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蚊子唾液腺是控制瘧疾關鍵?

2019-08-15 11:15:14  來源:中國科學報

雌性按蚊的唾液腺圖片來源:約翰斯·霍普金斯大學

雌性按蚊的唾液腺

來源:中國科學報

本報訊蚊子可攜帶成千上萬條瘧原蟲,但蚊子在吸血時僅將一小部分寄生蟲傳染給吸血對象。那么瘧原蟲到底堵在哪里了呢?如今,美國科學家報告說,他們已經發現蚊子唾液腺中有一道屏障可以阻止瘧原蟲向體外傳播,該屏障或許可以作為預防或減少瘧疾感染的新靶標。

“我們的研究結果進一步詳細說明了蚊子唾液腺在阻擋昆蟲傳播疾病中所起的作用。”約翰斯·霍普金斯大學醫學院細胞生物學教授Deborah Andrew說,“通過增強蚊子體內天然存在的傳播屏障,我們或許可以阻止瘧疾和其他致命蚊媒疾病的蔓延。”

據世界衛生組織統計,全球估計有2.2億人(主要在熱帶和亞熱帶地區)患有瘧疾,每年有超過40萬人死于瘧原蟲感染。這類疾病表現為致殘性發熱、發冷、疲勞和出汗。瘧疾可以用藥物進行治療,也可以通過滅蚊計劃進行預防,但藥物和滅蚊方案的高成本一直是瘧疾防治工作的障礙。

瘧原蟲在其復雜的生命周期中必須依靠雌性按蚊才能傳播。蚊子在吸取受感染動物宿主的血液過程中吸食了雄性和雌性瘧原蟲生殖細胞,瘧原蟲的生命周期便由此展開。這些細胞最終到達蚊子的腸道,它們在這里融合形成受精卵,然后穿過腸道內膜,并在昆蟲體腔內形成卵囊。在這些卵囊中,瘧原蟲開始快速增殖,數量越來越多。當卵囊最終破裂時,瘧原蟲便聚集到唾液腺,并在蚊子再次吸血時被噴出。然而科學家觀察到,大部分瘧原蟲都未能從蚊子體內傳播出去。

“盡管成千上萬的瘧原蟲侵入唾液腺,但在蚊蟲叮咬期間它們之中只有不到1/10被傳播出去。”Andrew實驗室博士后研究員兼研究的主要作者Michael Wells說,“所以,我們知道唾液腺阻止了瘧原蟲傳出體外,但我們并不清除其中的確切機制。”

按蚊的唾液腺分成三葉,每葉由產生唾液的細胞組成。它們的外層包覆著保護膜(稱為基底膜),每葉呈長導管狀并延伸至昆蟲的口腔。若要釋放到體外,瘧原蟲必須先鉆過基底膜,穿過一層唾液腺細胞,然后游過一個叫做分泌腔的空間最終到達唾液管。

為了研究唾液腺如何阻礙瘧疾傳播,研究人員首先讓按蚊吸食富含瘧原蟲的嚙齒動物血液。由于吸食量由蚊子自己決定,因此每只蚊子攝入了不同數量的瘧原蟲。這讓研究人員能夠從數百個蚊蟲唾液腺中采集到不同瘧原蟲感染量的數據。

研究人員隨后解剖這些蚊子的唾液腺并在高倍顯微鏡下尋找寄生蟲,從而系統確定瘧原蟲的位置。他們發現,大多數瘧原蟲要么在基底膜內,要么在分泌腔內,但是只有少數瘧原蟲在唾液管中。

“瘧原蟲似乎可以無障礙地進入唾液腺。”Wells說,“所以,這告訴我們,瘧原蟲在之后試圖進入唾液管的過程中遇到了阻礙。”

接下來,研究人員在更高倍數的顯微鏡下觀察了唾液腺每葉的細胞層。他們發現,大多數瘧原蟲似乎無法離開分泌腔,并聚集在唾液管周圍的一層堅固的纖維壁上,此壁由一種叫做幾丁質的物質組成。

然而,一些瘧原蟲能夠穿過此幾丁質壁并到達唾液管,但是像交通阻塞一樣,它們所穿過的開口非常狹窄,只允許少數瘧原蟲通過。Wells說,那些幸運穿過了堅硬管壁的瘧原蟲很可能就是在叮咬期間被釋放的瘧原蟲。

如果可以加強唾液管周圍的幾丁質壁,或許就可以阻止感染。研究人員日前在美國微生物學會的mBio上發表了這一研究成果。

“我們的研究為更好地了解攜帶瘧疾的蚊子的唾液腺如何限制瘧原蟲傳播,邁出了開創性的第一步。”Andrew說,“未來,我們希望這些信息可用于制定阻擋疾病傳播的策略,并揭示其他昆蟲是如何影響疾病傳播的。”

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