抗瘧疾領域最新研究進展一覽

　　本期為大家帶來的的抗瘧疾領域的最新研究進展，希望讀者朋友們能夠喜歡。

　　1. Science：重大突破！根治瘧疾有戲！選擇性抑制PfCLK3蛋白可殺死處于各個發育階段的瘧原蟲

　　doi:10.1126/science.aau1682.

　　在一項新的研究中，來自蘇格蘭格拉斯哥大學等研究機構的研究人員取得突破性進展，他們揭示出一種稱為TCMDC-135051的新藥可能阻止瘧疾傳播，并且也可能治療感染著這種致命性寄生蟲病的人。這些研究結果為全球抗擊瘧疾的斗爭提供了新的希望。相關研究結果發表在2019年8月30日的Science期刊上，論文標題為“Validation of the protein kinase PfCLK3 as a multistage cross-species malarial drug target”。論文通訊作者為格拉斯哥大學的Andrew Tobin教授。

　　瘧疾是一種由蚊子傳播的傳染病，目前影響著2億多人，每年造成近50萬人死亡，其中大多數是兒童。

　　瘧疾是由瘧原蟲引起的，它通過蚊子叮咬感染人類。在感染后，這種瘧原蟲在肝臟和血液的紅細胞中生長。它們也可以在血液中發生變化而呈現出雄性和雌性形式，當蚊子叮咬叮咬并從感染者身上吸取血液時，就會再次感染這些蚊子。

　　在Tobin教授的領導下，這些研究人員發現一種能夠在瘧原蟲生命周期的全部三個階段---肝臟階段、紅細胞階段和配子體發育階段（亦即性發育階段）---殺死瘧原蟲并且阻止瘧原蟲性發育的藥物。

　　這種新藥通過阻止一種稱為PfCLK3的必需蛋白的活性起作用，其中這種蛋白控制參與保持瘧原蟲存活的其他蛋白的產生/活性。通過阻斷這種蛋白的活性，這種藥物就可以有效地殺死瘧原蟲，這不僅可以防止它擴散，而且還可以治療瘧疾患者。

　　Tobin教授說：“我們對這些新發現感到非常興奮，并希望它們為消滅瘧疾的第一步鋪平了道路。我們的研究表明通過在瘧原蟲發育的各個階段殺死瘧原蟲，我們不僅發現了一種治愈瘧疾的潛在方法，而且還發現了一種阻止瘧原蟲從人類傳播到蚊子然后再感染其他人的方法。”

　　這種藥物---科學家們在經過一種嚴格的篩選過程后發現的一種強效的化合物---聽過阻斷必需蛋白PfCLK3的活性來起作用。這種蛋白是一種控制瘧原蟲中蛋白產生的系統的一部分，通過抑制它，瘧原蟲不能產生它們存活所必需的很多蛋白。

　　論文共同作者、格拉斯哥大學維康綜合寄生蟲學中心主任Andy Waters教授說，“通過抑制PfCLK3，我們證實瘧原蟲存活所必需的蛋白已停止產生，這會殺死處于多個發育階段的瘧原蟲。通過這種方式，我們找到了一種方法，通過殺死感染蚊子的瘧原蟲形式來阻止瘧原蟲傳播，從而阻止瘧原蟲在人際間傳播。”

　　2. Sci Immunol：抗瘧疾免疫反應為何容易引發器官損傷？

　　DOI: 10.1126/sciimmunol.aaw0336

　　瘧疾是世界上最致命的傳染病之一，它可以通過蚊子叮咬將大量瘧原蟲帶入血液。這種寄生蟲通常會導致周期性的流感樣和嚴重發燒等癥狀的發生，嚴重情況下伴有組織損傷，并可能導致致命的器官衰竭。

　　最近，來自柏林Max Planck感染生物學研究所的研究人員發現了因瘧原蟲感染導致的并發癥的可能機制：瘧原蟲感染會觸發血液中的免疫反應，主要目的是進行局部防御。然而，如果免疫反應升級并引發系統化反應，則會損害患者自身的組織。中性粒細胞在此過程中起著重要的作用。

