按蚊氨基酸运输蛋白PATH对蚊虫传播疟原虫能力的调控及机制研究

Malaria parasites must complete their lifecycle in mosquitoes by scavenging nutritions from host, but the metabolic interactions between vector and Plasmodium is unknown. Our previous studies showed that amino acid transporter, path was induced 24 hr post parasite infection. It was mainly expressed in the epithelia of mosquito midgut. In the absence of path, mosquito become significantly susceptible to Plasmodium invasion, which indicates that PATH my promote the infection of parasites in mosquito. To further understand the mechanism of PATH in vector competence, we will investigate 1) influence of PATH on parasites protein anabolism, 2) influence of PATH of TOR, and 3) influence of PATH on innate immunity. My final goal is set up knowledge base for developing transmission blocking vaccine.

按蚊体内的氨基酸是虫媒阶段疟原虫蛋白质合成的主要来源，其水平是决定按蚊对疟原虫易感性的重要因素。按蚊氨基酸运输蛋白是维持体内各组织间氨基酸水平的关键分子，这类蛋白是否影响按蚊传播疟原虫的能力还不清楚。本申请前期在对此类蛋白的筛选过程中发现PATH特异性表达于中肠上皮细胞，且受疟原虫诱导表达，说明此蛋白可以感应中肠内由于疟原虫感染而引起的氨基酸水平的变化；敲低PATH后，发现按蚊体内疟原虫数量显著下降，说明PATH有利于疟原虫感染按蚊。为进一步了解PATH促进按蚊传播疟原虫的机制，本申请拟研究PATH在氨基酸转运过程中的作用，以及这种作用对疟原虫蛋白质合成影响；对按蚊的合成代谢通路（Target of rapamycin，TOR）和免疫信号通路的调控作用，以及这种调控作用对疟原虫的影响，从而增加对两者在营养代谢相互作用中的认识，为发展新型虫媒防控手段提供理论依据。

疟原虫作为专性寄生虫在长期进化过程中丢失了氨基酸等营养物质的合成途径，在哺乳动物中必需依赖消化血红蛋白获取，但是按蚊和疟原虫在氨基酸代谢中的互作关系并不清楚。TOR信号通路是蚊虫负责感知氨基酸水平，起始卵黄合成的主要信号途径，但它是否影响按蚊传播疟原虫的能力仍不清楚。本研究发现使用三种不同摄入方式将TOR通路抑制剂雷帕霉素处理蚊虫，都可有效抑制TOR通路，且显著降低疟原虫的感染率。这三种方式分别是显微注射、用雷帕霉素静脉注射的小鼠饲喂按蚊和表面接触。此外，表面接触摄入雷帕霉素还显著降低了按蚊的生存能力和生殖能力。转录组分析表明雷帕霉素处理按蚊可显著上调按蚊的免疫相关基因表达，尤其是NF-κB/Rel2介导的IMD（Immune Dificiency Pathway）信号通路和补体系统。由于NF-κB转录因子Rel2可调控多个效应因子转录，进一步验证发现，敲低rel2后即使利用雷帕霉素处理，多个免疫效应因子包括补体因子tep1和spclip1也不能上调，且在此种按蚊中，雷帕霉素对疟原虫的抑制作用消失。证实雷帕霉素抑制疟原虫感染是通过激活按蚊免疫反应实现的。利用雷帕霉素处理伊蚊，同样通过上调免疫反应抑制登革病毒传播。由于雷帕霉素既能抑制疟原虫感染按蚊，又能降低按蚊生存率和育性，因此它可能作为现有媒介防控的辅助因子，提高蚊虫防控效果。本项目开展期间共发表通讯作者论文2篇，分别是Appl Environ Microbiol. 2018和Dev Comp Immunol. 2018，申请专利一项（申请号201811130120 .8）。