Science：一种跨物种信号通路的发现解开了蜱虫免疫和发育的谜团

在一项新的研究中，来自美国马里兰大学等研究机构的研究人员发现了节肢动物寄生虫和宿主之间的第一种物种间信号通路，在这种信号通路中，宿主动物血液中的分子触发了寄生虫的免疫和发育。这项新研究表明，当蜱虫摄入感染了导致莱姆病（Lyme disease）的细菌伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi）的小鼠血液时，来自小鼠免疫系统的一种蛋白与蜱虫细胞表面上的受体结合，并发出信号使器官更迅速地发育，在这种细菌本身开始感染蜱虫之前很长时间就产生了免疫反应。相关研究结果发表在2023年1月13日的Science期刊上，论文标题为“Dome1–JAK–STAT signaling between parasite and host integrates vector immunity and development”。

这项新研究确定了开发抗蜱虫疫苗或治疗方法的一个潜在靶标，以防止像莱姆病这样的感染的传播。这些发现还为物种间生物分子相互依存关系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一体化，以及所有植物和动物细胞用于感知和应对环境的古老细胞信号系统或途径的适应性。

论文通讯作者、马里兰大学动物医学系教授Utpal Pal说“一种保守的细胞信号通路的这种适应的灵活性令人惊讶。从海绵到人类都存在的这种通路是如此灵活，它可以适应接受来自另一种亲缘关系较远的物种的配体[结合分子]，这很了不起。这种每个人都有的通路正在以一种我们没有想象到的方式被使用。”

这些发现表明，其他细胞信号通路可能已经适应后在其他有机体中发挥着新的作用，并指出免疫学和分子生物学中的一个新领域，未来对它的探索已经成熟。

Pal和他的同事们在研究蜱虫免疫---蜱虫生物学中一个知之甚少的领域---时取得了他们的发现。在他们最初的研究中，为了寻求了解蜱虫免疫系统如何识别伯氏疏螺旋体，他们给蜱虫喂食了感染伯氏疏螺旋体的小鼠或未感染的小鼠的血液。对比这两组蜱虫的研究结果，他们发现受感染小鼠的血液激活了蜱虫体内的一种通常在细胞内产生能量的蛋白。该蛋白与一种存在于所有多细胞生物中的叫做JAK/STAT的简单信号通路有关。

正如在所有的细胞信号通路中的那样，一种特定的分子感觉到环境中的某些东西，然后与细胞壁外部的受体结合。这在细胞内引发了一连串的反应，使特定的基因开启或关闭，并对感受到的任何外部刺激产生反应。

假设JAK/STAT是由受感染的小鼠血液中的伯氏疏螺旋体触发的，这些作者分离出这种细菌并将它直接注射到蜱虫体内，以观察哪些分子与JAK/STAT受体结合。令人惊讶的是，这种细菌并没有激活JAK/STAT。为了弄清楚是什么在起作用，他们从受感染小鼠的血液中清除了伯氏疏螺旋体，并将“干净”的血液喂给蜱虫。JAK/STAT途径开始发挥作用了。

哺乳动物和节肢动物的交谈将病媒免疫和发育整合在一起。图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.abl3837。

这些作者发现，蜱虫消化系统中的一种称为Dome1的蛋白被用作JAK/STAT受体，并且它已进化到与细胞因子蛋白干扰素结合，而干扰素是由感染了像伯氏疏螺旋体这样的细菌的哺乳动物的免疫系统产生的。他们还发现这种JAK/STAT受体和信号通路对蜱虫的正常发育很重要，即使该信号通路没有被受感染小鼠的血液激活。当Pal和他的同事们敲除了表达这种JAK/STAT受体的基因时，蜱虫长出了畸形的腿、口器和消化系统，并且无法进食和完成发育周期以进一步生长。

这些结果表明在蜱虫中，JAK/STAT信号通路以及这种蛋白受体已进化到将免疫与发育整合在一起。细菌会与蜱虫竞争受感染宿主血液中的营养物，因此当蜱虫得到血液被感染的信号时，快速生长是在细菌得到这些营养物之前用掉这些营养物的一种方式。实验室实验证实，喂食来自感染伯氏疏螺旋体的小鼠的血液的蜱虫比喂食来自未感染小鼠的血液的蜱虫发育得更快。

Pal说，“了解这种信号通路将免疫和发育整合在一起，对开发预防蜱媒传染病传播的潜在策略有重要意义。因为如果你剔除该信号通路，具有畸形口器的蜱虫就不能进食或传播疾病。但真正让我兴奋的是，我们看到了这种预警系统，即蜱虫的免疫系统利用它的宿主的免疫反应而不是病原菌本身来间接检测该病原菌，加速它自身的发育。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Vipin S. Rana et al. Dome1–JAK–STAT signaling between parasite and host integrates vector immunity and development. Science, 2023, doi:10.1126/science.abl3837.