虫媒与病原体：蜱虫的固有免疫信号通路与蜱虫抗细菌感染机制的研究

Recently, Tick-borne diseases in China have attracted wide attention. Ticks carry a large number of pathogens; some of them can infect human beings and cause lethal diseases. As the natural vector for those pathogens, ticks show powerful anti-infection ability but the detail information for tick immune system remain largely unknown. In this project, we study the innate immune signaling pathway in Ixodes ticks and their roles in pathogen infection. We have found that there are three innate immune signaling pathway in ticks, which are Toll, Imd and JAK-STAT pathway. Tick JAK-STAT pathway was found critical for the infection of Anaplasma, the pathogen of human granulocytic ehrlichiosis. We also found the 5.3kd salivary gland protein, which supposed to be a family of anti-microbial peptide, shown similar function with STAT upon Anaplasma infection. Based on these data, we will further characterize the detail function of tick JAK-STAT signaling pathway during pathogen infection, and investigate the links between tick transcriptional factor STAT and genes encoding 5.3kd anti-microbial peptides. The method of in vivo RNAi, protein-DNA interaction, and tick-pathogen-mouse model will be used in this study. The details of tick JAK-STAT pathway and their downstream factors will be characterized and their roles during tick-borne pathogen infection will be illustrated. This will be the first time in China to study the innate immune pathway in ticks, and will help us to understand the unique mechanisms for tick anti-bacterial infection. And this will further contribute to the design of new drugs for prevention and control of tick-borne diseases in China.

蜱虫能成为众多病原体的中间宿主，其自身强大的抗感染能力是一个重要原因。本项目将首次研究蜱的固有免疫信号通路，及其在抗细菌感染中的作用。我们发现在蜱中也存在多条固有免疫信号通路，并证明了蜱的JAK-STAT通路对蜱感染人粒细胞埃立克体病病原体Anaplasma具有抑制作用。抑制蜱唾液腺中一类编码5.3kd抗菌肽的基因与蜱的STAT基因，对细菌感染有一致的表型。本项目将在这些前期数据的基础上，深入研究蜱的JAK-STAT信号通路在蜱感染细菌过程中的作用，并探讨蜱转录因子STAT与编码5.3kd抗菌肽基因之间的调控关系。我们将通过蜱活体RNA干扰、转录因子-DNA相互作用、"蜱-病原体-小鼠"感染模型等技术手段，揭示蜱的固有免疫信号通路及其下游效应分子在蜱感染和传播病原体过程中的作用。本项目将通过阐释蜱虫的抗感染机制，为我们研究人类如何更有效抵抗蜱传病原体感染提供一些借鉴。

肩胛硬蜱传播人粒细胞埃里克体病病原体Anaplasma及其他多种病原体。然而蜱虫自身控制病原体感染的机制仍不明确。本项目中，我们揭示了肩胛硬蜱的JAK-STAT信号通路在Anaplasma感染蜱虫过程中发挥重要作用。用RNAi的方法干扰蜱虫JAK-STAT信号通路以后，Anaplasma在蜱虫唾液腺和血淋巴中的感染水平显著升高。JAK-STAT信号通路通过调控下游基因的转录发挥抗Anaplasma的作用。进一步实验揭示了，一类编码5.3kd抗菌肽家族的基因在Anaplasma感染的过程中显著上调。凝胶阻滞实验和DNA Pull-down实验揭示了5.3kd抗菌肽基因的表达直接受到蜱虫STAT转录因子的调控。干扰蜱虫STAT或者5.3kd基因的表达，Anaplasma感染蜱虫以及进而向小鼠传播的水平显著升高。这些数据揭示了蜱虫的JAK-STAT通过控制一类抗菌肽基因的表达来调控Anaplasma的感染水平。. 我们进一步实验发现，蜱虫的JAK-STAT及下游信号通路同样影响莱姆病病原体伯柔式螺旋体（Borrelia burgdorferi）的感染。5.3kd抗菌肽基因在Borrelia感染蜱虫时显著上调。在蜱虫中干扰5.3kd抗菌肽基因，Borrelia感染蜱虫的水平也显著上升。.本项目中，我们也揭示了蜱虫也编码其他固有免疫相关基因，如TOLL，IMD和热休克转录因子HSF等。但目前的数据显示这些基因并不参与调控5.3kd抗菌肽基因的表达。它们是否影响蜱传病原体的感染仍有待进一步研究。. 最后，我们分析了中国境内森林革蜱和长角血蜱的全部转录组。这两种蜱虫可以传播包括伯柔式螺旋体、立克次式体、巴贝虫、新疆出血热和森林脑炎等多种病原体。我们还鉴定了一种全新的森林革蜱信号肽基因，发现它具备的抗多种革兰氏阳性和阴性细菌的能力，同时能抑制白色念珠菌的生长。这些研究为开发基于蜱虫蛋白的疫苗和药物奠定了基础。