《Insect Biochemistry and Molecular Biology》：Unveiling crosstalk regulations within the polyamine pathway and between polyamine and purine pathways in
Aedes aegypti females
编辑推荐：
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SdS或SmS的缺乏会引发Aedes aegypti的氮代谢受损。
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通过RNAi介导的SdS或SmS沉默可以降低雌性蚊子的存活率。
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RNAi-ODC减少了SdS、SmS和XDH1蛋白的水平以及代谢产物的浓度。
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RNAi介导的ODC
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SdS或SmS的缺乏会引发Aedes aegypti的氮代谢受损。
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通过RNAi介导的SdS或SmS沉默可以降低雌性蚊子的存活率。
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RNAi-ODC减少了SdS、SmS和XDH1蛋白的水平以及代谢产物的浓度。
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RNAi介导的ODC、SdS或SmS会影响多胺和嘌呤途径的转录水平。
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多胺途径内部以及多胺/嘌呤途径之间的代谢相互作用。
引言
在具有医学意义的蚊子种类中，Aedes aegypti（双翅目：库蚊科）是最重要的种类之一，因为它能够传播引起人类疾病（如基孔肯雅热、登革热、寨卡热和黄热病）的病毒。根据世界卫生组织的数据，全球约有一半的人口面临登革热的风险，每年估计有1亿到4亿人感染（世界卫生组织，2025年）。因此，迫切需要新的、更有效的蚊子控制策略。
雌性Ae. aegypti蚊子进化出了专门的分子和生化机制，能够在没有尿素循环的情况下有效处理来自血液餐蛋白消化的过量氮，同时避免氨的毒性（Scaraffia和Wells，2003年；Scaraffia等人，2005年、2006年、2008年、2010年；Isoe和Scaraffia，2013年；Mazzalupo等人，2016年；Horvath等人，2018年；Petchampai等人，2019年、2020年；Horvath等人，2021年；Isoe等人，2022年；Petchampai等人，2023年）。氨可以直接排出，或者通过三个阶段进行代谢：固定、同化和通过多种代谢途径及交叉调控进行排泄。在氨代谢过程中，Ae. aegypti雌性蚊子可以合成特定的氨基酸（如谷氨酰胺、丙氨酸和脯氨酸），以及其他氮化合物（如尿酸、尿囊素、尿囊酸和尿素）（Scaraffia等人，2006年、2008年、2010年；Isoe和Scaraffia，2013年；Mazzalupo等人，2016年；Isoe等人，2017年；Horvath等人，2018年）。尿酸是嘌呤分解途径的最终产物。尿酸合成的最后两个步骤由黄嘌呤脱氢酶（XDH）催化。通过RNA干扰（RNAi）对XDH1进行基因沉默，可以增强吸血后蚊子的杀虫活性，导致多种表型变化，包括参与氨固定、同化、排泄和运输的基因、自由基解毒以及脂肪体中多胺途径的转录水平增加（Isoe等人，2017年）。研究表明氨和多胺途径之间存在直接联系，表明多胺途径有助于维持Ae. aegypti雌性的氮稳态（Isoe等人，2022年）。最近的一篇综述讨论了这些发现（Ren等人，2025a）。
在真核细胞中，有四种酶参与多胺的合成：鸟氨酸脱羧酶（ODC），它催化鸟氨酸转化为腐胺；S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶（SamDC），生成脱羧的腺苷甲硫氨酸，作为氨基丙基供体由两种氨基丙基转移酶（精胺合成酶SdS）和精胺合成酶（SmS）生成精胺（Tabor和Tabor，1984年）。多胺在昆虫中的作用主要是通过化学抑制剂或RNAi破坏多胺合成，或者通过饮食补充多胺来研究的。用α-二氟甲基鸟氨酸（DFMO）药理学抑制ODC在昆虫中表现出不同的有害效果，包括家蚕Bombyx mori的发育缺陷（Rajan等人，2022年），以及褐飞虱Nilaparvata lugens翅膀二型性的改变，这也在进行RNAi沉默ODC后观察到（Li等人，2024年）。在果蝇Drosophila melanogaster中，通过向胚胎添加环己胺抑制SdS会导致发育紊乱（Callaerts等人，1992年）。此外，在评估用DFMO或甲基乙二醛-双（胍基）氢腙抑制B. mori卵巢细胞系的ODC时，观察到细胞内腐胺、精胺和精胺的水平显著下降，并且阻止了DNA复制以及从G1期到S期的转变（Chang等人，2021年）。在B. mori中补充精胺可以增强细胞活力并减少丝腺细胞的氧化应激（Yerra等人，2016年）。这种补充还提高了B. mori幼虫的耐热性并促进了其生长（Lima等人，2022年）。同样，在Antheraea mylitta幼虫阶段补充精胺、精胺和腐胺可以增加它们成年后的产卵能力（Uppula等人，2023年）。在D. melanogaster中，饮食中的精胺延长了果蝇的寿命（Eisenberg等人，2009年）；并对氧化损伤具有保护作用（Minois等人，2011年）。在蜜蜂Apis mellifera中，饮食中添加精胺可以延长平均寿命，减少氧化应激，增强抗氧化能力，并上调卵黄蛋白的合成（?or?ievski等人，2023年）。这些数据突显了多胺在不同昆虫物种中的广泛作用。
