摘要：馬里蘭大學(xué)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了宿主和節(jié)肢動物寄生蟲之間的第一個物種間信號通路。
蜱蟲有能力從受感染的哺乳動物血液中檢測出細(xì)胞因子，從而觸發(fā)一種防御機(jī)制，對抗導(dǎo)致萊姆病的細(xì)菌。來自馬里蘭大學(xué)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了宿主和節(jié)肢動物寄生蟲之間的第一個物種間信號通路。該途徑涉及宿主血液中的分子，觸發(fā)免疫和寄生蟲的發(fā)展。
這項研究表明，當(dāng)蜱蟲以感染了萊姆病致病細(xì)菌伯氏疏螺旋體的小鼠的血液為食時，來自小鼠免疫系統(tǒng)的一種蛋白質(zhì)會激活蜱蟲細(xì)胞上的受體，向蜱蟲的器官發(fā)出信號，使其更快發(fā)育，并在細(xì)菌感染蜱蟲之前產(chǎn)生免疫反應(yīng)。
這項研究最近發(fā)表在《Science》雜志上，確定了抗蜱蟲疫苗或治療方法的潛在靶點，以防止萊姆病等傳染病的傳播。這些發(fā)現(xiàn)還為物種間生物分子相互依賴的進(jìn)化提供了重要的新見解，并首次強調(diào)了免疫和動物發(fā)育的整合，以及所有植物和動物細(xì)胞用于感知和響應(yīng)環(huán)境的古老細(xì)胞信號系統(tǒng)或通路的適應(yīng)性。
圖1 研究人員發(fā)現(xiàn)了宿主和節(jié)肢動物寄生蟲之間的第一個物種間信號通路
“這種保守細(xì)胞信號通路的適應(yīng)性靈活性令人驚訝，”該研究的通訊作者、弗吉尼亞-馬里蘭獸醫(yī)學(xué)院的教授Utpal Pal說。“值得注意的是，這種存在于從海綿到人類的一切事物中的途徑是如此靈活，以至于它可以適應(yīng)接受來自另一個遙遠(yuǎn)物種的配體(結(jié)合分子)。每個人都擁有的這個工具正在以一種我們沒有想象到的方式使用。
這一發(fā)現(xiàn)表明，其他細(xì)胞信號通路可能已經(jīng)適應(yīng)了其他生物的新用途，并指出了免疫學(xué)和分子生物學(xué)的一個新領(lǐng)域，未來的探索已經(jīng)成熟。
Pal和他的同事在調(diào)查蜱蟲免疫時發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)，這是蜱蟲生物學(xué)中一個鮮為人知的領(lǐng)域。在他們最初的研究中，為了了解蜱蟲免疫系統(tǒng)是如何識別Borrelia細(xì)菌的，研究人員給蜱蟲喂了感染Borrelia的老鼠或未感染Borrelia的老鼠的血。比較兩組，他們發(fā)現(xiàn)被感染的血粉激活了扁虱體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)通常在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生能量。該蛋白與一種稱為JAK/STAT的簡單信號通路有關(guān)，這種信號通路存在于所有多細(xì)胞生物中。
在所有的細(xì)胞信號通路中，一個特定的分子感知到環(huán)境中的某些東西，然后與細(xì)胞壁外的受體結(jié)合。這會在細(xì)胞內(nèi)引發(fā)一連串的反應(yīng)，打開或關(guān)閉特定的基因，并對感知到的外界刺激產(chǎn)生反應(yīng)。
假設(shè)JAK/STAT是由受感染小鼠血液中的疏螺旋體觸發(fā)的，研究人員分離出細(xì)菌，并將其直接注射到蜱蟲中，以觀察什么分子與JAK/STAT受體結(jié)合。令人驚訝的是，細(xì)菌沒有激活JAK/STAT。為了找出原因，研究人員從受感染小鼠的血液中去除Borrelia細(xì)菌，并將“干凈”的血液喂給蜱蟲。JAK/STAT通路開始發(fā)揮作用。
圖2 哺乳動物-節(jié)肢動物的串?dāng)_融合了媒介免疫和發(fā)育。
