蚊蟲蛋白質(zhì)組學(xué)的研究進(jìn)展*

朱長強 譚偉龍

(南京軍區(qū)疾病預(yù)防控制中心，南京 210002)

蛋白質(zhì)組概念是Williams于1995年首先提出，它代表一個完整生物的全套蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics)是以蛋白質(zhì)組(Proteome)為研究對象，大規(guī)模研究蛋白質(zhì)在表達(dá)水平、翻譯后加工和修飾以及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間的相互作用，以獲取疾病病變、細(xì)胞進(jìn)程及蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的整體綜合信息的科學(xué)研究(Wangetal.,2013)。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)逐漸成為后基因組時代的研究熱點，它在岡比亞按蚊Anophelesgambiae、埃及伊蚊Aedesaegypi、致倦庫蚊Culexquinquefasciatus等蚊蟲研究領(lǐng)域也變得越來越廣泛。通過蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)可以探究殺蟲劑作用下蚊蟲體內(nèi)差異蛋白表達(dá)情況及鑒定蚊蟲媒介載體與病原體之間相互作用的特有蛋白，從而有助于探究蚊蟲的抗藥性機制和闡明病原體在蚊蟲體內(nèi)生長發(fā)育的復(fù)雜過程。目前國內(nèi)已有諸多蛋白質(zhì)組學(xué)研究涉及到蚊蟲的抗藥性、生理發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)、蚊蟲攝食和行為活動等重要生物學(xué)問題，這些研究可能為如何有效地利用蚊蟲的生理行為特征及發(fā)展新蟲媒疾病防治方法提供突破。本文就近年采用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究岡比亞按蚊、淡色按蚊、埃及伊蚊和白紋伊蚊等蚊蟲中腸、圍食膜、血淋巴、唾液和唾液腺、頭部的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行概述。

1 基因組與蛋白質(zhì)組

1.1 基因組與蛋白質(zhì)組間的比較

基因組(Genome)是基因和染色體(chromosome)的組合，是生物體內(nèi)遺傳信息的集合，是某個特定物種細(xì)胞內(nèi)全部DNA分子的總和?；蚪M學(xué)是指對所有基因進(jìn)行基因組作圖、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析的一門科學(xué)，并著眼于研究和分析生物整個基因組的所有遺傳信息，更加系統(tǒng)和全面地研究生命現(xiàn)象(Peakalletal., 2002)?；蚪M學(xué)研究主要包括兩方面的內(nèi)容：以全基因組測序為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和以基因功能鑒定為目標(biāo)的功能基因組學(xué)(Veerasinghametal., 2004)。

蛋白質(zhì)組(Proteome) 一詞，源于蛋白質(zhì)( protein )與基因組(genome)兩個詞的雜和，指某一物種、個體、器官、組織、細(xì)胞乃至體液在精確控制其環(huán)境條件之下，特定時刻的全部蛋白質(zhì)表達(dá)圖譜(Archambaultetal.,2005)。蛋白質(zhì)組學(xué)就是從整體角度分析細(xì)胞內(nèi)動態(tài)變化的蛋白質(zhì)組成、表達(dá)水平和修飾狀態(tài)，了解蛋白質(zhì)之間的相互作用與聯(lián)系，并由此獲得關(guān)于疾病發(fā)生、發(fā)展及細(xì)胞代謝等過程的整體認(rèn)識(Akhileshetal.,2000)。蛋白質(zhì)組學(xué)包括表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)以及功能蛋白質(zhì)組學(xué)。

蛋白質(zhì)組和基因組是不同的，基因是傳遞遺傳信息的基礎(chǔ)，而蛋白質(zhì)則是生物功能的主要體現(xiàn)者?；蚪M是相對固定不變的，所以DNA或RNA的序列并不能充分闡釋基因的表達(dá)時間、表達(dá)量、蛋白質(zhì)的翻譯后加工和修飾以及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用等。這些問題卻可以從研究蛋白質(zhì)組學(xué)中得到答案。此外，蛋白質(zhì)種類、數(shù)量上更加龐大和復(fù)雜，蛋白質(zhì)具有其相對獨立的代謝過程，對于內(nèi)外部條件和刺激的能動反應(yīng)性以及復(fù)雜的相互作用(何大澄等，2002)。因此，蛋白質(zhì)組學(xué)要比基因組學(xué)更加的復(fù)雜(Andersonetal., 1998)，通過分析組織或細(xì)胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)的組成、表達(dá)情況以及翻譯后加工和修飾狀態(tài)，以及分析蛋白的相互作用，進(jìn)而可以在整體水平上來闡明生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命有機體的活動規(guī)律。