　　中性粒細胞是人體最豐富的白細胞，它能夠識別并破壞侵入我們身體的有害微生物。早在2004年，Max Planck感染生物學研究所的Arturo Zychlinsky領導的研究小組發現了中性粒細胞的特殊防御機制：中性粒細胞通過自殺對病原體做出反應。它們分解細胞和核膜并釋放大量的DNA分子，這些DNA網狀結構會形成“陷阱（NET）”，從而可以捕獲和殺死微生物。然而，NET不僅對病原體構成危險，也會攻擊人體自身的組織。因此，如何控制中性粒細胞的激活時間與范圍成為了控制副作用的關鍵。

　　由Arturo Zychlinsky和Borko Amulic領導的研究小組的研究人員表明，因瘧疾感染引發的NETs可能導致器官損傷。這些發現擴大了我們對典型瘧疾并發癥（例如肝腎衰竭，肺水腫和腦腫脹，這些疾病可能導致患者死亡）的理解。

　　為了確定NETs在瘧疾中的作用，研究人員進行了小鼠實驗，并且使用了能夠感染嚙齒動物并引發肝損傷的特殊瘧疾變體，用于模擬人類中出現的相似癥狀。研究人員首先觀察到，感染小鼠血液中的中性粒細胞和NETs濃度很高。為了探究NET與肝損傷之間是否存在聯系，他們感染了不能形成NET的轉基因小鼠。結果很明顯-盡管體內有相同程度的瘧疾感染，但轉基因小鼠沒有出現肝損傷的癥狀。

　　“我們能夠證明血液中高濃度的NETs會促使受感染的紅細胞附著在血管壁上以及促進嗜中性白細胞的聚集-兩者都是受感染動物器官損傷的重要原因，”第一作者Lorenz Knackstedt說道。積累的血細胞阻塞了器官中的細血管，缺氧和血管受損造成的出血會導致受影響的器官完全衰竭。

　　Knackstedt說：“從我們的小鼠實驗中得到的結果以及對患者樣本的分析將有助于我們了解具有類似嚴重癥狀的瘧疾和疾病的發生機理。”

　　3. PNAS:利用X射線顯微鏡觀察瘧疾病原體

　　DOI: 10.1073/pnas.1910123116

　　目前大約40％的人類生活地區受到瘧疾的影響，以及每年約有2億人感染瘧疾，60萬人因此喪生。由于氣候變化，瘧疾的傳播正在逐漸加劇。瘧疾是由蚊子攜帶的瘧原蟲感染引發的，這些病原體是單細胞生物，它們沉積在其宿主的紅細胞內，并通過“攝入”血紅蛋白生長和繁殖。

　　應對這種疾病的主要方法是利用喹啉類藥物，以及最近被廣泛使用的青蒿素藥物治療。然而，迄今為止，通過化合物控制病原性瘧原蟲感染的手段一直飽受爭議。

　　最近一項研究探究了瘧原蟲的代謝活動。研究表明，瘧原蟲在他們的消化液泡（一種類似于袋子的細胞器）中儲存了大量的血紅蛋白。這會釋放出瘧原蟲無法耐受的含鐵血紅蛋白分子。瘧原蟲設法使這些對其“有毒”的分子結晶，以降低毒性。因此，作者猜測活性化合物的作用可能是通過阻止血紅蛋白晶體的形成，從而抑制瘧原蟲的生存與繁殖。

　　在這項研究中，由哥本哈根大學的Sergey Kapishnikov及其同事首次對感染的血細胞中發生的這一代謝事件進行了研究。他們首先令血細胞感染了瘧原蟲，然后將被感染細胞與不同濃度的喹啉家族化合物混合處理。

　　之后，作者將樣品在自然狀態下通過X射線顯微鏡進行觀察。

　　文章作者之一Guttmann解釋說：“通過對血液樣本進行了冷凍處理，以便我們可以在不破壞宿主結構的基礎上觀察病原體，進而獲得三維X射線斷層掃描圖像。”

　　此外，熒光光譜顯微鏡可以得到血細胞中各類元素的分布圖譜。將其與三維X射線圖像揭示的細胞結構結合時，可以精確地揭示溴喹化合物的分布及其作用方式。 Kapishnikov解釋說：“我們在圖像中看到，溴喹在血紅蛋白分子晶體表面積聚。這會抑制晶體生長，從而破壞瘧原蟲的自我解毒過程。”

　　這些研究還可以擴展到其他藥物，例如青蒿素等，并為設計更有效的瘧疾治療方法提供有價值的信息。

　　4. Science：構建出瘧原蟲完整生命周期的細胞圖譜---瘧疾細胞圖譜，極大加快瘧疾研究和療法開發

　　doi:10.1126/science.aaw2619.

