《Current Biology》：Gustatory function of Aedes aegypti opsins and TRPA1 in avoiding a natural insect repellent
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摘要：蚊子，埃及伊蚊，传播导致登革热、黄热病及其他破坏性疾病的病毒。为筛选抑制埃及伊蚊吸血行为的候选驱避剂，研究人员对天然化合物进行了体外筛选，以寻找两种视觉视蛋白Op1和Op2的激活剂，并发现这两种视蛋白在味觉器官中高表达。研究发现Op1和Op2是化学传感器
摘要：蚊子，埃及伊蚊，传播导致登革热、黄热病及其他破坏性疾病的病毒。为筛选抑制埃及伊蚊吸血行为的候选驱避剂，研究人员对天然化合物进行了体外筛选，以寻找两种视觉视蛋白Op1和Op2的激活剂，并发现这两种视蛋白在味觉器官中高表达。研究发现Op1和Op2是化学传感器，可被包括儿茶素在内的黄酮类化合物激活。研究人员设计了一种模拟皮肤多种特性的人工膜（VectaDerm），并将其用于吸血装置，从而证明儿茶素能抑制吸血行为。在op1,op2双突变体和trpA1突变体中，该行为被破坏。高浓度儿茶素直接激活TRPA1并抑制吸血，此过程不依赖视蛋白；而低浓度儿茶素的抑制作用则依赖视蛋白和TRPA1。视蛋白和TRPA1在回避儿茶素中的作用在果蝇中保守。表达于莱姆病媒介肩突蜱（Ixodes scapularis）中的TRPA1也能被儿茶素激活，且肩突蜱会被儿茶素驱避。鉴于儿茶素对人体安全，研究人员提出可将其加入驱避剂配方中，以更有效地抑制蚊虫叮咬。
**论文解读：埃及伊蚊视蛋白与TRPA1介导的儿茶素味觉回避机制研究**
**一、研究背景与科学问题**
蚊媒疾病对全球公共卫生构成严重威胁，其中埃及伊蚊（*Aedes aegypti*）作为登革热、黄热病等多种病毒的传播媒介，每年感染人数超过1亿。目前最广泛使用的驱避剂DEET虽然效果显著，但其保护时间有限（约5小时），且可能损伤合成材料并引起皮肤刺激和头痛等不良反应。因此，开发新型、安全、有效的驱避剂成为蚊媒疾病防控的重要方向。
蚊子着陆后，会通过味觉系统评估皮肤和汗液中的化学物质，再决定是否吸血。已有研究表明，DEET主要通过影响味觉而非嗅觉来抑制蚊虫叮咬，其效果比嗅觉途径高出多个数量级。然而，目前对蚊子味觉受体如何响应厌恶化学物质的认识仍然有限。传统观点认为，视蛋白（opsin）仅参与光感知，但近期研究发现果蝇中的部分视蛋白参与厌恶味觉物质的检测，这为探索蚊虫味觉回避机制提供了新思路。
本研究旨在回答以下关键问题：埃及伊蚊的视蛋白是否具有化学感知功能？天然化合物中是否存在能激活这些视蛋白并抑制蚊虫吸血的候选驱避剂？其分子机制和进化保守性如何？
**二、研究主要发现**
研究人员通过系统性筛选和功能验证，获得以下核心发现：第一，埃及伊蚊的Op1和Op2两种视蛋白在味觉器官（喙和足）中高表达，且能被黄酮类化合物（如儿茶素）直接激活；第二，儿茶素能有效抑制埃及伊蚊的吸血行为，且不产生杀虫毒性；第三，儿茶素的味觉回避通过双模式机制实现——低浓度依赖视蛋白间接激活TRPA1，高浓度直接激活TRPA1；第四，该机制在果蝇和肩突蜱中具有进化保守性。
**三、关键技术方法**
本研究采用多种先进技术手段。样本来源包括埃及伊蚊利物浦（LVP）品系、冈比亚按蚊（*Anopheles gambiae*）、黑腹果蝇（*Drosophila melanogaster*）以及肩突蜱（*Ixodes scapularis*）。主要技术方法包括：（1）基于Tango系统的β-arrestin招募实验，用于体外筛选激活视蛋白的化合物；（2）CRISPR-Cas9基因编辑技术构建trpA1突变体；（3）开发新型仿生膜VectaDerm（壳聚糖-聚乙烯醇复合材料），模拟人类皮肤特性用于吸血行为分析；（4）RNAscope原位杂交和免疫荧光染色定位基因表达；（5）双电极电压钳（TEVC）记录异源表达TRPA1通道的电流响应；（6）尖端记录（tip recording）检测味觉感受神经元动作电位；（7）GCaMP6s钙成像技术监测神经元活性。