1.2 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)

目前，蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)主要包括樣品處理、質(zhì)譜鑒定和生物信息學(xué)分析3個步驟。

1.2.1樣品處理：樣品處理包括從不同的樣品中提取蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)前處理和蛋白質(zhì)的酶解。雙向電泳是是常用的蛋白質(zhì)前處理方法，包括第一向等電聚焦和第二向聚丙烯酰胺凝膠電泳。二維聚丙烯酰胺凝膠電泳是先根據(jù)蛋白質(zhì)等電點將蛋白質(zhì)分離，然后根據(jù)蛋白質(zhì)的分子量進(jìn)行二次分離，進(jìn)而選取電泳凝膠上的蛋白質(zhì)點進(jìn)行質(zhì)譜分析。近年來又發(fā)展了熒光差異雙向凝膠電泳(2DE-FDIGE)，該方法用一塊膠來分離不同熒光染料標(biāo)記的兩個或多個樣品,與利用傳統(tǒng)的雙向電泳進(jìn)行表達(dá)蛋白質(zhì)組的比較相比，顯著地提高了重復(fù)性(McNamaraetal., 2010)。但由于雙向凝膠電泳不能檢測分子量太小或太大的、具有極端等電點的、膜蛋白質(zhì)、以及低豐度蛋白等，因此具有局限性。近幾年，不斷出現(xiàn)了蛋白質(zhì)前處理新技術(shù)。如二維液相色譜分離前處理技術(shù)和過濾器輔助樣品前處理技術(shù)。二維液相色譜分離是將酶解蛋白質(zhì)肽段進(jìn)行二次液相色譜分離，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的分離效果，該方法可以增加蛋白質(zhì)鑒定的種類和數(shù)量(Dwivedietal., 2008)。過濾器輔助樣品前處理技術(shù)是運用SDS 將膜蛋白進(jìn)行溶解，并通過過濾器將SDS從樣品中移除，解決了凝膠電泳前處理方法對膜蛋白分離的局限性(Wisniewskietal., 2009)。

1.2.2質(zhì)譜鑒定： 一般情況下，酶解蛋白質(zhì)會先通過液相色譜分離肽段后進(jìn)行質(zhì)譜測定，確定各肽段的分子量。目前質(zhì)譜技術(shù)對蛋白質(zhì)含量測定主要分為絕對蛋白質(zhì)含量的測定和相對蛋白質(zhì)含量的測定。絕對蛋白質(zhì)含量測定是利用標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)肽段物質(zhì)對特定的肽段進(jìn)行定量分析。相對蛋白質(zhì)含量測定是目前蛋白質(zhì)組學(xué)中應(yīng)用較多的方法。為了在質(zhì)譜分析的過程中實現(xiàn)蛋白質(zhì)的定量分析，常利用標(biāo)記物質(zhì)與蛋白質(zhì)特定氨基酸結(jié)合或利用不同標(biāo)記物分子量的差異，對不同樣品中的同一種蛋白質(zhì)進(jìn)行比較分析。如同位素標(biāo)簽親和技術(shù)(ICAT)(Prahaladetal.,2009)、同位素標(biāo)簽相對和絕對定量(iTRAQ)(Leietal., 2009)及細(xì)胞培養(yǎng)的氨基酸穩(wěn)定同位素標(biāo)記技術(shù)(SILAC)(Imamietal., 2010)。

1.2.3生物信息學(xué)分析：運用生物信息學(xué)和特定的算法，根據(jù)蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)酶解物肽段的分子量與蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，從而鑒定出樣品中的蛋白質(zhì)種類。目前MaxQuant、X！Tadem 和Mascot 是比較常用的蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定的軟件。

