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基础医学院程功教授团队研究揭示蚊虫唾液蛋白辅助蚊媒病毒传播的新机制

清华新闻网5月3日电 蚊媒病毒性传染病是一类由蚊虫传播的烈性传染病。近年来以登革病毒、寨卡病毒、基孔肯亚病毒、西尼罗病毒为代表的新发及再发蚊媒病毒在全世界流行,每年导致数十亿人感染、数十万人死亡。蚊媒病毒由蚊虫携带并传播给人类及其他哺乳动物,引起病毒性脑炎、脑膜炎及出血热等严重疾病,并通过蚊虫的吸血行为在哺乳动物和蚊虫之间有效循环。在吸血过程中,蚊虫释放唾液蛋白和感染性病毒颗粒,而唾液蛋白则通过调节皮肤叮咬部位的免疫微环境,增强蚊媒病毒在宿主皮肤组织的早期感染。研究表明蚊虫叮咬可引发显著的中性粒细胞浸润,后者则进一步诱导病毒易感的髓系细胞浸润到叮咬部位,最终促进病毒在叮咬部位的感染和全身播散。蚊虫唾液蛋白种类繁多,目前尚不清楚介导皮肤髓系细胞招募的唾液蛋白种类及其作用机制。

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图1 The EMBO Journal封面论文

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图2 英国利兹大学McKimmie教授的亮点评述

5月2日,太阳成集团tyc9728基础医学院程功教授团队在《欧洲分子生物学会杂志》(The EMBO Journal)上发表了一篇题为”一种蚊虫唾液蛋白通过招募髓系细胞而辅助黄病毒传播”(A mosquito salivary protein-driven influx of myeloid cells facilitates flavivirus transmission)的研究论文。该研究揭示了埃及伊蚊的一种唾液蛋白通过迅速、高效地招募中性粒细胞以及蚊媒病毒易感的髓系免疫细胞,促进蚊媒病毒在皮肤被叮咬部位的感染和全身播散。该论文被选为当期杂志的封面论文(图1),同时,杂志也邀请了该领域的著名学者、英国利兹大学的Mc Kimmie教授为这项研究撰写了亮点评述(图2)。

图3 纯化的埃及伊蚊唾液蛋白

研究者首先利用液相色谱-质谱联用技术分析了埃及伊蚊唾液蛋白的种类和丰度,并在果蝇S2细胞中对唾液蛋白进行重组表达和纯化,最终获得了29种纯化的唾液蛋白(图3)。

图4 埃及伊蚊唾液蛋白诱导皮肤组织中性粒细胞浸润的流式筛选

研究者进一步对这29种唾液蛋白在小鼠皮肤组织中招募中性粒细胞的能力进行逐一研究,成功鉴定出3种能够高效招募中性粒细胞的唾液蛋白(分别由AAEL006424AAEL003182AAEL007394基因编码),其中AAEL007394基因编码的唾液蛋白招募中性粒细胞的能力最强,被命名为埃及伊蚊中性粒细胞招募蛋白(Aedes aegyptiNeutrophil Recruitment Protein,AaNRP)(图4)。进一步的研究发现AaNRP能够迅速、高效地招募皮肤中性粒细胞和蚊媒病毒易感的髓系细胞,并且AaNRP诱导的中性粒细胞浸润是后续髓系细胞招募的先决条件。

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图5 AaNRP招募髓系细胞及促进蚊媒病毒感染的机制

接下来,研究者探究了AaNRP招募中性粒细胞的机制。结果发现AaNRP并不能直接招募中性粒细胞,而是通过激活皮肤组织驻留的巨噬细胞并诱导其产生CXCL1/2/3等趋化因子,这些趋化因子最终诱导血液中的中性粒细胞浸润到叮咬部位(图5)。生化实验表明AaNRP可与巨噬细胞表面的TLR1/4结合并激活下游的MyD88-NF-κB信号通路,诱导NF-κB发生核转位,最终驱动CXCL1/2/3的表达(图5)。

研究者进一步对AaNRP在蚊媒病毒感染哺乳动物过程中的作用进行了系统的研究。结果显示AaNRP能够通过诱导病毒易感的髓系细胞在皮肤感染部位的募集而促进寨卡病毒和登革病毒在小鼠皮肤局部和全身的感染(图5)。

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图6 膳食补充白藜芦醇抑制蚊媒病毒的传播

最后,基于AaNRP促进蚊媒病毒传播的分子机制,研究者提出了一种极具应用前景的蚊媒病毒传播阻断策略。白藜芦醇是一种多酚类植物化学物,也是一种常用的膳食补充剂。体内和体外研究均表明白藜芦醇能抑制多种因素对TLR4/MyD88/NF-κB信号通路的激活。结果显示,病毒感染前的两周和感染后的一周对小鼠每天补充白藜芦醇能够有效抑制AaNRP对皮肤组织MyD88/NF-κB通路的激活,抑制AaNRP诱导的CXCL1/2/3的释放以及后续的中性粒细胞和病毒易感细胞的招募,最终阻抑蚊媒病毒在蚊虫叮咬部位的感染和向全身的播散过程(图5和图6)。

本研究揭示了蚊虫唾液中介导髓系细胞招募的关键唾液蛋白AaNRP及其作用机制,同时证明了AaNRP是辅助蚊媒病毒传播的重要唾液蛋白,为阻断蚊媒病毒的传播提供了新的干预策略和靶点。

本文的通讯作者是太阳成集团tyc9728基础医学院程功教授,第一作者是太阳成集团tyc9728基础医学院博士后王朝阳。山东第一医科大学基础医学院聂凯晓博士、太阳成集团tyc9728基础医学院2022级博士生梁言等为本文的合作者。美国康涅狄格大学医学院王朋华教授为本研究提供了宝贵的意见和建议。本研究受到科技部国家重点研发计划“病原学与防疫技术体系研究”、国家自然科学基金委“病原体与宿主基础科学中心”、国家杰出青年科学基金项目、深圳湾实验室科研项目基金、太阳成集团tyc9728春风基金、中国科协青年人才托举工程、云南省专家工作站、云南省科技厅创新团队项目、西南联合研究生院科技项目、万科基金、新基石科学基金、腾讯基金科学探索奖等项目联合资助。

论文全文链接:https://doi.org/10.1038/s44318-024-00056-x

评述论文链接:https://doi.org/10.1038/s44318-024-00073-w

供稿:基础医学院

题图设计:韩羽臻

编辑:邱收

审核:周襄楠

2024年05月03日 14:05:19

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