在Ae. aegypti中，ODC的药理学抑制导致多胺、卵黄蛋白、胰蛋白酶活性和核酸水平下降。此外，通过饮食补充多胺可以逆转ODC抑制引起的一些表型（Kogan和Hagedorn，2000年）。与化学抑制ODC相关的是，ODC在Ae. aegypti中的RNAi敲低会对血液餐消化、氮废物处理、繁殖力、卵巢发育、产卵和雌性存活产生负面影响，表明ODC在Ae. aegypti蚊子中起着重要作用（Isoe等人，2022年）。此外，ODC缺乏的蚊子在吸血前后表现出编码参与氨、精氨酸、葡萄糖和自由基解毒途径的蛋白质的基因的广泛转录调控，进一步证明了ODC与多个基因相互作用以调节氮代谢（Isoe等人，2022年）。在同一蚊子物种中的最新研究表明，用DFMO抑制ODC会损害卵子的抗干燥能力（Prasad等人，2023年）。
为了更好地理解多胺途径如何调节雌性Ae. aegypti蚊子的氮代谢，我们検查了参与多胺合成和分解的基因的组织特异性转录。此外，我们使用RNAi沉默了SdS和SmS基因，分析了这种缺乏如何影响SdS、SmS、5G1胰蛋白酶和卵黄蛋白（Vg）的蛋白表达，以及氮废物排泄和蚊子寿命。我们发现，SdS或SmS的缺乏会引发氮代谢受损，但不会影响卵巢发育，然而会影响蚊子的存活。我们观察到SdS或SmS的缺乏会扰乱氮代谢并降低蚊子的存活率，但在第一个生殖周期内卵巢发育仍然保持完整。我们还使用Western blotting评估了ODC敲低对SdS、SmS和XDH1蛋白水平的影响。通过开发一种基于靶向定量液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）的代谢组学方法，使用新的混合模式色谱分离技术，我们测量了ODC缺乏的蚊子中的特定代谢产物。此外，我们评估了ODC、SdS或SmS的基因沉默对多种编码多胺生物合成和分解途径以及嘌呤途径酶的基因转录谱的影响。综合来看，我们的数据展示了新的代谢相互作用，突显了多胺途径内部以及多胺和嘌呤途径之间的相互作用。
章节片段
抗体和化学物质
用于蛋白表达研究的定制兔多克隆抗体针对SdS、SmS、ODC、XDH1、Vg卵黄蛋白小亚基和中肠5G1胰蛋白酶，相关抗体信息见表S1。α-微管蛋白单克隆抗体（12G10）来自德克萨斯大学爱荷华市分校的Developmental Studies Hybridoma Bank。二抗IRDye 800 CW山羊抗兔和IRDye 680 RD驴抗鼠抗体来自LI-COR
生物信息学分析
在NCBI蛋白质数据库中进行了BLAST搜索，以经过验证的人类SdS（GeneBank访问编号，NP_003123）作为查询。搜索在Ae. aegypti的基因组中识别出一个SdS基因（XP_001660614），序列同一性为57%。SdS由286个氨基酸组成，含有一个高度保守的催化结构域，该结构域可将腐胺转化为精胺。这一结构域在不同物种中具有进化保守性。在蚊子类群中，SdS的保守性超过80%（Culex
讨论
我们之前的工作已经确定，尽管缺乏功能性尿素循环，吸血后的Ae. aegypti蚊子仍然严格控制氨代谢（Scaraffia等人，2006年、2008年、2010年；Isoe和Scaraffia，2013年）。我们发现了氨和葡萄糖途径（Mazzalupo等人，2016年；Horvath等人，2018年；Petchampai等人，2019年、2020年、2023年）以及氨、葡萄糖和多胺途径（Isoe等人，2017年、2022年）之间的直接代谢联系。
CRediT作者贡献声明
Jun Isoe：撰写——审查与编辑，撰写——初稿，验证，资源，方法学，调查，正式分析，概念化。Thomas D. Horvath：撰写——审查与编辑，验证，资源，方法学，调查，资金获取，正式分析，概念化。Vlad Orlovsky：方法学，调查，正式分析。Paula Castillo Bravo：撰写——初稿，调查。Stacy Mazzalupo：撰写——审查与编辑。Patricia Y. Scaraffia：
资金来源
本工作得到了美国国立卫生研究院（）国家过敏和传染病研究所的资助（R01AI146199），Corine Adams Baines教授奖和Carol Lavin Bernick教师基金（授予PYS）。本工作还得到了NIH S10共享仪器资助（TDH）（1S10ODO36416）。
致谢
作者感谢Kaitlyn Lewis的合作。作者还感谢VEuPAthDB（前VectorBase）提供的序列分析服务。
Jun Isoe|Thomas D. Horvath|Vlad Orlovsky|Paula Castillo Bravo|Stacy Mazzalupo|Patricia Y. Scaraffia