1.3 蚊蟲的基因組

蚊蟲全基因組測序有助于在分子水平了解它們的生物過程及用于媒介載體的控制和蚊媒傳播疾病的預(yù)防。2002年，岡比亞按蚊和惡性瘧原蟲基因組測序的完成為人類認(rèn)識和防治瘧疾做出了重要貢獻(xiàn)(Holtetal.,2002；Zdobnovetal.,2002)。隨后，埃及伊蚊和致倦庫蚊等也相繼完成了全基因組測序工作。岡比亞按蚊基因組的大小為278 Mb，約編碼12 457個基因，基因組中含有近56%的A/T堿基，其大小比黑腹果蠅基因組大約100 Mb(Adamsetal.,2000)。埃及伊蚊基因組的大小達(dá)1 380 Mb，約編碼167 899個基因，其基因組大小為岡比亞按蚊基因組的5倍，這與埃及伊蚊基因組中近50%的轉(zhuǎn)座元件相關(guān)(Neneetal.,2007)。致倦庫蚊的基因組大小為579 Mb，約有1.89萬個能編碼蛋白質(zhì)的基因，與已測序的岡比亞按蚊和埃及伊蚊相比，致倦庫蚊的數(shù)個基因家族有所擴大，其中包括那些與嗅覺和味覺受體、唾液腺和免疫系統(tǒng)功能有關(guān)的基因。研究認(rèn)為，更復(fù)雜的基因結(jié)構(gòu)可能提高了致倦庫蚊向人類和鳥類傳播病毒的能力。(Arensburgeretal., 2010)。隨著岡比亞按蚊、埃及伊蚊和致倦庫蚊等蚊蟲基因組測序的完成，科學(xué)家獲得了諸多蚊蟲媒介生物的分子信息，為展開蚊蟲的蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供了平臺，也為防治瘧疾和蚊蟲傳播的其他人類疾病奠定了良好基礎(chǔ)。

2 蚊蟲的蛋白質(zhì)組學(xué)分析

在過去10年里，相關(guān)蛋白質(zhì)組技術(shù)方法已經(jīng)用來描述岡比亞按蚊、淡色庫蚊、埃及伊蚊和白紋伊蚊等蚊蟲的中腸、圍食膜、血淋巴、唾液和唾液腺、頭部等組織器官的蛋白質(zhì)組。下面內(nèi)容主要介紹使用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)獲得的蚊蟲蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)。

2.1 中腸及其圍食膜的蛋白質(zhì)組

瘧原蟲在侵染按蚊時，中腸是一道不可逾越的屏障；同時，瘧原蟲在按蚊體內(nèi)的一系列不同的發(fā)育階段及隨后瘧原蟲的傳播中，中腸也起到關(guān)鍵作用，因此，在研究瘧原蟲侵染按蚊機制的時候把中腸做為重點研究的材料之一。早在1998年，有學(xué)者對瘧原蟲感染后的不同品系的按蚊中腸做了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，在喂食血液過后，兩個品系的中腸蛋白質(zhì)電泳圖譜發(fā)生了顯著的差異：在易感品系的按蚊中腸中，某些蛋白得到了上調(diào)表達(dá)，而在瘧原蟲的抗性品種中蛋白質(zhì)沒有明顯變化，因此，這些蛋白質(zhì)很有可能是瘧原蟲與中腸相互作用的特異蛋白(Prevotetal.,1998)。蚊蟲中腸是病原體傳播的第一道障礙，是病原體感染其他器官之前進(jìn)行病原體繁殖的靶標(biāo)器官(Saboia-Vahiaetal., 2012)。因此，了解蚊蟲中腸內(nèi)病原體和載體之間相互作用的特征及病原體入侵、感染和最后傳播過程中宿主蛋白質(zhì)的變化具有重要意義，為病原體在蚊蟲體內(nèi)傳播的過程提供線索。Tchankouo-Nguetcheu等(2010)對感染基孔肯雅和登革-2病毒的埃及伊蚊中腸進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究，感染登革-2和基孔肯雅病毒的埃及伊蚊中腸分別有18和12個蛋白點的水平受調(diào)，兩種病毒均引起與產(chǎn)生活性氧、產(chǎn)生能量及碳水化合物和脂質(zhì)代謝相關(guān)蛋白的上調(diào)，而感染基孔肯雅病毒會引起中腸解毒作用相關(guān)蛋白的上調(diào)，研究表明應(yīng)對病毒感染的差異調(diào)控蛋白主要包括結(jié)構(gòu)蛋白、氧化還原蛋白、調(diào)節(jié)蛋白及用于代謝途徑的酶類，并認(rèn)為轉(zhuǎn)鐵蛋白、熱休克蛋白-60和葡萄糖苷酶的調(diào)變可能促進(jìn)病毒的存活、復(fù)制及傳播。蚊蟲吸血的過程中，其中腸內(nèi)伴隨著諸多過程發(fā)生，如消化、天然免疫活動、細(xì)胞骨架的改變，圍食膜的構(gòu)建和激素的產(chǎn)生(Saboia-Vahiaetal.,2012)。因此了解蚊蟲吸血后中腸內(nèi)的生化變化很有必要。Cázares-Raga等(2014)對淡色庫蚊在喂食血液6 h后的中腸蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析，在喂食糖水后的蚊蟲中腸中有20個蛋白點出現(xiàn)，在喂食血液6 h后的中腸內(nèi)有95個蛋白表達(dá)；對喂食血液6 h后的中腸內(nèi)具有顯著豐度變化的19個蛋白點進(jìn)行鑒定，與喂食糖水后相比，喂食血液6 h后的中腸有12個表達(dá)顯著差異的蛋白，其中有8個蛋白上調(diào)，4個蛋白質(zhì)下調(diào)，這些蛋白質(zhì)的細(xì)胞功能包括細(xì)胞骨架、天然免疫反應(yīng)、應(yīng)激、消化、解毒及代謝酶類的作用。

