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在來自美國德克薩斯大學西南醫學中心的研究人員的領導下,兩項新的研究闡明了血吸蟲---引起鮮為人知的熱帶疾病血吸蟲病的寄生性扁蟲---的生物學特性和潛在的弱點。這一發現可能會改變這種每年導致高達25萬人死亡的疾病的進程。
相關研究結果發表在近期Science期刊上,論文標題分別為「A single-cell RNA-seq atlas of Schistosoma mansoni identifies a key regulator of blood feeding」和「Large-scale RNAi screening uncovers therapeutic targets in the parasite Schistosoma mansoni」。
圖片來自Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2016, doi:10.3389/fcimb.2016.00149。
這兩篇論文的通訊作者、德克薩斯大學西南醫學中心藥理學系副教授James J. Collins III說,世界各地約有2.4億人患有血吸蟲病---主要是非洲、亞洲和南美洲的兒童,這些人群代表了 「最貧窮的人」。
大多數受感染的人都能存活下來,但是那些死亡的人往往會遭受器官衰竭或由這種寄生蟲引起的癌症。Collins說,症狀可能嚴重到讓人們無法過上富有成效的生活。
這種導致血吸蟲病的寄生蟲有一個複雜的生命周期,涉及淡水蝸牛和哺乳動物的階段。血吸蟲生活在哺乳動物宿主的循環系統中,以血液為食,並產下大量的蟲卵,同時引起一系列症狀,包括腹痛、腹瀉、血便或尿中帶血。蝸牛將幼蟲釋放到水中,然後這種扁蟲會穿透皮膚感染人類。血吸蟲病可能成為一種影響人多年的慢性疾病。
只有一種稱為吡喹酮(praziquantel)的藥物可用於治療這種疾病。然而,Collins解釋說,它的作用有限---它不能殺死血吸蟲生命周期的所有哺乳動物內階段,而且在一些地方性環境中,它的治癒率不穩定。他補充說,製藥公司對開發治療這種疾病的新藥物興趣不大,這是因為沒有金錢上的激勵。因此,專門用於了解血吸蟲基礎生物學特性的研究相對較少,它的基礎生物學特性可能會揭示它的內在弱點,從而成為開發新藥的靶標。
為此,Collins和他的同事們開展了兩項研究---一項是細胞水平的研究,另一項是分子水平的研究,以更好地了解這種生物。
在第一項研究中,這些研究人員深入研究了構成這種扁蟲的細胞類型。雖然這種扁蟲是由多種獨特的組織類型組成的多細胞生物,但是人們對它的不同細胞群體知之甚少。
為了構建曼氏血吸蟲(Schistosoma mansoni)---通常導致血吸蟲病的血吸蟲種類之一---的細胞類型圖譜,Collins和他的團隊使用了一種名為單細胞RNA測序的技術,該技術可以根據獨特的基因表達模式區分單個細胞類型。通過這種方法,他們確定了68個分子上獨特的細胞簇,包括形成腸道的幹細胞群體。當這些研究人員使用一種名為RNA幹擾(RNAi)的靶向方法來關閉這些細胞中一個關鍵基因的激活時,由此產生的血吸蟲無法消化紅細胞--這是它們生長的關鍵,也是它們引起病理的關鍵部分。
在第二項研究中,這些研究人員利用RNAi梳理出曼氏血吸蟲中大約20%的蛋白編碼基因的功能,其中曼氏血吸蟲共有2216個蛋白編碼基因。此前,只對這種生物中的少數基因進行了評估。
通過逐一地讓這些基因失活,Collins和他的同事們發現了250多個對生存至關重要的基因。然後,這些研究人員利用藥理化合物資料庫,尋找有可能作用於這些基因產生的蛋白的藥物,鑑定出幾種對這種寄生蟲有活性的化合物。他們還發現了兩種蛋白激酶---一組以能夠被藥物靶向而聞名的蛋白---TAO和STK25對肌肉功能至關重要。當這兩種激酶遭受抑制後,這種寄生蟲變得癱瘓並最終死亡,這表明靶向這兩種激酶的藥物最終有可能治療血吸蟲病患者。下一步的研究將是尋找這些蛋白的抑制劑。
Collins指出在了解血吸蟲基本生物學特性方面取得的這些進展,最終可能會帶來新的治療方法,以便在血吸蟲病流行的地方拯救難以計數的生命。
他說,「這是一種非常重要的疾病,大多數人從未聽說過。我們需要投資和激勵對這類寄生蟲的研究。」
參考資料:
1.George Wendt et al. A single-cell RNA-seq atlas of Schistosoma mansoni identifies a key regulator of blood feeding. Science, 2020, doi:10.1126/science.abb7709.
2.Jipeng Wang et al. Large-scale RNAi screening uncovers therapeutic targets in the parasite Schistosoma mansoni. Science, 2020, doi:10.1126/science.abb7699.
3.Timothy J. C. Anderson et al. Transformative tools for parasitic flatworms. Science, 2020, doi:10.1126/science.abe0710.
4.Finding the Achilles' heel of a killer parasite
https://phys.org/news/2020-09-achilles-heel-killer-parasite.html