一種跨物種信號通路的發現解開了蜱蟲免疫和發育的謎團

　　在一項新的研究中，來自美國馬里蘭大學等研究機構的研究人員發現了節肢動物寄生蟲和宿主之間的第一種物種間信號通路，在這種信號通路中，宿主動物血液中的分子觸發了寄生蟲的免疫和發育。這項新研究表明，當蜱蟲攝入感染了導致萊姆病（Lyme disease）的細菌伯氏疏螺旋體（Borrelia burgdorferi）的小鼠血液時，來自小鼠免疫系統的一種蛋白與蜱蟲細胞表面上的受體結合，并發出信號使器官更迅速地發育，在這種細菌本身開始感染蜱蟲之前很長時間就產生了免疫反應。相關研究結果發表在2023年1月13日的Science期刊上，論文標題為“Dome1–JAK–STAT signaling between parasite and host integrates vector immunity and development”。

　　這項新研究確定了開發抗蜱蟲疫苗或治療方法的一個潛在靶標，以防止像萊姆病這樣的感染的傳播。這些發現還為物種間生物分子相互依存關系的進化提供了重要的新見解，并首次強調了免疫和動物發育的一體化，以及所有植物和動物細胞用于感知和應對環境的古老細胞信號系統或途徑的適應性。

　　論文通訊作者、馬里蘭大學動物醫學系教授Utpal Pal說“一種保守的細胞信號通路的這種適應的靈活性令人驚訝。從海綿到人類都存在的這種通路是如此靈活，它可以適應接受來自另一種親緣關系較遠的物種的配體[結合分子]，這很了不起。這種每個人都有的通路正在以一種我們沒有想象到的方式被使用。”

　　這些發現表明，其他細胞信號通路可能已經適應后在其他有機體中發揮著新的作用，并指出免疫學和分子生物學中的一個新領域，未來對它的探索已經成熟。

　　Pal和他的同事們在研究蜱蟲免疫---蜱蟲生物學中一個知之甚少的領域---時取得了他們的發現。在他們最初的研究中，為了尋求了解蜱蟲免疫系統如何識別伯氏疏螺旋體，他們給蜱蟲喂食了感染伯氏疏螺旋體的小鼠或未感染的小鼠的血液。對比這兩組蜱蟲的研究結果，他們發現受感染小鼠的血液激活了蜱蟲體內的一種通常在細胞內產生能量的蛋白。該蛋白與一種存在于所有多細胞生物中的叫做JAK/STAT的簡單信號通路有關。

　　正如在所有的細胞信號通路中的那樣，一種特定的分子感覺到環境中的某些東西，然后與細胞壁外部的受體結合。這在細胞內引發了一連串的反應，使特定的基因開啟或關閉，并對感受到的任何外部刺激產生反應。

　　假設JAK/STAT是由受感染的小鼠血液中的伯氏疏螺旋體觸發的，這些作者分離出這種細菌并將它直接注射到蜱蟲體內，以觀察哪些分子與JAK/STAT受體結合。令人驚訝的是，這種細菌并沒有激活JAK/STAT。為了弄清楚是什么在起作用，他們從受感染小鼠的血液中清除了伯氏疏螺旋體，并將“干凈”的血液喂給蜱蟲。JAK/STAT途徑開始發揮作用了。

　　哺乳動物和節肢動物的交談將病媒免疫和發育整合在一起。圖片來自Science, 2023, doi:10.1126/science.abl3837。

　　這些作者發現，蜱蟲消化系統中的一種稱為Dome1的蛋白被用作JAK/STAT受體，并且它已進化到與細胞因子蛋白干擾素結合，而干擾素是由感染了像伯氏疏螺旋體這樣的細菌的哺乳動物的免疫系統產生的。他們還發現這種JAK/STAT受體和信號通路對蜱蟲的正常發育很重要，即使該信號通路沒有被受感染小鼠的血液激活。當Pal和他的同事們敲除了表達這種JAK/STAT受體的基因時，蜱蟲長出了畸形的腿、口器和消化系統，并且無法進食和完成發育周期以進一步生長。

　　這些結果表明在蜱蟲中，JAK/STAT信號通路以及這種蛋白受體已進化到將免疫與發育整合在一起。細菌會與蜱蟲競爭受感染宿主血液中的營養物，因此當蜱蟲得到血液被感染的信號時，快速生長是在細菌得到這些營養物之前用掉這些營養物的一種方式。實驗室實驗證實，喂食來自感染伯氏疏螺旋體的小鼠的血液的蜱蟲比喂食來自未感染小鼠的血液的蜱蟲發育得更快。

　　Pal說，“了解這種信號通路將免疫和發育整合在一起，對開發預防蜱媒傳染病傳播的潛在策略有重要意義。因為如果你剔除該信號通路，具有畸形口器的蜱蟲就不能進食或傳播疾病。但真正讓我興奮的是，我們看到了這種預警系統，即蜱蟲的免疫系統利用它的宿主的免疫反應而不是病原菌本身來間接檢測該病原菌，加速它自身的發育。”（生物谷 Bioon.com）

　　參考資料：

　　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.