**四、研究结果**
**1. 两种视蛋白在埃及伊蚊主要味觉器官中表达**
通过RT-qPCR分析发现，op1和op2在雌蚊喙和足中的表达水平远高于其他8种视蛋白。原位杂交实验证实op1和op2 mRNA定位于唇瓣（labellum）和足跗节，且信号在突变体中消失。
**2. 苦味黄酮类化合物在体外激活埃及伊蚊视蛋白**
在116种天然苦味化合物筛选中，只有植物来源的黄酮类化合物——儿茶素、表儿茶素和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）能激活Op1和Op2，且具有相似的EC50值。
**3. VectaDerm：一种改进的蚊虫吸血测定膜**
研究人员开发了由壳聚糖和聚乙烯醇（PVA）组成的VectaDerm膜，其孔隙率（19.0%±1.5%）、pH（4-5）和弹性模量（668.4±84.1 kPa）比商用Hemotek膜更接近人类皮肤特性，且吸血成功率显著提高（74.1%±5.4% vs 50.0%±7.9%）。
**4. 埃及伊蚊对儿茶素表现出味觉厌恶**
野生型雌蚊在1 mM儿茶素浓度开始回避，≥10 mM时几乎完全回避。1 mM儿茶素与DEET的抑制效果相当。儿茶素不影响成虫寿命，说明回避行为非杀虫毒性所致。产卵实验显示雌蚊浓度依赖性回避儿茶素处理位点。Y管嗅觉实验证实儿茶素不通过嗅觉途径起作用。
**5. 两种视蛋白与trpA1在味觉器官中共表达**
通过trpA1
QF2报告基因系统，研究人员在雌蚊唇瓣中检测到≥14个GFP阳性神经元，前足跗节≥7个，中足≥7个，后足≥3个。原位杂交与免疫荧光共定位实验证实op1、op2与trpA1在唇瓣和前足中共表达。
**6. 视蛋白和TRPA1在儿茶素味觉检测中的不同需求**
op1,op2双突变体在2.5和5 mM儿茶素浓度下回避能力显著降低，但对10 mM浓度响应正常；trpA1突变体在所有浓度下均表现出显著缺陷。在蔗糖取食实验中，双突变体在2.5和5 mM浓度下回避减弱，而trpA1突变体在10 mM时仍表现出明显缺陷，表明TRPA1在所有浓度下均必需。
**7. 儿茶素诱导GRNs动作电位需要Op1、Op2和TRPA1**
尖端记录显示，L3型感器对10 mM儿茶素产生动作电位响应。op1,op2双突变体和trpA1突变体的动作电位频率显著降低，trpA1
E/Q突变体几乎完全消除响应。对照实验证实突变体对蔗糖和地那铵的响应正常。
**8. 儿茶素诱导跗节神经元反应**
GCaMP6s钙成像显示，前足跗节中约7/10的TRPA1阳性神经元对儿茶素响应，唇瓣中24/41的神经元响应，证实TRPA1阳性神经元是儿茶素的直接靶标。
**9. 埃及伊蚊TRPA1-G亚型被儿茶素激活**
RT-PCR鉴定出trpA1-G是味觉器官中表达最高的亚型。TEVC记录证实5 mM儿茶素能激活埃及伊蚊和冈比亚按蚊TRPA1-G，但1 mM不能；人TRPA1不被儿茶素激活。冈比亚按蚊也表现出对儿茶素的强烈回避。
**10. Opsin-TRPA1介导的儿茶素感知在果蝇中保守**
果蝇中Rh5（而非其他视蛋白）和TRPA1参与儿茶素回避。trpA1-D亚型是果蝇中感知儿茶素所需的TRPA1亚型，5 mM儿茶素能直接激活TRPA1-D通道。
**11. 儿茶素驱避蜱虫并激活蜱TRPA1**
肩突蜱TRPA1可被5 mM儿茶素激活，10和50 mM儿茶素制剂对肩突蜱产生58.3%-86.0%的驱避率。
**五、讨论与结论**
本研究揭示了埃及伊蚊视蛋白Op1和Op2作为化学受体的新功能，突破了视蛋白仅参与光感知的传统认知。研究提出双模式感知机制：高浓度儿茶素直接激活TRPA1；低浓度时，儿茶素激活视蛋白，通过信号级联间接激活TRPA1。该机制在果蝇和肩突蜱中具有进化保守性，表明这是一种古老的化学感知策略。值得注意的是，人类TRPA1不被儿茶素激活，这为选择性靶向蚊虫TRPA1提供了安全性依据。
研究结论指出，儿茶素作为一种安全的天然化合物，可有效抑制埃及伊蚊的吸血行为。鉴于蚊虫传播疾病每年感染数百万人，将儿茶素或其衍生物纳入驱避剂配方，有望减少蚊虫叮咬和病原体传播，为蚊媒疾病防控提供新的策略。