圍食膜位于大部分昆蟲生活周期的某一個階段或多個階段的腸道內(nèi)(Tellametal., 1999)，它有助于腸道內(nèi)的消化和保護(hù)昆蟲免受微生物及病原體的入侵。由于圍食膜對病原體入侵中腸起到局部的天然屏障作用，所以推測對圍食膜進(jìn)行適當(dāng)修飾可能會產(chǎn)生一個完整的病原體感染屏障。已有研究報道與此觀點一致，研究顯示通過實驗操作使圍食膜增厚后，可以致使瘧原蟲感染率降低(Billingsleyetal., 1992)。蚊吸血后，血液中的瘧原蟲配子交配后，發(fā)育成為能動的動合子，這個過程因瘧原蟲種類不同需要的時間也不同(16～24 h)，為了能穿過腸上皮細(xì)胞，動合子必須首先穿過圍食膜，并且瘧原蟲需分泌幾丁質(zhì)酶才使得它能夠穿透幾丁質(zhì)結(jié)構(gòu)(Huberetal., 1991)，所以對圍食膜結(jié)構(gòu)特征的剖析有助于找到阻斷中腸期內(nèi)瘧原蟲的新策略。Dinglasan等(2009)完成了岡比亞按蚊圍食膜蛋白質(zhì)組分析，質(zhì)譜鑒定出209個蛋白，123個蛋白預(yù)測有信號肽，其中的17個蛋白預(yù)測有跨膜區(qū)域并作為候選的中腸表面蛋白，它們中有9個是新的幾丁質(zhì)圍食膜基質(zhì)蛋白質(zhì)，基于對這些蛋白質(zhì)的注釋，它們歸類于不同的類別，其功能范圍從免疫作用到血液消化作用，結(jié)果表明蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定的不同類別的圍食膜蛋白一起組裝形成圍食膜及其所具有的不同功能。圍食膜的蛋白質(zhì)組研究結(jié)果能夠為害蟲及蟲媒疾病的防控提供獨特機會，并通過研發(fā)與圍食膜蛋白質(zhì)相對應(yīng)的結(jié)合抗體來實現(xiàn)對昆蟲的免疫防控，以及基于對圍食膜蛋白質(zhì)功能了解的基礎(chǔ)上，開展其他的功能遺傳學(xué)防控方法。

