“口中蜜”变“腹中剑”，雌蚊子吃糖有套路 | Cell Press青促会述评

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作为世界领先的全科学领域学术出版社，细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏，以期增进学术互动，促进国际交流。

2021年第十三期（总第50期）专栏文章，由中国科学院昆明动物研究所/中国科学院天然活性多肽工程实验室副研究员 中国科学院青年创新促进会会员 靳林，就Cell Reports中的论文发表述评。

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媒介生物可以直接或间接地传播人类疾病，其传播方式有机械性传播（如苍蝇、家鼠）和生物性传播（如蚊子、蜱虫）两类。蚊子作为世界第一大类媒介生物，在吸血时可传播包括疟疾在内的多种疾病。

疟疾是由按蚊(Anopheles)传播的原虫病，在非洲传播媒介主要是冈比亚按蚊(An. gambiae)，中国常见的四大传疟媒介为中华按蚊(An. sinensis)、微小按蚊(An. minimus)、大劣按蚊(An. dirus)和嗜人按蚊(An. lesteri)。疟原虫是一种真核单细胞生物，属于原生动物门(Protozoa)、孢子虫纲(Sporozoa)、球虫目(Coeeiidea)、血孢子虫亚目(Haemosporina)、原虫科(Plasmadiidea)、疟原虫属(Plasmodium)。据WHO的数据，2016 年全世界共发生约 2.16 亿例疟疾，其中共有 91 个国家报道了本土的疟疾感染病例，死亡约 44.5 万人。当按蚊摄取血液时，宿主血液中含有的致病疟原虫可进入蚊子的中肠和唾液腺，使蚊子携带。疟原虫在疟蚊体内的生命周期始于随着血液进入中肠的配子体的激活形成配子，配子能够通过疟蚊中肠的上皮并发育为卵囊。子孢子在卵囊中形成，并能够通过蚊子的血淋巴循环运动。子孢子会选择性的积聚在唾液腺上，在蚊子吸血时迅速穿越宿主皮肤的免疫屏障造成感染。

“优胜劣汰，适者生存”是达尔文1859年提出的自然选择学说的核心内容之一。生存适应是自然界中每个生物面临的最基本问题。蚊子和疟原虫这对组合是如何适应环境走到一起的呢？很多人都误以为雌蚊子只会叮人吸血，雄蚊子才吃花蜜。其实，雌蚊子也需要进食富含糖分的花蜜作为能量的来源。进食花蜜后糖分的代谢对蚊子媒介潜力的影响尚不清楚。针对这一重要的科学问题，最近来自复旦大学王敬文研究员团队在Cell Reports发表了题为“Glucose-mediated proliferation of a gut commensalbacterium promotes Plasmodium infection byincreasing mosquito midgut pH”的研究论文。该研究发现蚊子进食蜜源植物中的葡萄糖或海藻糖，促进共生菌Asaia bogorensis增殖，重塑葡萄糖代谢，使得蚊子中肠pH升高，而疟原虫的配子生发似乎适应了这种碱性改变，有利于感染建立。这项研究不仅表明蚊子进食的葡萄糖是其携带疟原虫媒介潜力的重要决定因素，还揭示了蚊子-微生物的互作在调节疟原虫发育中发挥了关键作用。

亮点

1. 进食葡萄糖/海藻糖可使蚊子对疟原虫更易感

2. 进食葡萄糖/海藻糖促进蚊子肠道中Asaia共生菌的增殖

3. Asaia共生菌重塑葡萄糖代谢并使蚊子中肠pH升高，促进了疟原虫的配子发生和感染

4. 初步模拟了进食不同自然植物来源花蜜对Asaia共生菌和疟原虫的影响

主要结果

▲图1 进食葡萄糖/海藻糖可使蚊子对疟原虫更易感

A：G—葡萄糖 T—海藻糖  HS—10%蔗糖 2-DG—糖酵解抑制剂；B& C：体内伯氏疟原虫(B)和恶性疟原虫(C)卵囊的强度；D：饲喂S、G、2-DG和HS的蚊子体内伯氏疟原虫卵囊的强度；E& F：中肠(上)和血淋巴(下)中总糖(葡萄糖和海藻糖)的相对浓度。

▲图2 蚊子中肠中A. bogorensis菌促进疟原虫的感染

▲图3 A. bogorensis菌的糖代谢活力决定了蚊子中肠的pH

（喂食图一中葡萄糖/海藻糖可使pH升高）

▲图4 中肠中升高的pH促进雄性配子发生/促进疟原虫感染

A：定量与蚊子雄配子体形成相关的基因的基因丰度；B：在以S和G为食的斯氏按蚊再殖A. bogorensis蚊中，与雄性配子发生相关的基因mRNA丰度的定量；C& D：感染后10分钟监测排尿情况，图中展示以S、G、T为食的蚊类的排尿和排尿率。