研究人員發(fā)現(xiàn)，蜱蟲消化系統(tǒng)中的一種蛋白質(zhì)是JAK/STAT受體，它已經(jīng)進(jìn)化到可以與細(xì)胞因子蛋白干擾素結(jié)合，這種干擾素是由感染了疏螺旋體等細(xì)菌的哺乳動物的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，JAK/STAT受體和途徑對蜱蟲的正常發(fā)育很重要，即使該途徑?jīng)]有被感染的血粉激活。當(dāng)Pal和他的同事敲除產(chǎn)生JAK/STAT受體的表達(dá)基因時，蜱蟲長出了畸形的腿、口器和消化系統(tǒng)，無法進(jìn)食并完成進(jìn)一步生長的發(fā)育周期。
這些結(jié)果表明，在蜱中，JAK/STAT信號通路和蛋白質(zhì)受體已經(jīng)進(jìn)化到將免疫與發(fā)育結(jié)合起來。細(xì)菌會與蜱蟲爭奪被感染宿主血液中的營養(yǎng)物質(zhì)，所以當(dāng)蜱蟲得到血餐被感染的信號時，快速生長是在細(xì)菌得到這些營養(yǎng)物質(zhì)之前消耗掉這些營養(yǎng)物質(zhì)的一種方式。實驗室實驗證實，以Borrelia感染小鼠血液為食的蜱蟲比以未感染小鼠血液為食的蜱蟲發(fā)育得快得多。
Pal說:“理解這一途徑整合了免疫和發(fā)育，對預(yù)防蜱傳疾病傳播的潛在策略具有重要意義。因為如果你刪除這個途徑，口器畸形的蜱蟲就不能進(jìn)食或傳播疾病。但讓我真正興奮的是，我們看到了這種早期預(yù)警系統(tǒng)，蜱蟲的免疫系統(tǒng)通過宿主的免疫反應(yīng)而不是病原體本身間接檢測出病原體，加速了自身的發(fā)展。
參考資料：
[1] Dome1–JAK–STAT signaling between parasite and host integrates vector immunity and development
摘要：馬里蘭大學(xué)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了宿主和節(jié)肢動物寄生蟲之間的第一個物種間信號通路。
蜱蟲有能力從受感染的哺乳動物血液中檢測出細(xì)胞因子，從而觸發(fā)一種防御機(jī)制，對抗導(dǎo)致萊姆病的細(xì)菌。來自馬里蘭大學(xué)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了宿主和節(jié)肢動物寄生蟲之間的第一個物種間信號通路。該途徑涉及宿主血液中的分子，觸發(fā)免疫和寄生蟲的發(fā)展。
這項研究表明，當(dāng)蜱蟲以感染了萊姆病致病細(xì)菌伯氏疏螺旋體的小鼠的血液為食時，來自小鼠免疫系統(tǒng)的一種蛋白質(zhì)會激活蜱蟲細(xì)胞上的受體，向蜱蟲的器官發(fā)出信號，使其更快發(fā)育，并在細(xì)菌感染蜱蟲之前產(chǎn)生免疫反應(yīng)。
這項研究最近發(fā)表在《Science》雜志上，確定了抗蜱蟲疫苗或治療方法的潛在靶點，以防止萊姆病等傳染病的傳播。這些發(fā)現(xiàn)還為物種間生物分子相互依賴的進(jìn)化提供了重要的新見解，并首次強調(diào)了免疫和動物發(fā)育的整合，以及所有植物和動物細(xì)胞用于感知和響應(yīng)環(huán)境的古老細(xì)胞信號系統(tǒng)或通路的適應(yīng)性。
圖1 研究人員發(fā)現(xiàn)了宿主和節(jié)肢動物寄生蟲之間的第一個物種間信號通路
“這種保守細(xì)胞信號通路的適應(yīng)性靈活性令人驚訝，”該研究的通訊作者、弗吉尼亞-馬里蘭獸醫(yī)學(xué)院的教授Utpal Pal說。“值得注意的是，這種存在于從海綿到人類的一切事物中的途徑是如此靈活，以至于它可以適應(yīng)接受來自另一個遙遠(yuǎn)物種的配體(結(jié)合分子)。每個人都擁有的這個工具正在以一種我們沒有想象到的方式使用。