2.2 血淋巴的蛋白質(zhì)組

昆蟲血淋巴具有運輸營養(yǎng)物質(zhì)和激素、存儲氨基酸、保持水平衡、應(yīng)對損傷及免疫反應(yīng)等功能，在防御瘧原蟲、病原體等有害微生物方面也具有重要作用(Chunetal.,2000)。因此，分析血淋巴蛋白質(zhì)成分在病原體與蚊蟲的相互作用中的作用具有重要意義，研究發(fā)現(xiàn)蚊蟲血淋巴內(nèi)的差異表達(dá)的蛋白質(zhì)可能在蚊蟲和其傳播的病毒、瘧原蟲及線蟲等病原體之間的相互作用中起到重要作用。Paskewitz等(2005)對岡比亞按蚊的血淋巴進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)研究，鑒定出26個蛋白，這些蛋白質(zhì)大部分與免疫、離子轉(zhuǎn)運、脂質(zhì)生物學(xué)特征等相關(guān)；同時，研究顯示感染細(xì)菌條件下，蚊蟲的血淋巴內(nèi)有14個蛋白質(zhì)表達(dá)，其中3個蛋白質(zhì)發(fā)生了明顯的上調(diào)，它們?yōu)榉友趸割惡蛢蓚€類幾丁質(zhì)酶類，而另外一些蛋白則發(fā)生了明顯的下調(diào)，包括轉(zhuǎn)鐵蛋白的輕鏈和重鏈等，還有一些蛋白是按蚊在受到機械傷害后發(fā)生了上調(diào)反應(yīng)，包括磷酸甘油酸酯變位酶的2個亞型(PGM)、磷酸甘油醛異構(gòu)酶(TPI)、肌動蛋白、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移S1-1和腺苷酸激酶，它們是一些不含信號肽的代謝相關(guān)酶類，可能是肌肉或其他器官受到物理傷害時被釋放出來，它們將為人們研究蚊蟲取食和被微生物感染機制提供了良好參考。

此外，研究顯示拮抗血淋巴蛋白質(zhì)抗體的上調(diào)能夠減少蚊蟲被間日瘧原蟲感染(Kumarietal.,2009)，這些抗體是直接針對11個不同的抗原，其中6個是血淋巴所特有，4個是腸和卵巢所共有的，通過質(zhì)譜分析方法對這些抗原的鑒定可能會促進(jìn)瘧疾疫苗的研發(fā)。

2.3 唾液腺及其唾液的蛋白質(zhì)組

蚊蟲的唾液和唾液腺是寄生蟲、媒介載體和哺乳動物宿主之間相互作用的主要區(qū)域。蚊蟲在吸食人血傳播疾病時，唾液和唾液腺在這一過程中起到了關(guān)鍵作用。孢子體在傳播到脊椎動物之前，其在蚊蟲唾液腺內(nèi)的成熟階段是孢子體有效地傳播給人類的關(guān)鍵期(Kappeetal., 2001；2004)。唾液是一種復(fù)雜的生物活性溶液，含有大量負(fù)責(zé)抗凝血活性的生物分子，它們協(xié)助吸血節(jié)肢動物的攝食過程(Ribeiroetal.,2003)。Francischetti等(2002)采用SDS-凝膠電泳及Edman測序技術(shù)對岡比亞按蚊的唾液腺進(jìn)行分析，共鑒定出12個唾液蛋白，這些蛋白質(zhì)是岡比亞按蚊D7相關(guān)蛋白，并類似于埃及伊蚊D7蛋白。D7蛋白是成年雌性蚊蟲和沙蠅體內(nèi)唾液腺中最為豐富的唾液蛋白(Valenzuelaetal.,2002)。Kalume等(2005)對雌性岡比亞按蚊的唾液腺進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，在69個鑒定出的蛋白中有57個是新蛋白，生物信息學(xué)分析表明其中許多蛋白已經(jīng)有了cDNA 片段的序列，它們與蛋白質(zhì)、糖類和核酸代謝、運輸或能量傳遞途徑相關(guān)，但還有約25%的蛋白沒有被歸于任何的生物學(xué)功能。

