线粒体裂变调控蜱中肠肌肉组装及吸血能力：解锁蜱虫生物学新奥秘

《Cell Reports》：Mitochondrial fission regulates midgut muscle assembly and tick feeding capacity

本文聚焦蜱虫，发现血摄入会引发长角血蜱（Haemaphysalis longicornis）中肠干细胞增殖和线粒体裂变。线粒体裂变（而非干细胞增殖）影响蜱吸血能力，通过调节 ATP 生成影响肌钙蛋白 T（TNT）表达和肌肉纤维组装。研究为理解蜱吸血机制提供新视角。

　　### 研究背景
蜱虫作为多种病原体的传播媒介，对人类和动物健康构成严重威胁，如莱姆病、蜱传脑炎等。蜱虫吸血是病原体传播的主要途径，硬蜱能吸食超过自身重量 100 倍的血液，但其消化、代谢等系统如何协同适应大量血液摄入及促进病原体传播的机制尚不清楚。中肠是蜱虫吸血和消化的关键组织，其上皮细胞包括消化细胞和干细胞，在吸血过程中会发生形态变化，但中肠细胞协调机制不明。线粒体在细胞代谢和信号传导中起重要作用，在其他吸血生物中，中肠线粒体功能障碍会影响上皮完整性等，然而其在蜱中肠细胞中的作用尚未明确。

实验方法

1. 实验动物与饲养：长角血蜱（Haemaphysalis longicornis）饲养在特定温湿度和光照条件下，各阶段以 4 - 5 周龄的 Balb/c 小鼠为宿主进行喂养。
2. 检测方法：运用多种实验技术，如通过生理和组织学分析测定蜱的体重、附着率、中肠大小和蜕皮率；利用全组织免疫组化、HPIC - MRM - MS/MS 分析、透射电子显微镜等检测细胞增殖、ATP 水平、线粒体形态等；采用基因敲低技术研究相关基因功能。

实验结果

1. 血液摄入诱导中肠生理变化：在长角血蜱吸血过程中，中肠会逐渐增大，在慢吸血阶段（第 1 - 2 天），上皮细胞增大且部分细胞脱落进入肠腔，到完全饱血阶段，肠腔充满血液消化物。同时，中肠干细胞在慢吸血阶段增殖，伴随线粒体动态变化，包括线粒体含量、大小和数量的改变，ATP 水平也相应升高。
2. 线粒体裂变影响血液摄入：敲低 Wnt/β - catenin 通路关键分子及转录因子SOX21，虽能降低干细胞增殖，但不影响蜱虫吸血，表明干细胞增殖对吸血并非必需。而敲低线粒体裂变相关基因DNM2，会减小中肠尺寸、降低饱血重量并影响蜕皮，同时抑制线粒体裂变，减少 ATP 生成；敲低DRP1对吸血影响较小。此外，抑制线粒体生物发生和融合相关基因，对蜱虫吸血无明显影响，说明 DNM2 介导的线粒体裂变是调节蜱虫吸血能力的关键因素。
3. TNT 介导的肌肉纤维组装控制蜱虫吸血能力：对敲低DNM2的蜱虫中肠进行 RNA 测序，发现多个与肌肉纤维组装相关基因显著下调，包括TNT等。进一步研究发现，蜱虫中肠肌肉为横纹肌，在吸血过程中肌肉纤维会生长。单独敲低TNT会抑制中肠扩大、吸血和蜕皮，且破坏肌肉纤维组装和中肠收缩，而敲低其他相关基因影响较小，表明TNT在调节吸血中起关键作用。在慢吸血阶段干扰TNT表达，会影响中肠扩张和肌肉纤维组装，进而影响吸血能力。
4. mtATP 调节TNT表达：线粒体裂变在肌肉发育和功能中起重要作用，鉴于线粒体主要产生 ATP 且 ATP 对肌肉功能至关重要，研究发现敲低DNM2会降低中肠 ATP 和TNT水平，敲低 ATP 合酶亚基基因也会下调TNT表达并影响蜱虫中肠发育和吸血。补充 ATP 可恢复TNT表达和中肠大小，证实线粒体裂变通过调节 ATP 生成影响TNT表达和肌肉功能。

研究讨论

1. 干细胞增殖与吸血关系：在昆虫中，干细胞增殖通常被认为对中肠生长很重要，但在蜱虫中，干扰干细胞分裂不影响吸血，可能是原上皮细胞的扩张补偿了新细胞生成的不足。不过，干细胞增殖在蜱虫中肠生理过程中的具体作用仍需进一步研究，其可能与后续血液消化或蜱虫发育有关。
2. 线粒体裂变的作用及机制：线粒体裂变在蜱虫中肠细胞中增加，可能是由于血液摄入带来的营养变化或与中肠干细胞分化有关。在蜱虫中，线粒体裂变主要由 DNM2 介导，而非经典的 DRP1，这体现了蜱虫与其他昆虫在进化上的差异。线粒体裂变影响 ATP 生成，进而影响TNT表达和肌肉纤维组装，但具体机制尚不清楚，可能与调节基因表达、细胞周期和能量稳态有关。此外，线粒体裂变还可能通过控制钙稳态和肌肉炎症影响肌肉性能，这也有待进一步研究。
3. 研究的局限性：本研究主要依靠基于 dsRNA 的 RNA 干扰技术研究相关基因功能，由于无法实现组织特异性基因敲低，难以确定蜱虫吸血抑制是否仅由中肠肌肉损伤引起。虽检测了唾液腺中 TNT 蛋白水平，但对肌肉在唾液腺收缩中的作用及缺乏区分细胞类型的特异性标记，限制了对线粒体裂变在中肠细胞功能研究的深入。

研究意义

本研究揭示了线粒体裂变在调节蜱虫中肠肌肉组装和吸血能力方面的关键作用，为深入理解蜱虫的吸血和消化机制提供了新的视角，有助于开发针对蜱虫及蜱传疾病的有效防控策略。