《Nature Communications》：A bridge-like lipid transfer protein is critical for generation of invasive stages in malaria parasites
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本研究揭示了疟疾研究领域的核心问题：疟原虫在快速生长和裂殖生殖中如何构建并维持其复杂的膜系统。为解决此问题，研究人员对恶性疟原虫内质网-膜接触位点（ER-MCSs）的脂质转运机制开展了探索，发现了关键脂质转运蛋白PfVPS13L1。结果表明，PfVPS13L1像桥梁一样连接内质网和新生内膜复合体（IMC），介导脂质从ER向IMC的大流量转运，对IMC生长、裂殖生殖及最终入侵阶段的形成至关重要。该研究阐明了顶复门原虫发育中脂质供给的关键通路，为抗疟干预提供了新靶点。
在显微镜下，恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）展示着惊人的生命力与破坏力，它引发的疟疾至今仍是全球最主要的公共卫生威胁之一。这种单细胞寄生虫的恐怖之处，部分源于其在人体红细胞内经历的复杂生命周期。特别是血液阶段，寄生虫会进入一个“疯狂”的增殖期，通过裂殖生殖（schizogony）一次产生数十个子代，这个过程伴随着细胞体积的急剧膨胀和一套全新细胞器——内膜复合体（Inner Membrane Complex, IMC）的从头构建。IMC是位于寄生虫质膜下方、由双层膜构成的刚性骨架，对于维持寄生虫形态、驱动裂殖生殖以及最终形成具有入侵能力的新生子代（裂殖子）至关重要。然而，一个根本性问题长期困扰着科学家：在如此短的时间内，构建IMC所需的巨量膜脂质从何而来？又是通过何种精确的“物流系统”被运送并组装到位？
在高等真核细胞中，内质网（Endoplasmic Reticulum, ER）与其他细胞器之间的膜接触位点（Membrane Contact Sites, MCSs）是脂质交换和分布的核心枢纽，其中一类称为脂质转移蛋白（Lipid Transfer Proteins, LTPs）的分子扮演着“搬运工”的角色。然而，在疟原虫等顶复门（Apicomplexa）原生动物中，这套系统的组成与工作机制却如同一个尚未解密的黑箱。理解这个过程，不仅关乎基础细胞生物学，更可能为阻断疟原虫的增殖、开发新型抗疟药物开辟全新路径。为了揭开这个谜题，一个研究团队将目光投向了恶性疟原虫内质网上的一个关键适配器蛋白——PfVAP，试图以此为“鱼饵”，钓出ER-MCSs上那些负责脂质转运的关键因子，并阐明其在寄生虫致命增殖过程中的核心作用。相关研究成果已发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上。
为开展此项研究，研究人员运用了几个关键的技术方法。首先，他们利用PfVAP作为诱饵，通过亲和纯化与质谱分析，系统鉴定了在恶性疟原虫中与其相互作用的蛋白质网络。其次，为了在体内验证和可视化蛋白质的定位与功能，研究广泛使用了CRISPR-Cas9介导的基因编辑技术，包括构建内源标签品系和条件性基因敲除/敲低系统。再次，为了实时、动态地观察IMC的生长过程以及脂质转移蛋白的功能，研究结合了高分辨率活细胞成像、共聚焦和膨胀显微镜技术。此外，针对脂质转移功能的研究，团队采用了基于荧光脂质类似物的转运测定。研究的寄生虫样本来源于体外培养的恶性疟原虫NF54株。
PfVAP互作组鉴定揭示了候选脂质转运蛋白