岡比亞按蚊唾液腺內(nèi)的蛋白質(zhì)成分對瘧原蟲的生活周期具有重要的作用，為了進(jìn)一步闡明岡比亞按蚊唾液腺及其唾液內(nèi)的組成成分，運用1DE/2DE和LC-MS/MS技術(shù)分析日齡8和21天蚊蟲唾液腺的蛋白質(zhì)組(Choumetetal.,2007)，該研究從唾液腺和唾液中分別鑒定出122個蛋白和5個蛋白，日齡8天吸血蚊蟲唾液腺蛋白質(zhì)組共鑒定出55個蛋白質(zhì)，二維凝膠圖譜表明在岡比亞按蚊唾液腺內(nèi)，一些分泌蛋白可能存在序列差異或廣泛存在翻譯后加工或修飾。由于侵襲和子孢子成熟期發(fā)生在唾液腺老化過程期間，因此唾液腺日齡可能影響唾液組成成分，早期和晚期唾液腺蛋白質(zhì)組的LC-MS/MS圖譜比較表明，晚期唾液腺存在一些與信號通路相關(guān)蛋白以及與免疫應(yīng)答相關(guān)蛋白的過表達(dá)。研究結(jié)果表明這些蛋白在岡比亞按蚊、瘧原蟲和哺乳動物宿主之間的相互作用中會起到重要的作用。

蚊蟲唾液腺在登革病毒傳播上也起到重要作用，埃及伊蚊和白紋伊蚊是登革病毒的主要傳播媒介，因此了解伊蚊正常生理學(xué)有助于控制登革病毒的傳播。最近有關(guān)登革病毒和媒介宿主或宿主細(xì)胞之間相互作用的差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究增多。對喂食血液后埃及伊蚊的唾液腺進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示，與喂食糖水后相比，喂食血液后埃及伊蚊的唾液腺共有32個差異表達(dá)蛋白點，其中17個蛋白點上調(diào)，15個蛋白下調(diào)，有13個上調(diào)蛋白點被成功鑒定，其中有3個D7蛋白在喂食血液后高度表達(dá)(Wasinpiyamongkoletal.,2010)。D7蛋白家族是與氣味結(jié)合蛋白相關(guān)的一類蛋白，具有結(jié)合宿主體內(nèi)生物胺阻止血管收縮和血小板聚集作用(Calvoetal.,2006)。研究也顯示喂食血液后唾液腺內(nèi)的腺苷脫氨酶也發(fā)生上調(diào)，該酶水解腺苷可以抑制血小板聚集和肥大細(xì)胞脫顆粒。Zhang等(2013)對感染登革-2病毒的白紋伊蚊唾液腺進(jìn)行差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究，經(jīng)MALDI-TOF/TOF質(zhì)譜分析，共鑒定出20個蛋白點，其中有12個蛋白被分類為與分子伴侶、免疫應(yīng)答、細(xì)胞骨架、能量代謝、翻譯及轉(zhuǎn)錄相關(guān)的蛋白和脂肪酸類代謝酶。唾液腺中一些蛋白的高度表達(dá)表明唾液腺對登革-2病毒的感染具有高敏感性，而從媒介伊蚊唾液腺中鑒定出的差異蛋白可能在登革病毒感染上起到重要作用或可以作為揭示登革熱的流行病學(xué)指標(biāo)。

