《npj Drug Discovery》：Vector venom: venomics of Aedes albopictus reveals a large enzyme repertoire and novel cecropins with activity against E. coli
编辑推荐：
本刊推荐：为探究蚊子作为致命病媒的“毒液”分子武器库，研究人员利用现代毒液组学对入侵物种白纹伊蚊的唾液腺进行蛋白-转录组学分析。研究共鉴定出119种经质谱验证的蛋白质，揭示其毒液富含水解酶、Apyrase等酶类及气味结合蛋白、蛋白酶抑制剂等非酶成分，并新发现6个天蚕素家族抗菌肽。功能实验证实这些天蚕素能有效抑制大肠杆菌生长，同时对哺乳动物细胞和红细胞无明显毒性。该研究不仅深化了对蚊子叮咬生理、媒介生物学和生化生态学的理解，也为开发新型蚊虫控制策略和创新药物（如抗菌肽）开辟了道路。
蚊子，常被戏称为“世界上最致命的动物”，它们传播的病原体每年在全球造成超过70万人死亡。其中，亚洲虎蚊（白纹伊蚊）是一种臭名昭著的入侵物种，能够传播包括登革热、寨卡病毒在内的多种虫媒病毒，并且其分布范围正因气候变化和人类活动向温带地区扩张。当雌蚊吸血时，它会向宿主注入成分复杂的唾液，这不仅仅是为了润滑口器，更是一套精密的“生化武器”，旨在调控宿主的止血、炎症和免疫反应，从而顺利取食，同时也为病原体的传播创造了有利环境。传统上，这些分泌物被称为“唾液”，其总和被称为“唾液组”。然而，根据现代毒液学定义——一种由特化腺体产生、通过制造微小伤口传递给目标动物，并含有可扰乱正常生理生化过程以利于取食或防御的分子的分泌物——蚊子的唾液完全符合“毒液”的标准。因此，深入研究蚊子“毒液”的组成，对于理解疾病传播的生物学、开发新型控制策略乃至发掘具有药用价值的生物活性分子都至关重要。然而，由于蚊子个体小、毒液获取困难，其完整的分子武器库长期以来是个“黑箱”。本研究运用现代毒液组学方法，对白纹伊蚊的毒液系统进行了深入的蛋白-转录组学联合分析，相关成果发表在《npj Drug Discovery》上。
为了系统解析白纹伊蚊的毒液成分，研究人员运用了多项关键技术。首先，他们从60只成年雌蚊的胸部解剖了唾液腺，提取mRNA进行转录组测序，构建了物种和组织特异性的转录本数据库。其次，他们创新性地通过渗透压刺激（使用矿物油）成功“挤奶”，收集了蚊子分泌的粗毒液。接着，利用液相色谱-串联质谱技术对毒液样本进行了高通量蛋白质组学分析，并以自建的转录组数据库进行肽段搜索和蛋白鉴定，实现了转录组与蛋白质组的整合验证。此外，对于新发现的天蚕素抗菌肽，研究人员基于序列分析合成了其推测的成熟肽，并进行了包括最小抑菌浓度测定、细胞毒性（使用MDCKII和Calu-3细胞系）和溶血活性（使用马血红细胞）在内的一系列功能实验，以评估其抗菌潜力和生物安全性。
研究结果
白纹伊蚊毒液系统的转录组学视角
通过对唾液腺的转录组分析，研究人员获得了2374个具有信号肽的开放阅读框，代表可能分泌的多肽前体。分析显示，酶类是多样性最高的类别，占所有转录本的43%，其中丝氨酸蛋白酶最为多样。紧随其后的是免疫相关肽（13%）和蛋白酶抑制剂（10%）。在表达量上，酶类转录本也占据了总表达量的46%。对酶类的进一步细分发现，水解酶和丝氨酸蛋白酶在表达量上最为丰富。这些数据初步描绘了白纹伊蚊毒液以酶为主导的分子蓝图。
蛋白质组学整合揭示白纹伊蚊的复杂毒液
将蛋白质组学数据与转录组数据库匹配后，共鉴定出119个经质谱验证的蛋白质前体。酶类（占31%）、气味结合蛋白（主要是D7蛋白，占28%）和免疫相关蛋白（占17%）是蛋白质组中最主要的类别。在鉴定到的酶中，水解酶（包括糖基水解酶、α-淀粉酶和腺苷脱氨酶）占比最高（49%），其次是Apyrase（22%）和血管紧张素转换酶（24%）。表达量分析也印证了酶类和D7蛋白是毒液中最主要的成分。这项分析确认了蚊子毒液中实际被分泌和利用的活性分子 arsenal。
