种群异质性，因此尚无通用的抗性标记物。未来研究应优先采用整合分析方法，将角质层表型、组成和杀虫剂渗透与功能机制联系起来。同时，角质层和蜕皮中保存的生物学信息也为媒介监测和鉴定提供了新的可能性。
