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Science:寄生虫的细胞外囊泡

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发表于 2019-2-26 09:27:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 Johnny 于 2019-2-26 09:27 编辑

Science:寄生虫的细胞外囊泡
我们周围的寄生虫直接导致全世界每年超过100万人死亡。这些寄生虫使用各种策略来改变宿主环境以促进它们自己的生存,同时躲避宿主免疫系统。越来越多的证据表明,寄生虫在细胞-细胞通讯中利用细胞外囊泡(EVs)帮助其在宿主体内持续存在。这些分泌的囊泡在大小(直径在30-500 nm之间)、起源细胞、目标靶标和内含物方面是异质的,表明它们的功能是多样化的。它们的货物可以含有多种生物活性分子,包括蛋白质、脂质、聚糖、RNA和DNA,这些分子有助于内化后改变靶细胞。

三种主要类型的寄生虫引起人类疾病:蠕虫(例如,多形螺旋线虫);原生动物,单细胞真核寄生虫(例如,恶性疟原虫和布氏锥虫)和外寄生虫,它们侵染宿主皮肤(例如,疥螨)。EVs在许多寄生虫的生命周期中起着重要作用,包括寄生虫生长和发育、毒力因子转移、寄生虫对宿主组织的粘附以及逃避免疫反应。寄生虫通常具有复杂的生命周期,一些涉及不止一个宿主,它们通过载体(携带和传播传染性病原体的个体,例如蚊子)在不同环境下传播。一些生命周期可以持续数年的休眠期,而一些生命周期则涉及急性感染。许多寄生虫分泌EVs,这些EVs有助于其生命周期的各个阶段,包括在载体中的停留到在宿主中的生长和毒力。

从载体到宿主的传输需要适应新的环境。有证据表明,寄生虫衍生的EVs可以帮助适应新环境。例如,利什曼病的杜氏利什曼虫的EV货物已被证明可以通过环境因素进行改变,例如温度和pH变化。当这些寄生虫通过沙蝇载体(体温为26°C)传播到哺乳动物宿主(体温为37°C)时会面临热休克。EV的蛋白质组学分析显示在较高温度条件下(37℃对26℃)分泌的利什曼原虫EV中一些蛋白质(例如热休克蛋白90(HSP90))的量显著增加。将pH从低变为中性同样会增加EV中某些蛋白质的含量,从而提供灵活性以根据不断变化的需求改变输出的消息。

婴儿利什曼虫和硕大利什曼原虫在沙蝇肠内生长时分泌EVs。哺乳动物宿主被沙蝇咬伤后将EVs与利什曼原虫寄生虫接种到哺乳动物宿主中。体外和体内研究表明注射纯化的利什曼原虫EVs会引发几种促炎细胞因子和趋化因子的过量产生,包括白细胞介素-8(IL-8),一种炎症细胞因子,可募集其他炎症性免疫细胞,如中性粒细胞。除直接感染外,利什曼原虫被发现招募受感染的中性粒细胞以试图侵入巨噬细胞。这种中性粒细胞介导的作用保障并增强体内疾病病理学。寄生虫的这种作用调节免疫反应促进其存活。
其他寄生虫也产生上调免疫反应的EVs。例如,疟疾寄生虫(P.falciparum)分泌含有寄生基因组DNA(gDNA)的EVs,其在体外由人单核细胞内化。在被单核细胞摄取后,gDNA货物激活干扰素基因(STING)介导的DNA感应途径的刺激物,其反过来启动I型干扰素应答。STING途径似乎对小鼠疟疾菌株的存活至关重要,因为缺乏STING途径的小鼠对疟疾感染具有抗性。

相反,当来自胃肠道多形螺旋线虫的EVs进入巨噬细胞以及上皮细胞时,发生免疫抑制。EV内化导致免疫应答的抑制。这些寄生虫释放载有miRNA的EVs,这些miRNA与宿主miRNA共享相似的种子序列。这使得寄生虫来源的EV miRNA能够在宿主基因中使用保守的miRNA结合。小鼠上皮细胞在体外摄取这些miRNA调节细胞转录组。下调基因中有双特异性蛋白磷酸酶1(DUSP1),其蛋白质产物是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径的关键抑制因子,这反过来与Toll样受体(TLR)激活、抑制1型促炎反应相关,前者响应微生物配体。有研究提出,DUSP1表达的减少有利于寄生虫的存活。