　　瘧原蟲是瘧疾的致病因子，是具有不同形態發育階段的單細胞生物，每個階段都專門生活在極其不同的環境和宿主細胞類型中。這種形態多樣性的基礎是對它的緊湊基因組的嚴格調控，不過大約40％基因的功能仍然未知，這阻礙了有效藥物和疫苗開發的速度。單細胞RNA測序（scRNA-seq）允許構建發育過程、細胞多樣性和細胞間差異的高分辨率圖譜，而且它在單細胞生物中的應用揭示了瘧原蟲在整個生命周期中的個體水平變異。

　　在一項新的研究中，來自英國、丹麥、肯尼亞、南非、澳大利亞、瑞典和法國的研究人員構建出瘧疾細胞圖譜（Malaria Cell Atlas），這種圖譜呈現出瘧原蟲在所有形態生命周期階段的轉錄組學特征。這種圖譜的目標是（i）了解在整個生命周期中的基因功能和使用；（ii）理解發育階段轉變背后的基因調控機制；（iii）發現瘧原蟲兩頭下注（bet-hedging）模式；（iv）提供一種參考數據集，可用于了解多種瘧原蟲物種在實驗室中和在自然感染下的寄生蟲生物學特性。相關研究結果發表在2019年8月23日的Science期刊上，論文標題為“The Malaria Cell Atlas: Single parasite transcriptomes across the complete Plasmodium life cycle”。

　　這些研究人員通過使用細胞分選方法分離出1787個瘧原蟲，并且在涵蓋蚊子和哺乳動物宿主中所有生命周期階段的10個時間點對它們的全長轉錄組進行了分析。

　　從這些數據中，他們能夠了解發育的精細轉錄模式，并確定與瘧原蟲階段、細胞策略（增殖階段、生長階段和有性階段）和宿主環境相關的標志基因。對整個生命周期中的單細胞基因表達模式的比較揭示出在發育過程中有幾組基因的表達模式相似。由此產生的行為相似的基因簇能夠推斷出仍然未被表征的大約40％基因的可能功能。

　　通過使用液滴測序，這些研究人員對來自三種瘧原蟲物種（包括兩種人類瘧原蟲病原體）的紅細胞內發育周期的另外15858個細胞進行了測序。他們在生命周期的致病階段對這三種瘧原蟲物種的發育軌跡進行了比對，并建立了一種跨物種比較的方法。最后，他們開發出一種保存從天然的受感染攜帶者中收集的野生瘧原蟲的實驗方案，使用scRNA-seq進行測序，并將瘧疾細胞圖譜作為參考，以便鑒定出野生瘧原蟲發育階段并在單細胞分辨率下表征天然的混合物種感染。

　　綜上所述，這些研究人為瘧原蟲的所有生命周期階段生成了轉錄組數據，并通過互動的瘧疾細胞圖譜網站www.sanger.ac.uk/science/tools/mca/mca/發布了這些數據。瘧疾細胞圖譜提供了關于基因功能和瘧原蟲發育進程的新見解。他們證實它可以作為轉錄組學參考，便于解釋來自多個物種和多種技術的數據。對具有巨大遺傳多樣性的野生瘧原蟲的表征將推動對來自受感染攜帶者的瘧原蟲直接進行病理學和傳播研究。他們認為瘧疾細胞圖譜將促進急需的新藥、疫苗和傳播阻斷策略的開發。

　　5. Cell：科學家鑒別出人類機體的保護性抗體 有望幫助開發新型有效的抗瘧疾疫苗

　　doi:10.1016/j.cell.2019.05.025

　　近日，一項刊登在國際雜志Cell上的研究報告中，來自牛津大學等機構的科學家們通過研究鑒別出了一種人類抗體，其或能抑制瘧原蟲進入血細胞中，相關研究或有望幫助開發出新型高效的瘧疾疫苗。