2.4 頭部和腦組織蛋白質(zhì)組

許多危險的病原體已顯示它們具有操縱寄生宿主的行為，如攝食行為；另外，還具有增強與脊椎宿主的接觸能力，從而有助于病原體的傳播，研究發(fā)現(xiàn)病原體通過不同的機制能使它們宿主的攝食和探測的頻率增多(Hurdetal.,2003)。在瘧原蟲屬與按蚊屬相互作用中，顯示瘧原蟲屬能影響寄生蚊蟲的行為，并且該現(xiàn)象在瘧蚊中具有累積效果(Rossignoletal.,1986；Wekesaetal.,1992；Koellaetal.,1998；Andersonetal.,1999)。如，研究顯示瘧原蟲通過兩種不同的途徑操縱蚊蟲宿主，在階段依賴模型中，即當(dāng)孢子體準(zhǔn)備被傳播到脊椎動物宿主時，瘧原蟲會增加蚊蟲傳播媒介的叮咬率；反之，在卵囊階段和尚未能傳染脊椎動物宿主時，瘧原蟲會通過減少蚊蟲本能的尋找宿主行為而達(dá)到減少蚊蟲傳病媒介與脊椎動物宿主的接觸(Koellaetal.,1998；Andersonetal.,1999)。此外，有研究顯示瘧原蟲的存在能夠延長蚊蟲的產(chǎn)卵周期，從而增強了瘧原蟲的感染力(Charlwoodetal.,2011)。然而很少有研究解釋寄生蟲操縱宿主中樞神經(jīng)系統(tǒng)的潛在機制。2007年，研究者使用2D-DIGE和MS技術(shù)分析了被伯氏瘧原蟲感染及未被感染的岡比亞按蚊頭部蛋白質(zhì)組，在感染了孢子體的蚊蟲頭部檢測到12個蛋白點的調(diào)變，它們經(jīng)質(zhì)譜鑒定后，這些蛋白質(zhì)從功能上分別屬于代謝、突觸、分子伴侶、信號通路及細(xì)胞骨架類的蛋白(Lefevreetal.,2007)。這些結(jié)果表明在孢子體感染蚊蟲的頭部存在能量代謝的改變。一些上調(diào)或下調(diào)蛋白質(zhì)也被鑒定出，如突觸相關(guān)蛋白、14-3-3蛋白及鈣調(diào)蛋白，以前研究顯示這些蛋白在無脊椎動物和脊椎動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中起到重要的作用。有趣的是，該研究發(fā)現(xiàn)的兩個蛋白被顯示它們也參與了在其他的宿主-病原體的系統(tǒng)中的行為修飾，即原肌球蛋白參與到甲殼類動物的行為操縱(Bironetal.,2005)，磷酸甘油酸酯變位酶涉及到金線蟲誘導(dǎo)的蟋蟀的行為操縱(Pontonetal.,2006)。這些蛋白的發(fā)現(xiàn)為解釋病原體引起宿主行為變化的潛在分子機制提供理論依據(jù)，也為研究瘧原蟲屬與按蚊屬之間密切的相互作用提供了新的思路和見解。

岡比亞按蚊對于宿主的定位、攝食及交配行為具有良好的適應(yīng)系統(tǒng)，但這些行為均受大腦神經(jīng)系統(tǒng)支配，因此研究岡比亞按蚊腦組織的蛋白質(zhì)組有助于闡明蚊蟲腦部的神經(jīng)信號機制。Dwivedi等(2014)對岡比亞按蚊的腦組織進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究，結(jié)果顯示腦組織所含蛋白質(zhì)個數(shù)大于1 800，其中約15%尚無法確定其功能，已鑒定出的大部分蛋白參與了不同的生物學(xué)過程，包括新陳代謝、物質(zhì)運輸、蛋白合成和嗅覺作用，同時鑒定出的10個G蛋白偶聯(lián)受體蛋白支配蚊蟲的感覺傳導(dǎo)通路，并且涉及新陳代謝、神經(jīng)系統(tǒng)及突觸小泡運輸?shù)牡鞍自趯葋啺次媚X組織內(nèi)均顯著表達(dá)，該研究鑒定出的一些新蛋白質(zhì)可以作為今后瘧疾控制策略研究的新靶標(biāo)。

2.5 卵殼的蛋白質(zhì)組

昆蟲的卵殼為其胚胎提供保護(hù)，防止胚胎受到物理的或生物的損傷，確保它們的存活。當(dāng)前，昆蟲卵殼形態(tài)學(xué)及其成分的了解主要基于對黑腹果蠅的研究(Cavaliereetal.,2008)。然而蚊蟲的卵殼在物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上，則具有顯著的多態(tài)性，這可能是因它們要適應(yīng)多樣的生存環(huán)境造成的。伊蚊屬卵殼有很強的耐干燥能力，在干燥環(huán)境下確保胚胎存活數(shù)月(Sotaetal.,1992)，與伊蚊屬不同，岡比亞按蚊的卵殼具有較好的通透性，從而限制了岡比亞按蚊胚胎在潮濕環(huán)境下的存活和發(fā)育(Beieretal.,1992)。為了更好地了解構(gòu)成卵殼的蛋白，則需要了解組成蛋白質(zhì)的差異及它們是如何成功地促進(jìn)了蚊蟲的繁殖。Amenya等(2010)基于蛋白質(zhì)組學(xué)方法并利用蚊蟲基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫，對44個可能與卵殼相關(guān)的蛋白進(jìn)行了質(zhì)譜鑒定，在鑒定出的蛋白質(zhì)分子中，有2個卵黃膜蛋白及7個絨毛膜蛋白，同時也鑒定出具有過氧化物酶、蟲漆酶和碳酸氧化酶活性的酶類，它們很可能參與了穩(wěn)定卵殼結(jié)構(gòu)的交聯(lián)反應(yīng)，而鑒定出的7個氣味結(jié)合蛋白與蚊蟲卵殼蛋白有關(guān)，但它們的作用尚不清楚。這一研究很大程度上彌補了對組成按蚊卵殼蛋白了解的不足。

