瘧原蟲每年導致數億人口感染瘧疾和超過40萬人死亡。瘧疾傳播嚴格依賴雌性按蚊。瘧疾病人被按蚊叮咬吸血后，瘧原蟲伴隨血液作為“食物”進入按蚊消化道-中腸。為了避免被消化酶分解，瘧原蟲進化出復雜而高效的感染、寄生和傳播的適應性機制。在中腸腸腔內，瘧原蟲受精形成合子（Zygote），進一步變形成新月形并且會運動的動合子（Ookinete），只有動合子穿越中腸上皮，定植在中腸基底體腔側，瘧原蟲才真正建立按蚊感染。

動合子穿越按蚊中腸上皮時，是否引發(fā)按蚊的宿主免疫識別和清除、瘧原蟲如何躲避按蚊的宿主識別等問題，迄今為止，依然沒有完整的答案。2021年7月，袁晶教授課題組在Science Advances雜志上發(fā)表題為A malaria parasite phospholipid flippase safeguards midgut traversal of ookinetes for mosquito transmission的研究論文。該研究發(fā)現瘧原蟲磷脂翻轉酶復合物ATPase7/CDC50C在瘧原蟲按蚊感染和傳播過程中的功能和分子機制，揭示了瘧原蟲躲避按蚊宿主免疫識別和清除的潛在新機制。

袁晶教授課題組聚焦瘧原蟲按蚊傳播的分子機制研究（EMBO Reports 2021, Nature Communications 2020, EMBO Journal 2020, Current Biology 2018, mBio 2017、2014）。真核細胞生物中，P4-ATPase行使磷脂翻轉酶（Flippase）的功能，在多種細胞過程中發(fā)揮重要作用。在本研究中，通過對瘧原蟲編碼的三個P4-ATPase基因進行分析，基因敲除和按蚊感染表型篩選發(fā)現ATPase7基因缺失后，瘧原蟲按蚊感染和傳播完全阻斷。進一步細致的表型分析發(fā)現，ATPase7敲除蟲株能夠發(fā)育成正常動合子，并且成功侵入按蚊中腸上皮細胞；但是入侵后動合子在上皮細胞中數小時內全部死亡，表現為動合子細胞被裂解。蛋白定位分析顯示，ATPase7位于動合子的細胞質膜，符合Flippase細胞膜定位的典型特征。突變掉磷脂翻轉酶酶活關鍵氨基酸后，ATPase7在動合子細胞質膜的定位不受影響，但是，酶活突變蟲株的表型與敲除蟲株一致，顯示ATPase7功能依賴磷脂翻轉酶的酶活力。真核生物中磷脂翻轉酶發(fā)揮作用需要一個必需的輔助亞基CDC50，通過篩選鑒定出瘧原蟲ATPase7的輔助亞基CDC50C。CDC50C與ATPase7共定位在動合子細胞質膜，并且CDC50C敲低蟲株的表型和ATPase7敲除蟲株也一致。

ATPase7如何發(fā)揮作用？課題組發(fā)現，ATPase7缺失后，動合子向胞內側轉運PC（磷脂酰膽堿）的能力顯著降低，而其它幾種磷脂的胞內轉運能力不受影響，推斷ATPase的轉運底物是PC。ATPase7缺失后，導致動合子細胞質膜胞外側的PC累積。動合子胞外側PC累積可能通過兩種方式導致動合子在按蚊中腸上皮細胞內死亡。第一種，PC暴露導致動合子被按蚊上皮細胞內宿主免疫識別和清除；第二種，PC暴露導致動合子在上皮細胞內的運動能力受損，被“困”在上皮細胞內，不能穿越進入按蚊血腔。然而，本研究沒有提供證據揭示按蚊中腸上皮細胞如何識別和清除PC暴露的瘧原蟲動合子，仍然需要進一步開展工作來回答。

有意思的是，將ATPase7缺失動合子直接注射至按蚊血腔內，人為地使其跨越按蚊中腸上皮物理屏障，ATPase7缺失動合子能夠發(fā)育成卵囊和子孢子，完成瘧原蟲在按蚊宿主的寄生發(fā)育。這個結果進一步說明，ATPase7在瘧原蟲動合子穿越按蚊中腸上皮這一過程中特異的發(fā)揮必需作用。

該工作由博士畢業(yè)生楊振科（第一作者）、博士生石陽（共同第一作者）、博士生楊淑真（參與作者）完成；袁晶教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委資助。

論文全文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/30/eabf6015

來源：廈門大學