　　研究者Simon Draper教授說道，當被攜帶瘧原蟲的蚊子叮咬后，瘧原蟲首先會進入人類肝臟組織，隨后就會移動到血液中，在宿主機體血液中瘧原蟲會每隔48小時復制10次，而這是引發感染的血液階段，隨后其就會讓感染者致病，且有可能是致命性的。瘧原蟲攜帶一種名為RH5的蛋白質，其必須結合到血細胞中名為基礎免疫球蛋白(basic immunoglobulin，basigin)的人類蛋白上才能夠對宿主進行感染，這項研究中，研究者闡明了哪種人類抗體能夠有效阻斷RH5與basigin的結合，從而阻斷瘧原蟲通過血液來擴散。

　　截至目前為止，研究人員并不清楚給人類志愿者接種疫苗能夠產生哪類特異性抗體，從而能夠有效阻斷RH5與紅細胞進行結合，當某個人被接種疫苗時，其機體就會產生不同類型的抗體來抵御相同的RH5靶點，因此理解哪類特殊抗體能夠有效抵御瘧疾就顯得尤為重要了。本文研究的另一個關鍵點就是，研究者鑒別出了一種新型抗體，其能通過減緩RH5與紅細胞的結合速度來發揮作用，瘧原蟲依然能夠入侵宿主，但這種抗體能夠有效減緩這種入侵作用，這或許就使得阻斷RH5的抗體有更多的時間來發揮作用，從而使其變得更加有效，這或許是一個令人非常激動的新發現，因為研究結果表明，無法阻止瘧原蟲進入紅細胞的抗體或許依然能夠發揮作用，因為其能通過制造更具潛力的保護性抗體來發揮作用。

　　目前研究人員迫切需要開發出有效的瘧疾疫苗，盡管在瘧疾流行地區越來越多人使用文章、殺蟲劑和藥物來預防瘧疾，但瘧疾每年仍會引發約43萬人死亡；如今科學家們并沒有成功開發出一種能夠抵御瘧原蟲感染的有效疫苗，然而基于RH5的瘧疾疫苗已經初顯成效，后期研究者將會繼續在英國和非洲地區開展相關試驗。

　　最后研究者Draper說道，我們都知道，阻止瘧疾的關鍵是機體強大的免疫反應，所以每一種抗體都非常重要，下一步我們將基于本文研究結果開發出改進型的RH5疫苗，來誘導更多有效的抗體產生，最終制造出更好的疫苗來有效預防瘧疾的感染和傳播。

　　6. PLoS Pathog：蛋白酶體抑制劑有望治療耐藥瘧疾

　　doi.org/10.1371/journal.ppat.1007722

　　一項最近發表在《PLOS Pathogens》上的最新研究表明，蛋白酶體抑制劑聯合其他藥物在治療耐多藥的瘧疾方面具有潛力，該研究由哥倫比亞大學歐文醫療中心的David Fidock、Caroline Ng、Barbara Stokes和斯坦福大學醫學院的Matthew Bogyo 以及他們的同事一起合作完成。

　　由原生動物瘧原蟲引起的耐藥瘧疾在整個東南亞蔓延，因此迫切需要開發新的治療方案，使用不受現有抗瘧耐藥性機制影響的化合物。最近的研究已經確定惡性瘧原蟲蛋白酶體是一個有希望的藥物靶點。在這項新的研究中，研究人員描述了兩種惡性瘧原蟲選擇性蛋白酶體抑制劑的抗瘧活性--共價肽乙烯基砜WLL-vs (WLL)和WLW-vs (WLW)。

　　這些抑制劑對耐藥的惡性瘧原蟲表現出了強大的抗瘧活性，而惡性瘧原蟲是傳統上難以治療的早期環狀瘧原蟲。此外，與許多先進的抗瘧候選藥物不同，寄生蟲不容易獲得對這些蛋白酶體抑制劑的耐藥性。沒有發現寄生蟲對這兩種化合物具有交叉抗性；事實上，對一種化合物的部分耐藥性常常導致對另一種化合物的過敏。這些數據可以通過蛋白酶體復合物的活性分析和蛋白酶體與這些抑制劑相互作用的分子模型來解釋。研究結果還揭示了這些蛋白酶體抑制劑與多種化學上不同的抗瘧藥物之間的有效協同作用。作者認為，這些結果強調了用小分子抑制劑靶向瘧原蟲蛋白酶體作為對抗耐多藥瘧疾的一種手段的潛力。

