隐孢子虫致密颗粒效应蛋白MUC5通过CD2AP与宿主肌动蛋白骨架互作机制研究

研究人员针对隐孢子虫(Cryptosporidium)感染过程中宿主细胞骨架调控机制不清的问题，通过基因标记技术系统研究了C. parvum染色体2上的7个黏蛋白(MUC1-MUC7)，发现这些效应蛋白可靶向宿主细胞不同区室，其中MUC5通过Px(P/A)xPR基序与宿主CD2AP蛋白SH3结构域互作调控细胞骨架，缺失MUC5显著降低毒力株致病性，为理解隐孢子虫致病机制提供了新视角。

　　

隐孢子虫病是全球范围内严重威胁人类健康的寄生虫病，尤其在儿童和免疫缺陷人群中可导致致命性腹泻。尽管该病被世界卫生组织列为重点防治疾病，但疫苗和特效药物研发长期停滞，关键瓶颈在于对病原体调控宿主细胞的分子机制认识不足。既往研究已知顶复门寄生虫通过棒状体(ROP)和致密颗粒(DG)分泌效应蛋白操纵宿主，但隐孢子虫DG蛋白是否及如何进入宿主细胞仍是未解之谜。

华南农业大学兽医学院的研究团队在《Microbiological Research》发表的重要研究，首次系统解析了C. parvum染色体2上MUC1-MUC7基因簇编码的黏蛋白效应分子的时空动态与功能机制。研究采用CRISPR/Cas9基因标记、免疫共沉淀、突变分析等技术，结合GKO(Ifnγ^-/-)小鼠感染模型，发现这些15.3-28.2 kDa的小分子量黏蛋白可靶向宿主细胞不同区室：MUC2/3/7定位于微绒毛，MUC4/5进入细胞质。特别是鉴定出MUC5 N端第39位亮氨酸构成的关键靶向基序，其Px(P/A)xPR模体通过CD2AP蛋白的SH3结构域与宿主肌动蛋白骨架互作。基因敲除证实MUC5缺失显著减弱虫株毒力，揭示了黏蛋白家族作为第三类效应分子（继ROP和MEDLE之后）在致病过程中的核心作用。

关键技术方法包括：1）利用CRISPR/Cas9构建7种3×HA标签的C. parvum突变株；2）GKO小鼠感染模型评估毒力；3）免疫电镜和共聚焦定位蛋白亚细胞分布；4）免疫共沉淀鉴定MUC5-CD2AP互作；5）位点定向突变验证功能基序。

【MUC1-MUC7是分布于不同分泌细胞器的小分子蛋白】
通过染色体定位分析发现cgd2_390-cgd2_450基因簇编码的MUC1-MUC7具有固有无序区域，CRISPR/Cas9标记显示它们差异分布于致密颗粒(DG)、小颗粒(SG)和棒状体(ROP)等分泌细胞器。

【MUC5通过N端基序靶向宿主细胞质】
截断突变实验揭示MUC5第39位亮氨酸(L39)是其宿主靶向的关键残基，该基序不同于经典分泌信号，是隐孢子虫特有的效应蛋白转运系统。

【Px(P/A)xPR模体介导细胞骨架互作】
免疫共沉淀结合质谱鉴定出MUC5与宿主衔接蛋白CD2AP的SH3结构域结合，晶体结构分析显示该互作依赖MUC5的Px(P/A)xPR重复模体，这种互作模式在顶复门寄生虫中尚属首次报道。

【MUC5缺失减弱虫株致病性】
动物实验显示ΔMUC5突变株在GKO小鼠中繁殖力和致病性显著降低，病理切片观察到感染部位微绒毛损伤减轻，证实MUC5-CD2AP互作是维持感染的关键毒力决定因素。

该研究突破性地发现隐孢子虫通过"三管齐下"的效应蛋白分泌系统（ROP、MEDLE和MUC）协同调控宿主细胞：DG来源的MUC5代表了一类新型细胞骨架调节因子，其与CD2AP的互作机制为理解微绒毛重建提供了分子框架。从转化医学角度看，鉴定出的L39靶向基序和Px(P/A)xPR毒力模体可作为药物设计新靶点，为开发抗隐孢子虫的特异性抑制剂奠定理论基础。研究还提示不同MUC成员可能通过"分工协作"调控感染不同阶段，这种效应蛋白的功能多样性可能是隐孢子虫具有广泛宿主适应性的重要原因。