2.6 精液蛋白質(zhì)組

諸多研究顯示昆蟲雄性精液蛋白影響雌性昆蟲的生殖和攝食行為(Gillottetal.,2003；Avilaetal.,2011)，這些蛋白質(zhì)可能為減少嗜血節(jié)肢動物傳播病原體提供新的靶標(biāo)和途徑。埃及伊蚊、白紋伊蚊是一些致病病原體的重要傳播媒介，如傳播導(dǎo)致登革熱、登革出血熱的病毒等。目前還沒有登革熱疫苗及有效治愈方法，登革熱感染的防治主要依靠對其蚊蟲媒介的控制。了解蚊蟲的生殖生物學(xué)對于形成有效的傳病媒介控制方法起到關(guān)鍵的作用，雄蚊精液蛋白質(zhì)在蚊蟲交配期間轉(zhuǎn)移到雌蚊體內(nèi)，而獲得的這些蛋白會改變雌蚊的繁殖行為和生理過程。因此開展蚊蟲精液蛋白質(zhì)組的研究具有重要意義，Laura等(2011)開展了埃及伊蚊精液蛋白質(zhì)組研究，利用SILAC和LC-MS/MS技術(shù)，共鑒定出145個蛋白質(zhì)是從雄性埃及伊蚊精液中轉(zhuǎn)移到雌蚊體內(nèi)，這些蛋白在蚊蟲生育能力、激素活力、蛋白質(zhì)激活/失活和精液利用中起重要的作用，該研究結(jié)果為尋找可以改變雌性埃及伊蚊繁殖生物學(xué)或攝食方式的候選蛋白奠定了基礎(chǔ)，也為全球登革熱防控提供新的機會。Bose等(2014)對白紋伊蚊開展轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)研究，在白紋伊蚊交配期間，有314個雄性衍生蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到雌性白紋伊蚊體內(nèi)，共鑒定出198個白紋伊蚊的精液蛋白質(zhì)，它們在白紋伊蚊生殖生物學(xué)方面(精子的保護(hù)、精卵結(jié)合及卵子的產(chǎn)生)起到重要作用，其中有93個白紋伊蚊的精液蛋白被推定在其他昆蟲和哺乳動物全蛋白質(zhì)組具有相應(yīng)的同源體，然而僅有34個白紋伊蚊的精液蛋白被推斷在其他蚊蟲精液蛋白質(zhì)組中存在相應(yīng)同源體，表明在不同物種間精液的成分存在明顯的進(jìn)化差異?，F(xiàn)有蚊蟲精液蛋白質(zhì)組的研究為后續(xù)蚊蟲生殖生物學(xué)、侵入生態(tài)學(xué)、雜交和進(jìn)化、疾病傳播及媒介控制策略的研究奠定了基礎(chǔ)。

3 展望

蚊蟲蛋白質(zhì)組學(xué)是對進(jìn)一步解釋蚊蟲基因組信息的合理延伸。盡管，目前蚊蟲蛋白質(zhì)組學(xué)的研究仍面臨諸多的挑戰(zhàn)，但是蛋白質(zhì)組學(xué)無疑是推進(jìn)生物學(xué)研究的重要工具。隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，已完全有能力進(jìn)行全蛋白質(zhì)圖譜和定量蛋白表達(dá)圖譜的鑒定。目前，蚊蟲蛋白質(zhì)組學(xué)研究主要集中在“發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)組學(xué)”，即從蚊蟲復(fù)雜組織中分離的蛋白質(zhì)被全體地進(jìn)行特征性分析。蚊蟲蛋白質(zhì)組的鑒定很可能識別出有用的候選抗原，用以發(fā)展形成抑制病原體的傳播阻斷疫苗。

綜上所述，剖析蚊蟲媒介載體和病原體之間的相互作用的分子基礎(chǔ)是媒介傳播疾病的至關(guān)重要部分。解密主要蚊蟲抑制病原體發(fā)育和傳播的蛋白質(zhì)組可以為新疾病的防控鋪平道路。