瘧原蟲(chóng)每年導(dǎo)致數(shù)億人口感染瘧疾和超過(guò)40萬(wàn)人死亡。瘧疾傳播嚴(yán)格依賴雌性按蚊。瘧疾病人被按蚊叮咬吸血后，瘧原蟲(chóng)伴隨血液作為“食物”進(jìn)入按蚊消化道-中腸。為了避免被消化酶分解，瘧原蟲(chóng)進(jìn)化出復(fù)雜而高效的感染、寄生和傳播的適應(yīng)性機(jī)制。在中腸腸腔內(nèi)，瘧原蟲(chóng)受精形成合子（Zygote），進(jìn)一步變形成新月形并且會(huì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)合子（Ookinete），只有動(dòng)合子穿越中腸上皮，定植在中腸基底體腔側(cè)，瘧原蟲(chóng)才真正建立按蚊感染。

動(dòng)合子穿越按蚊中腸上皮時(shí)，是否引發(fā)按蚊的宿主免疫識(shí)別和清除、瘧原蟲(chóng)如何躲避按蚊的宿主識(shí)別等問(wèn)題，迄今為止，依然沒(méi)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(xiàn)瘧原蟲(chóng)磷脂翻轉(zhuǎn)酶復(fù)合物ATPase7/CDC50C在瘧原蟲(chóng)按蚊感染和傳播過(guò)程中的功能和分子機(jī)制，揭示了瘧原蟲(chóng)躲避按蚊宿主免疫識(shí)別和清除的潛在新機(jī)制。

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

ATPase7如何發(fā)揮作用？課題組發(fā)現(xiàn)，ATPase7缺失后，動(dòng)合子向胞內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)PC（磷脂酰膽堿）的能力顯著降低，而其它幾種磷脂的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)能力不受影響，推斷ATPase的轉(zhuǎn)運(yùn)底物是PC。ATPase7缺失后，導(dǎo)致動(dòng)合子細(xì)胞質(zhì)膜胞外側(cè)的PC累積。動(dòng)合子胞外側(cè)PC累積可能通過(guò)兩種方式導(dǎo)致動(dòng)合子在按蚊中腸上皮細(xì)胞內(nèi)死亡。第一種，PC暴露導(dǎo)致動(dòng)合子被按蚊上皮細(xì)胞內(nèi)宿主免疫識(shí)別和清除；第二種，PC暴露導(dǎo)致動(dòng)合子在上皮細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動(dòng)能力受損，被“困”在上皮細(xì)胞內(nèi)，不能穿越進(jìn)入按蚊血腔。然而，本研究沒(méi)有提供證據(jù)揭示按蚊中腸上皮細(xì)胞如何識(shí)別和清除PC暴露的瘧原蟲(chóng)動(dòng)合子，仍然需要進(jìn)一步開(kāi)展工作來(lái)回答。

有意思的是，將ATPase7缺失動(dòng)合子直接注射至按蚊血腔內(nèi)，人為地使其跨越按蚊中腸上皮物理屏障，ATPase7缺失動(dòng)合子能夠發(fā)育成卵囊和子孢子，完成瘧原蟲(chóng)在按蚊宿主的寄生發(fā)育。這個(gè)結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明，ATPase7在瘧原蟲(chóng)動(dòng)合子穿越按蚊中腸上皮這一過(guò)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(yáng)（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(guó)家自然科學(xué)基金委資助。

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

來(lái)源：廈門(mén)大學(xué)