《Science》第一个跨物种信号通路之谜

由马里兰大学团队领导的研究已经确定了节肢动物寄生虫和宿主之间的第一个物种间信号通路，宿主动物血液中的分子触发了寄生虫的免疫和发育。这项研究于2023年1月13日发表在《Science》杂志上。

　　

   

   

马里兰大学的Utpal Pal关于宿主血液触发寄生虫免疫和发育的跨物种信号通路的发现。    

伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi）这种细菌会导致莱姆病。由马里兰大学团队领导的研究已经确定了节肢动物寄生虫和宿主之间的第一个物种间信号通路，宿主动物血液中的分子触发了寄生虫的免疫和发育。研究表明，当蜱虫以感染细菌的小鼠的血液为食时，小鼠免疫系统中的一种蛋白质会与蜱虫细胞表面的受体结合，并向器官发出信号，使其迅速发育，在细菌本身开始感染蜱虫之前就产生免疫反应。

这项研究于2023年1月13日发表在Science上，确定了抗蜱虫疫苗或治疗方法的潜在靶点，以防止莱姆病等传染病的传播。这些发现还为物种间生物分子相互依赖的进化提供了重要的新见解，并首次强调了免疫和动物发育的整合，以及所有植物和动物细胞用于感知和响应环境的古老细胞信号系统或通路的适应性。

“这种保守细胞信号通路的适应性灵活性令人惊讶，”该研究的资深作者、弗吉尼亚-马里兰兽医学院的教授Utpal Pal说。“值得注意的是，这种存在于从海绵到人类的一切事物中的途径是如此灵活，以至于它可以适应接受来自另一个遥远物种的配体(结合分子)。每个人都拥有的这个工具正在以一种我们没有想象到的方式使用。”

这一发现表明，其他细胞信号通路可能已经适应了其他生物的新用途，并指出了免疫学和分子生物学的一个新领域，未来的探索已经成熟。

Pal和他的同事在调查蜱虫免疫时发现了这一发现，这是蜱虫生物学中一个鲜为人知的领域。在他们最初的研究中，试图了解蜱虫免疫系统如何识别Borrelia，研究人员给蜱虫喂食Borrelia感染的小鼠或未感染的小鼠的血液。比较两组，他们发现被感染的血激活了蜱虫体内的一种蛋白质，这种蛋白质通常在细胞内产生能量。该蛋白与一种称为JAK/STAT的简单信号通路有关，这种信号通路存在于所有多细胞生物中。

在所有的细胞信号通路中，一个特定的分子感知到环境中的某些东西，然后与细胞壁外的受体结合。这会在细胞内引发一连串的反应，打开或关闭特定的基因，并对感知到的外界刺激产生反应。

假设JAK/STAT由Borrelia触发，研究人员分离出细菌，并将其直接注射到蜱虫中，以观察哪些分子与JAK/STAT受体结合。令人惊讶的是，细菌没有激活JAK/STAT。为了找出原因，研究人员移除了来自受感染的小鼠血液的Borrelia细菌，并将“干净”的血液喂给蜱虫。JAK/STAT通路开始发挥作用。

研究人员发现，蜱虫消化系统中的一种蛋白质是JAK/STAT受体，它已经进化到可以与细胞因子蛋白干扰素结合，这种干扰素是由感染了类似细菌的哺乳动物的免疫系统产生的包柔氏螺旋体．

研究人员还发现，JAK/STAT受体和途径对蜱虫的正常发育很重要，即使该途径没有被感染的血激活。当Pal和他的同事敲除产生JAK/STAT受体的表达基因时，蜱虫长出了畸形的腿、口器和消化系统，无法进食并完成进一步生长的发育周期。

这些结果表明，在蜱中，JAK/STAT信号通路和蛋白质受体已经进化到将免疫与发育结合起来。细菌会与蜱虫争夺被感染宿主血液中的营养物质，所以当蜱虫得到血被感染的信号时，快速生长是在细菌得到这些营养物质之前消耗掉这些营养物质的一种方式。实验室实验证实蜱虫以来自受Borrelia感染的小鼠血液比那些以未受感染的小鼠血液为食的小鼠血液发育得更快。

Pal说:“理解这一途径整合了免疫和发育，对预防蜱传疾病传播的潜在策略具有重要意义。因为如果你删除这个途径，口器畸形的蜱虫就不能进食或传播疾病。但让我真正兴奋的是，我们看到了这种早期预警系统，蜱虫的免疫系统通过宿主的免疫反应而不是病原体本身间接检测出病原体，加速了自身的发展。”

Dome1–JAK–STAT signaling between parasite and host integrates vector immunity and development