《本草纲目》中有 “河豚有大毒，味虽珍美，食之杀人”的记载。河豚可以食用是因为其本身并不产毒，而通过摄食含有毒素的饵料和利用共生菌来富集河豚毒素用于生存竞争。同样的，蚊子、蜱虫等媒介生物本身无害，但当携带病原体后就变成了可怕的疾病传播者。与哺乳动物类似，蚊媒的共生菌与其自身的生存和媒介潜力也存在密切联系。本文通讯作者王敬文研究员团队长期以虫媒传染病中的昆虫载体为主要研究对象，研究虫媒识别和防御病原体的机制，保护共生菌的机制，虫媒和共生菌之间的相互作用，共生菌和病原体之间相互作用的机制等，为阐明媒介-共生菌-病原体三者之间的相互作用关系做了大量开创性的工作。

这项精彩的研究同时引出了一些其他科学问题，如疟原虫如何适应了按蚊肠道的环境？蚊子是否选择性采食植物花蜜为疟原虫塑造适宜的环境呢？伊蚊有没有类似的作用机制？携带疟原虫等病原体对蚊媒自身/蚊媒微生物有什么益处和影响？宿(寄)主-媒介-病原三者的复杂关系，期待后续更多的研究来解答。

论文摘要

蜜源植物中的糖份是蚊子的主要能量来源，但其对蚊子携带疟原虫媒介潜力的影响尚不清楚。我们发现伯氏疟原虫感染斯氏按蚊会导致整体代谢组的改变，其中对糖代谢的影响最为显著。以血淋巴中主要的葡萄糖或海藻糖为食会使蚊子中肠碱化，从而使蚊子更容易感染疟原虫。葡萄糖/海藻糖喂养蚊子可促进共生菌A. bogorensis的增殖，A. bogorensis以提高中肠pH的方式重塑葡萄糖代谢，因此有利于疟原虫的配子发生。我们还证明了不同天然植物花蜜中的单糖组成可影响蚊子肠道中A. bogorensis的生长，使蚊子对疟原虫更易感。综上所述，我们的研究不仅表明蚊子进食的葡萄糖是其携带疟原虫媒介潜力的重要决定因素，还揭示了蚊子-微生物的互作在调节疟原虫发育中发挥了关键作用。

Plant-nectar-derived sugar is the major energy source for mosquitoes, but its influence on vector competence for malaria parasites remains unclear. Here, we show that Plasmodium berghei infection of Anopheles stephensi results in global metabolome changes, with the most significant impact on glucose metabolism. Feeding on glucose or trehalose (the main hemolymph sugars) renders the mosquito more susceptible to Plasmodium infection by alkalizing the mosquito midgut. The glucose/trehalose diets promote proliferation of a commensal bacterium, Asaia bogorensis, that remodels glucose metabolism in a way that increases midgut pH, thereby promoting Plasmodium gametogenesis. We also demonstrate that the sugar composition from different natural plant nectars influences A. bogorensis growth, resulting in a greater permissiveness to Plasmodium. Altogether, our results demonstrate that dietary glucose is an important determinant of mosquito vector competency for Plasmodium, further highlighting a key role for mosquito-microbiota interactions in regulating the development of the malaria parasite.

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中文内容仅供参考，请以英文原文为准

述评人简介

靳林

中国科学院昆明动物研究所/中国科学院天然活性多肽工程实验室 副研究员

中国科学院青年创新促进会会员

[e-mail]

中国科学院昆明动物研究所赖仞团队成员，入选云南省优青。主要从事动物学基础研究和抗感染肽类药物开发与产业化相关工作，在Nature Immunology，Journal of Medicinal Chemistry，Cell Research，Zoological Research等发表论文多篇。现主持2项国家自然科学基金项目和多项省部级科研项目，2020年3月起利用小鼠、猕猴动物模型在BSL-3/ABSL-3开展新冠病毒疫苗和药物研究。

He is a team member of Prof. Ren Lai’s lab, Kunming Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences. His research is mainly focusing on zoology and the development of anti-infective peptide drugs. His works have been published on Nature Immunology, Journal of Medicinal Chemistry, Cell Research and Zoological Research, etc. From March 2020, he began to carry out vaccine and drug research for SARS-CoV-2 in BSL-3/ABSL-3 using mouse and macaque animal models.

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相关论文信息

原文刊载于CellPress细胞出版社

旗下期刊Cell Reports上，

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