白纹伊蚊毒液天蚕素的发现及其计算性质
在众多成分中，研究人员特别关注了6个被归类为天蚕素家族的抗菌肽前体。序列比对显示它们可分为A和B两个家族，与已知的蚊虫天蚕素有很高的同源性。生物信息学分析预测这些成熟肽带高正电荷、具有两亲性，并能形成α-螺旋结构，其C末端存在一个由脯氨酸/甘氨酸构成的铰链区，这些特征与形成II型离子通道的膜活性抗菌肽结构一致。
天蚕素的结构动力学
结构预测进一步支持了这些天蚕素能够折叠成α-螺旋。所有肽段在N端显示出带正电荷的表面，而C端区域则带有负电荷。疏水氨基酸主要分布在螺旋的一侧，这种两亲性结构是它们与细菌膜相互作用的基础。
白纹伊蚊毒液天蚕素具有抗大肠杆菌活性
研究人员合成了这6种天蚕素的推测成熟肽，并测试了其抗菌活性。结果显示，除mCec_Aealb_A1外，其余天蚕素对大肠杆菌均有极强的抑制活性，其中mCec_Aealb_A3_amide的最小抑菌浓度低至0.2 μM。然而，这些天蚕素对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和白色念珠菌几乎没有活性。当在存在脂多糖的条件下测试时，所有天蚕素的抗大肠杆菌活性均显著下降（15-30倍），这表明它们的作用机制涉及与细菌外膜脂多糖的初始结合。
白纹伊蚊毒液天蚕素对哺乳动物细胞作用微弱
安全性评估显示，在200 μM的高浓度下，所有测试的天蚕素对马血红细胞均无溶血作用。细胞毒性实验中，大多数天蚕素对MDCKII和Calu-3上皮细胞系的活力没有显著影响。仅有mCec_Aealb_B2_amide对两种细胞系显示了约70%的细胞毒性，mCec_Aealb_B2对MDCKII细胞有约30%的毒性。这表明多数新发现的天蚕素在有效抗菌浓度下对哺乳动物细胞相对安全。
研究结论与讨论
本项研究通过现代毒液组学方法，首次对白纹伊蚊的毒液系统进行了全面的蛋白-转录组学解析。研究不仅系统揭示了其毒液主要由丰富的酶类（如水解酶、Apyrase、血管紧张素转换酶）、非酶蛋白（如D7气味结合蛋白、蛋白酶抑制剂、抗原5蛋白）以及免疫相关分子构成，还特别发现了6个新型的天蚕素家族抗菌肽。这些发现与早期唾液组学研究相互印证，并提供了更精确的蛋白质组验证。
研究深入探讨了各类成分的潜在功能。丰富的酶库被认为是协助吸血的关键，例如Apyrase水解ATP/ADP以抗凝血，腺苷脱氨酶具有抗炎和免疫调节作用，而新发现的磷酸酶可能通过水解二核苷酸来抑制血小板介导的炎症。非酶成分如D7蛋白能结合宿主胺类物质（如血清素、组胺），减轻瘙痒和血管收缩，促进无痛吸血；它们还可能结合病毒，影响病原体传播。免疫相关蛋白和蛋白酶抑制剂则在防御微生物和调节宿主反应中扮演复杂角色。
对新发现天蚕素的聚焦研究是本次工作的亮点。这些肽段具有经典膜活性抗菌肽的结构特征：高正电荷、两亲性α-螺旋及C端铰链区，预示其可能通过“II型通道形成”机制破坏细菌膜。功能实验完美验证了这一推测：它们对革兰氏阴性菌大肠杆菌表现出纳摩尔级别的强力杀灭作用，其活性可被游离脂多糖中和，且对哺乳动物细胞和红细胞毒性很低。这强烈提示这些天蚕素是作用于细菌膜的特异性抗菌剂，具有成为新型抗菌药物先导化合物的巨大潜力。论文也指出，类似mCec_Aealb_B2_amide显示出的细胞毒性，为进一步通过结构优化提高选择性和安全性指明了方向。
综上所述，本研究将白纹伊蚊的唾液分泌物明确置于“毒液”的概念框架下进行研究，极大地拓展了对其化学复杂性、功能多样性及转化潜力的认知。它揭示了蚊子毒液是一个尚待深入开发的生物活性分子宝库，其中既包含理解吸血生理和病原传播机制的关键靶点，也为开发基于唾液蛋白的疫苗、新型杀虫剂（如通过RNA干扰抑制关键毒液蛋白）以及直接从毒液中挖掘创新药物（如高效低毒的天蚕素类抗菌肽）提供了全新的路线图。这项工作标志着蚊子研究从传统的“唾液组学”向更整合、更具转化视角的“现代毒液组学”迈进了一步，为应对蚊媒传染病这一全球健康挑战提供了新的科学见解和工具。