這一發(fā)現(xiàn)表明，其他細(xì)胞信號通路可能已經(jīng)適應(yīng)了其他生物的新用途，并指出了免疫學(xué)和分子生物學(xué)的一個新領(lǐng)域，未來的探索已經(jīng)成熟。
Pal和他的同事在調(diào)查蜱蟲免疫時發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)，這是蜱蟲生物學(xué)中一個鮮為人知的領(lǐng)域。在他們最初的研究中，為了了解蜱蟲免疫系統(tǒng)是如何識別Borrelia細(xì)菌的，研究人員給蜱蟲喂了感染Borrelia的老鼠或未感染Borrelia的老鼠的血。比較兩組，他們發(fā)現(xiàn)被感染的血粉激活了扁虱體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)通常在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生能量。該蛋白與一種稱為JAK/STAT的簡單信號通路有關(guān)，這種信號通路存在于所有多細(xì)胞生物中。
在所有的細(xì)胞信號通路中，一個特定的分子感知到環(huán)境中的某些東西，然后與細(xì)胞壁外的受體結(jié)合。這會在細(xì)胞內(nèi)引發(fā)一連串的反應(yīng)，打開或關(guān)閉特定的基因，并對感知到的外界刺激產(chǎn)生反應(yīng)。
假設(shè)JAK/STAT是由受感染小鼠血液中的疏螺旋體觸發(fā)的，研究人員分離出細(xì)菌，并將其直接注射到蜱蟲中，以觀察什么分子與JAK/STAT受體結(jié)合。令人驚訝的是，細(xì)菌沒有激活JAK/STAT。為了找出原因，研究人員從受感染小鼠的血液中去除Borrelia細(xì)菌，并將“干凈”的血液喂給蜱蟲。JAK/STAT通路開始發(fā)揮作用。
圖2 哺乳動物-節(jié)肢動物的串?dāng)_融合了媒介免疫和發(fā)育。
研究人員發(fā)現(xiàn)，蜱蟲消化系統(tǒng)中的一種蛋白質(zhì)是JAK/STAT受體，它已經(jīng)進(jìn)化到可以與細(xì)胞因子蛋白干擾素結(jié)合，這種干擾素是由感染了疏螺旋體等細(xì)菌的哺乳動物的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，JAK/STAT受體和途徑對蜱蟲的正常發(fā)育很重要，即使該途徑?jīng)]有被感染的血粉激活。當(dāng)Pal和他的同事敲除產(chǎn)生JAK/STAT受體的表達(dá)基因時，蜱蟲長出了畸形的腿、口器和消化系統(tǒng)，無法進(jìn)食并完成進(jìn)一步生長的發(fā)育周期。
這些結(jié)果表明，在蜱中，JAK/STAT信號通路和蛋白質(zhì)受體已經(jīng)進(jìn)化到將免疫與發(fā)育結(jié)合起來。細(xì)菌會與蜱蟲爭奪被感染宿主血液中的營養(yǎng)物質(zhì)，所以當(dāng)蜱蟲得到血餐被感染的信號時，快速生長是在細(xì)菌得到這些營養(yǎng)物質(zhì)之前消耗掉這些營養(yǎng)物質(zhì)的一種方式。實驗室實驗證實，以Borrelia感染小鼠血液為食的蜱蟲比以未感染小鼠血液為食的蜱蟲發(fā)育得快得多。
Pal說:“理解這一途徑整合了免疫和發(fā)育，對預(yù)防蜱傳疾病傳播的潛在策略具有重要意義。因為如果你刪除這個途徑，口器畸形的蜱蟲就不能進(jìn)食或傳播疾病。但讓我真正興奮的是，我們看到了這種早期預(yù)警系統(tǒng)，蜱蟲的免疫系統(tǒng)通過宿主的免疫反應(yīng)而不是病原體本身間接檢測出病原體，加速了自身的發(fā)展。
參考資料：
[1] Dome1–JAK–STAT signaling between parasite and host integrates vector immunity and development