寄生虫EV已被证明可以靶向免疫细胞以外的宿主组织,以促进生长。分泌的EVs可以增强寄生虫和宿主细胞之间的直接接触,从而帮助启动感染的第一阶段。例如,性传播寄生虫阴道毛滴虫(Trichomonas vaginalis)分泌EVs,其改善寄生虫对人泌尿生殖道中上皮细胞的粘附,这促进了这些细胞中的集落建立。此外,疟疾寄生虫产生EVs的异质混合物。除了激活I型干扰素免疫应答的那些EVs之外,还有其他EVs有助于寄生虫粘附到血管的内皮细胞,以避免脾脏中寄生虫的清除。恶性疟原虫使用宿主生物活性分子而不是自己实现免疫逃避。当存在于人类红细胞(RBC)中时,寄生虫分泌含有宿主argonaute 2(AGO2)的EVs,这是与短gRNA结合的RNA干扰机制的必需催化蛋白,以及miRNA,包括miR-451a,其调节基因在靶内皮细胞中的表达。miR-451a的两个靶RNA编码caveolin 1(CAV-1)和激活转录因子2(ATF2),其与微血管内皮和粘附相关蛋白中的屏障功能相关。因此,寄生虫使用EVs来改变其宿主的RNA沉默机制,并且这样做会影响宿主转录谱,从而改变环境,有利于寄生虫存活。
导致昏睡病的布氏锥虫(Trypanosoma brucei)从膜纳米管(参与细胞间通讯的纳米通道结构)分泌EVs。布鲁氏菌衍生的EVs与小鼠RBC体外融合后,脂质和蛋白质被转移至宿主RBC。摄取后,EVs可以改变RBC质膜的物理特性,并可能导致宿主贫血。实际上,将寄生虫EVs注射到小鼠循环中会刺激RBC的丢失。此外,罗德西亚布氏锥虫分泌的EVs可以将关键的寄生毒力因子、血清抗性相关蛋白(SRA)转移到其他寄生虫,通常是非人类传染性锥虫。由于SRA是人类感染所必需的,因此EVs摄取可能使受体寄生虫感染人类宿主细胞。

寄生虫的细胞外囊泡。寄生虫具有复杂的生命周期,在不同宿主之间交替,并面对多个恶劣环境。它们通过改变靶宿主细胞的活性产生促进其生长的细胞外囊泡(EV)。

尽管关于EVs在寄生虫发病机理中的作用已经取得重要发现,但仍有很多未弄清楚的地方。例如,负责EVs释放和摄取的细胞机器的性质以及到最终目的地的运输方式尚不清楚。此外,迄今为止的许多研究涉及体外系统,并且仍然不知道阻断寄生EVs分泌是否以及如何影响疾病进展。此外,尽管一些货物成分似乎被选择性地装载到EVs中,但这些成分如何装载和释放仍然是未知的。EVs生物发生机制也难以捉摸。这些信息可以改善诊断,因为一些寄生虫可以保持休眠多年,没有临床可检测的疾病症状,因此几乎不可能被诊断出来。存在于体液活组织检查中的EVs可以作为寄生虫足迹,以提高我们在这些独特病例中诊断感染的能力。此外,从较高的哺乳动物系统可以看出,EVs是一个由多个子群组成的异质库,其大小和货物成分不同。这需要更好地表征EVs的不同亚群,反过来可以解释相同寄生虫释放的不同EVs如何针对不同宿主细胞。

参考文献:
Ofir-Birin Y, Regev-Rudzki N. Extracellular vesicles in parasite survival. Science. 2019 Feb 22;363(6429):817-818. doi: 10.1126/science.aau4666.

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