瘧原蟲編碼超大膜蛋白識別胎盤及腫瘤細胞的分子機制

　　瘧疾是一種由瘧原蟲引起，經按蚊傳播的蟲媒病。全球范圍內，每年約2億多人感染瘧疾，導致40多萬人死亡。此外，耐藥蟲株在不斷出現，使得瘧疾依然是世界上危害最大的寄生蟲病。瘧疾高發地區的女性在懷孕期間對瘧原蟲高度易感，且容易發展成兇險型胎盤相關瘧疾（PAM），給孕婦及胎兒帶來致命性的傷害。瘧原蟲編碼的表達于被感染紅細胞表面的VAR2CSA蛋白在PAM發生中起重要作用。瘧原蟲通過VAR2CSA蛋白與胎盤胚胎滋養層細胞表面的硫酸軟骨素A（CSA）結合，使被感染紅細胞大量粘附在胎盤，來逃避宿主的免疫識別。阻斷VAR2CSA對胎盤的粘附，可以有效降低孕婦感染的風險。此外，因為惡性腫瘤組織具有和胎盤組織相同的糖基化修飾，所以VAR2CSA蛋白可以與許多不同類型的腫瘤細胞特異性結合，針對VAR2CSA結構和功能的研究也可以為腫瘤診斷與靶向性治療提供新方案。VAR2CSA是單次跨膜的膜蛋白，在被感染紅細胞表面的表達豐度較低，且全長分子量超過350 kDa，使得全長蛋白的制備難度很大，因而自該蛋白被鑒定近20年來，相關研究基本停留在各類截短突變體上。

　　近日，中國科學院上海巴斯德研究所王嵐峰、江陸斌課題組聯合復旦大學及上海科技大學研究人員利用桿狀病毒——昆蟲細胞表達系統制備了惡性瘧原蟲VAR2CSA胞外區的樣品（306 kDa），借助冷凍電鏡單顆粒技術，解析了VAR2CSA胞外域的三維結構，分辨率為3.6埃。VAR2CSA胞外域DBL1X-DBL4ε結構域組成了一個穩定的核心區域，柔性較大的DBL5ε和DBL6ε結構域游離在核心區域外，組成了arm區。研究人員成功解析了VAR2CSA胞外域-CSA復合物的結構，分辨率為3.4埃。與Apo蛋白相比，復合物中DBL4ε的構象基本保持一致，但DBL1X和DBL2X在CSA結合到正電荷口袋后，構象發生顯著變化，將正電荷口袋緊縮，從而將CSA分子穩定地捕獲在由NTS、DBL1X、DBL2X和DBL4ε形成的正電荷口袋中。依據結構信息，研究人員選取底物結合口袋中DBL2X上的9個關鍵氨基酸進行突變，利用液相色譜層析、生物膜干涉技術、共聚焦免疫熒光顯微技術等多種技術手段，證明了突變體失去了與純化的CSA、胎盤及腫瘤細胞結合的能力，系統地闡明了惡性瘧原蟲VAR2CSA特異性結合胎盤細胞及腫瘤細胞的詳細分子機制。該研究成果將有助于精準設計瘧疾疫苗，為防治PAM提供科學依據，同時為開發高效的惡性腫瘤的診斷和靶向性治療方法提供理論基礎。

　　相關成果以The molecular mechanism of cytoadherence to placental or tumor cells through VAR2CSA from Plasmodium falciparum為題發表在Cell Discovery上。

　　VAR2CSA特異性識別胎盤細胞和腫瘤細胞的模型