研究人员首先通过免疫沉淀结合质谱分析，全面绘制了PfVAP在裂殖体期的相互作用蛋白质谱。分析发现，PfVAP与多个已知或推定的脂质结合/转移结构域蛋白存在相互作用。其中，一个名为PfVPS13L1的蛋白引起了他们的注意。序列分析表明，PfVPS13L1与酵母和哺乳动物中的VPS13家族蛋白具有同源性，该家族成员被报道能够像桥梁一样直接连接两个细胞器膜，并介导脂质的大流量转运（bulk flow）。因此，PfVPS13L1被选作深入研究的重点候选对象。
PfVPS13L1在ER-IMC膜接触位点形成桥梁
为了确定PfVPS13L1的细胞定位，研究团队构建了内源C端标签的寄生虫品系。高分辨率成像显示，在裂殖体期，PfVPS13L1定位呈现为独特的斑块状结构，这些结构与内质网标记物（PfVAP）以及正在生长中的IMC标记物（如IMC1a）紧密相邻，且恰好位于两者之间。进一步的三维重构和超分辨率成像证实，PfVPS13L1的分子两端分别与ER膜和IMC膜相关联，形成了物理上的“桥梁”，直接连接了这两个细胞器。这为其在ER和IMC之间直接输送脂质提供了结构基础。
PfVPS13L1对IMC生长和裂殖生殖至关重要
为了探究PfVPS13L1的功能，研究人员利用条件性基因敲低系统，在寄生虫进入裂殖体期后特异性降低PfVPS13L1的表达。表型分析显示，与对照组相比，PfVPS13L1敲低的寄生虫其IMC的生长严重受损，形成的IMC结构更小且不规则。更重要的是，这种IMC发育缺陷直接导致了裂殖生殖的失败：产生的子代裂殖子数量减少、个体变小，并且出现了大量无核的、无功能的“空泡”子代。这表明，PfVPS13L1介导的脂质转运是IMC正常扩张和子代细胞正常形成的必要条件。
PfVPS13L1介导从ER到IMC的脂质大流量转运
最后，研究通过体外和体内实验直接验证了PfVPS13L1的脂质转移功能。在构建的体外膜系统实验中，纯化的PfVPS13L1蛋白结构域能够促进荧光标记的脂质在分离的膜囊泡之间快速转移。在寄生虫体内，利用可代谢的荧光脂质类似物进行示踪，发现当PfVPS13L1功能缺失时，脂质从ER向IMC的转运效率显著降低。这些数据共同证明，PfVPS13L1并非通过传统的、一次搬运几个分子的“摆渡”模式，而是通过建立一条直接的膜通道，实现脂质从ER到新生IMC的大流量、高效率输送。
本研究得出结论，在恶性疟原虫的裂殖生殖过程中，一种桥梁状的脂质转移蛋白PfVPS13L1发挥着不可或缺的作用。它通过定位于内质网与新生内膜复合体之间的膜接触位点，物理连接两套膜系统，并专职介导磷脂等膜成分从合成场所（ER）到构建工地（IMC）的大规模直接运输。这条高效的“脂质供给专线”确保了IMC能够快速、充分地生长，从而保障裂殖生殖顺利完成，并产生具有入侵能力的成熟裂殖子。这项研究首次在顶复门寄生虫中揭示了一种由VPS13家族蛋白介导的、通过膜桥梁进行脂质大流量转运的细胞机制。
其重要意义在于多个层面。在基础科学层面，它突破性地阐明了疟原虫这一重要人类病原体在快速增殖过程中解决膜生物合成这一基本细胞生物学问题的独特策略，丰富了我们对真核细胞脂质分布机制多样性的认知，特别是将VPS13家族蛋白的功能研究拓展到了原生生物领域。在寄生虫学层面，研究明确了ER-IMC膜接触位点及PfVPS13L1是疟原虫裂殖生殖的一个关键控制节点。在转化医学层面，该研究为抗疟药物研发揭示了全新的靶点。PfVPS13L1在人类宿主中无直接同源物，且其功能对寄生虫存活至关重要，这使其成为一个极具潜力的特异性药物靶标。针对该蛋白或其介导的脂质转运过程开发抑制剂，有可能有效阻断疟原虫的增殖，从而为控制乃至消灭疟疾提供新的武器。