　　7. Sci Trans Med：抑制瘧疾傳播的新方法

　　stm.sciencemag.org/lookup/doi/ … scitranslmed.aav3963

　　最近發表在《Science Translational Medicine》雜志上的一項新研究中，科學家們在感染瘧原蟲的紅細胞表面發現了以前未知的天然人體抗體反應靶點。該研究背后的團隊認為，使用疫苗來增強這種自然反應可能是阻止疾病及其傳播的有效方法。

　　瘧疾仍然是對人類健康的重大威脅，每年約有2.16億病例，以及超過40萬人死亡。特別值得關注的是，最近一年的病例呈反彈上升趨勢，主要是在撒哈拉以南非洲和南美洲，以及來自東南亞的青蒿素抗藥性的蔓延。

　　瘧疾是由瘧原蟲引起的，它依賴于蚊子和人類的傳播。當受感染的蚊子叮咬人類時，它會注射使人生病并有時導致死亡的寄生蟲。寄生蟲發育的一部分階段發生在宿主的紅細胞中。

　　由格拉斯哥大學與荷蘭Radboud大學醫學中心和哈佛大學合作領導的研究人員研究了來自喀麥隆，布基納法索，岡比亞和馬拉維的500多名感染者的人血漿樣本。

　　該研究發現了新的抗原，這些抗原在復制的無性階段附著在受感染的紅細胞表面，在人體的生命周期中發生了傳染性配子體階段。科學家報告說，人體對這些抗原產生了天然抗體，并且這些抗體中一些抗體水平的增加伴隨著瘧疾感染期間瘧原蟲無性階段和配子體負荷減少。配子體是唯一能夠傳播給蚊子的寄生蟲階段，因此對于疾病的傳播至關重要。新發現的免疫反應減少了無性繁殖和傳染性配子體的成熟。

　　8. JCI insight: 新研究有助于慢性瘧疾感染的檢測

　　DOI: 10.1172/jci.insight.125156

　　根據今天發表在“JCI Insights”雜志上的一項研究，在患有慢性瘧疾的人群中，血液中的某些代謝系統會發生變化，從而有利于寄生蟲在體內的慢性繁殖，這一發現對于最終開發更好的疾病檢測，治療和根除至關重要。

　　研究的第一作者，維克森林大學生物學助理教授Regina Joice Cordy，說，慢性感染約占所有瘧疾病例的75％，但往往難以被發現。其中原因是瘧疾在慢性階段通常沒有任何癥狀。

　　根據世界衛生組織的數據，2017年瘧疾感染了87個國家約2.19億人。同年，這種疾病造成435000人死亡。感染瘧原蟲寄生蟲的蚊子傳播瘧疾會導致高燒，頭痛和發冷。急性感染可導致兒童昏迷和成人多器官衰竭。

　　而且，雖然研究表明，患有急性瘧疾的人在血液中含有更多的寄生蟲，并且在重復感染中具有不同的免疫反應，但是對于慢性無癥狀瘧疾感染期間寄生蟲和宿主如何反應尚無明確的認識。

　　“人體非常復雜，”Cordy說。“除了免疫反應，我們的身體還有各種代謝途徑，可以在任何特定時間激活。我們想知道在考慮瘧疾感染時是否有代謝因素我們沒有考慮。”

　　因此，該研究小組致力于確定人類和感染該病的恒河猴血液代謝物的變化。他們在急性和慢性感染中發現了不同的血液化學，氨基酸的差異顯著，它們結合形成蛋白質，是能量的來源；和脂質，儲存能量。

　　例如，一些氨基酸，包括精氨酸和谷氨酰胺，在急性感染期間急劇下降，但在宿主的慢性感染中恢復到接近基線水平，并且瘧疾細胞中的氨基酸存在平行變化。科學家也觀察到一些脂質通路的代謝變化。這些變化表明宿主  -寄生蟲關系影響某些代謝途徑。

　　科迪說，這項研究揭示了一種成功的寄生蟲如何在宿主中共存而不會殺死宿主。“在這項研究中，我們觀察到代謝活動的一系列變化，因為宿主和寄生蟲進入了它們共存的狀態“。