清華醫(yī)學(xué)院程功研究組與生命學(xué)院高冠軍研究組合作發(fā)文

報(bào)道昆蟲(chóng)腸道微生物穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機(jī)制

清華新聞網(wǎng)3月2日電 3月1日，國(guó)際微生物學(xué)學(xué)術(shù)期刊《自然 微生物學(xué)》 (Nature Microbiology)在線(xiàn)發(fā)表了《細(xì)胞膜蛋白-雙氧化酶信號(hào)通路在調(diào)節(jié)昆蟲(chóng)腸道穩(wěn)態(tài)中的作用研究》 (“A Mesh-Duox pathway regulates homeostasis in the insect gut”)的學(xué)術(shù)論文。該研究首次在重要病媒昆蟲(chóng)中闡明腸道微生物在非感染條件下維持穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制，隨后利用果蠅模型對(duì)發(fā)現(xiàn)的分子機(jī)制進(jìn)行了驗(yàn)證。

埃及伊蚊是登革病毒、寨卡病毒、黃熱病毒的主要傳播媒介。在自然條件下，蚊蟲(chóng)通過(guò)吸取感染宿主的血液獲得病毒感染。含有大量病毒的血液進(jìn)入蚊蟲(chóng)腸道后，病毒需要克服蚊蟲(chóng)的中腸屏障 (Midgut barrier) 才能成功進(jìn)入蚊蟲(chóng)血腔，并在蚊蟲(chóng)組織中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性感染。中腸屏障是決定蚊蟲(chóng)對(duì)病毒易感性的決定性因素，其中腸道內(nèi)定植的大量微生物菌群是中腸屏障的主要組成部分。當(dāng)病毒通過(guò)吸血進(jìn)入蚊蟲(chóng)腸道后首先與腸道微生物菌群直接接觸。因此，研究并闡明蚊蟲(chóng)腸道微生物的穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制尤為重要。

示意圖：雙氧化酶-細(xì)胞膜蛋白（Mesh-Duox）信號(hào)調(diào)節(jié)通路是調(diào)控蚊蟲(chóng)腸道菌群穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵分子機(jī)制。具體調(diào)控機(jī)制如下：1. 腸道菌群增加可誘導(dǎo)細(xì)胞膜蛋白基因表達(dá)，在埃及伊蚊腸道細(xì)胞表面表達(dá)更多細(xì)胞膜蛋白；2. 細(xì)胞膜蛋白增加可誘導(dǎo)抑制蛋白類(lèi)（Arrestins）基因上調(diào)表達(dá)；3. 繼而導(dǎo)致細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）和氨基末端激酶（JNK）等絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）的磷酸化增加；4. 以上信號(hào)通路誘導(dǎo)雙氧化酶表達(dá)增加，產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)（ROS）滅殺過(guò)量增值的腸道共生菌，維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)。

昆蟲(chóng)腸道細(xì)胞通過(guò)雙氧化酶（Duox）產(chǎn)生的活性氧（ROS）對(duì)腸道微生物菌群進(jìn)行調(diào)控，但是雙氧化酶系統(tǒng)調(diào)控腸道菌群的分子機(jī)制卻沒(méi)有得到有效闡明。在該項(xiàng)研究中，研究者首先利用RNA干擾 (RNAi) 篩選的方法，在埃及伊蚊體內(nèi)鑒定出一種細(xì)胞膜蛋白（Mesh）在腸道共生菌調(diào)控的過(guò)程中起到重要作用，隨后鑒定出細(xì)胞膜蛋白通過(guò)抑制蛋白（Arrestin）介導(dǎo)的絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）中氨基末端激酶/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（JNK/ERK）的磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引起雙氧化酶的表達(dá)變化，導(dǎo)致生成的活性氧（ROS）水平變化，最終對(duì)腸道共生菌的增殖進(jìn)行調(diào)控。隨后，研究者在果蠅模型中對(duì)發(fā)現(xiàn)的分子機(jī)制進(jìn)行了全面驗(yàn)證。該研究首次揭示了重要病媒昆蟲(chóng)腸道微生物菌群穩(wěn)態(tài)的調(diào)控機(jī)制。

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院程功研究員及生命科學(xué)院高冠軍研究員為本論文共同通訊作者。來(lái)自程功研究組的博士后肖小平、龐曉靜，以及來(lái)自高冠軍研究組博士研究生楊麗娟為本文的共同第一作者。該研究得到了清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心經(jīng)費(fèi)、英國(guó)醫(yī)學(xué)會(huì)“牛頓高級(jí)學(xué)者”項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及傳染病重大專(zhuān)項(xiàng)的支持。

原文鏈接：

http://www.nature.com/articles/nmicrobiol201720

供稿：醫(yī)學(xué)院 編輯：華山