吸血昆蟲生殖調(diào)控的分子機制

王雪麗, 李 珊, 呂向陽, 鄒 振,*

(1.中國科學院動物研究所， 農(nóng)業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室， 北京 100101；2.中國科學院大學， 生物互作卓越創(chuàng)新中心， 北京 100049)

大部分吸血昆蟲具有刺吸式口器，不僅通過叮咬騷擾人類，而且在叮咬過程中吸食脊椎動物的血獲取生長發(fā)育以及生殖所需營養(yǎng)，在節(jié)肢動物門昆蟲綱中的雙翅目、半翅目、虱目和蚤目中廣泛分布，例如蚊蟲、白蛉、蠓、獵蝽、虱子、跳蚤和臭蟲等。它們這種特殊的吸血習性，使其成為傳播蟲媒病原微生物的媒介。近年來，通過吸血昆蟲傳播的疾病(例如：瘧疾、絲蟲病、登革熱、黃熱病、非洲錐蟲病等)在全球的流行呈現(xiàn)迅速增長趨勢，嚴重危害人類健康。此外，蜱蟲雖然不屬于昆蟲，但是由于它們共同屬于節(jié)肢動物且同樣可以通過吸血傳播一些人畜共患疾病(例如：萊姆病、森林腦炎等)，因此關于蜱蟲的相關研究在本文中也會涉及。

瘧疾的首要媒介是岡比亞按蚊Anophelesgambiae，該病易于流行且傳播迅速，是嚴重危害人體健康的蟲媒傳染病，撒哈拉以南非洲是瘧疾的高頻暴發(fā)區(qū)，瘧疾死亡人數(shù)在全球占比最多。根據(jù)世界衛(wèi)生組織《2019年世界瘧疾報告》，2018年全球共有2.28億瘧疾患者，其中有40.5萬人死亡，非洲區(qū)域占比94%。雖然我國瘧疾疫情得到了有效控制，但是近年來隨著對外貿(mào)易往來日益頻繁以及“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，我國的境外輸入性瘧疾病例仍然保持在較高的水平 (方志強等, 2019)。登革熱由伊蚊傳播，主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，在我國南方各重點省份尤為嚴重，2014年，廣東暴發(fā)20年來最嚴重的登革熱疫情，損失慘重 (孟鳳霞等, 2015)。寨卡病毒也主要由伊蚊傳播，先前感染寨卡病毒的病例只是偶有報道，隨后在2007年報道了輕度的寨卡疫情，但并未受到重視。2013年，寨卡疫情迅速增加，2015年寨卡病毒感染病例首次出現(xiàn)在美洲，隨后迅速蔓延到20多個國家或地區(qū) (劉起勇， 2016; 鄭愛華等, 2016; Liuetal., 2017)。除了蚊蟲傳播的疾病，由吸血昆蟲舌蠅叮咬傳播的非洲錐蟲病也嚴重威脅到了約40個國家的數(shù)億人群，而且每年都有新增病例 (杜金和朱明彥, 2015)。上述例證說明，經(jīng)由吸血昆蟲傳播的蟲媒疾病具有傳播速度快、擴散面積廣和危害重等特點，再加之近年來我國與國外的頻繁交流以及對外出口貿(mào)易的飛速發(fā)展，使得蟲媒傳染病輸入性病例不斷增加，嚴重危害我國國民的健康，阻礙了我國經(jīng)濟發(fā)展，因此，對于吸血昆蟲傳播蟲媒疾病的研究和控制成為普遍關注的焦點 (王燕紅等, 2017)。

目前盡管部分蟲媒傳染病已經(jīng)開發(fā)出針對性藥物(如治療瘧疾的藥物)，但是仍有很多蟲媒傳染病的藥物匱乏，例如針對查加斯病(Chagas disease)的藥物。另外，蟲媒病原對化學藥物抗性不斷增加，為蟲媒病原的控制增加了難度。因此，在新型藥物開發(fā)的同時，如果對吸血昆蟲采取一定措施，比如通過解析吸血昆蟲生殖調(diào)控的生物學基礎，借助生物學的手段降低吸血昆蟲的種群密度等，將會極大程度上降低蟲媒傳染病的擴散，既可從根本上預防瘧疾、登革熱、寨卡等傳染病的傳播，又可避免化學藥物濫用造成的環(huán)境污染。昆蟲內(nèi)分泌調(diào)控的變態(tài)發(fā)育和生殖機制研究近年來取得了突破性進展，主要針對黑腹果蠅Drosophilamelanogaster、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera、東亞飛蝗Locustamigratoria、赤擬谷盜Triboliumcastaneum和埃及伊蚊Aedesaegypti等。而吸血昆蟲由于其非自發(fā)性生殖(anautogeny)這一特殊方式的影響，具有非常獨特的生殖調(diào)控機制，本文總結(jié)了這方面的國內(nèi)外研究進展。

1 保幼激素對吸血昆蟲的生殖調(diào)控

保幼激素(juvenile hormone, JH)首先在長紅錐蝽Rhodniusprolixus的研究中被發(fā)現(xiàn)，是類倍半萜烯類化合物，由昆蟲腦后咽側(cè)體合成，分泌進入血淋巴后作用于不同組織 (Davey, 1987)。最初發(fā)現(xiàn)其具有保持昆蟲幼蟲形態(tài)的功能而命名，隨后一系列研究發(fā)現(xiàn)，在昆蟲成蟲階段JH可以調(diào)控昆蟲多種生理學功能，例如代謝、滯育、免疫和多態(tài)性等，尤其在雌性昆蟲卵的發(fā)育及成熟過程中發(fā)揮重要作用 (Raikhel and Lea, 1991)。用外源JH或JH類似物處理蜱蟲，不僅可以終止滯育，而且可以促進其卵黃發(fā)生和產(chǎn)卵 (Bassal and Roshdy, 1974)，隨后在長角血蜱Haemaphysalislongicornis中證實有JH存在 (云自厚等, 1992)。組織學實驗證明，在貓蚤Ctenocephalidesfelis中，JH可以通過刺激唾液腺上皮細胞、中腸細胞和脂肪體細胞等的分化，增強成蟲的血液消化以及卵黃原蛋白(vitellogenin, Vg)的合成能力來促進卵母細胞的成熟 (Meolaetal., 2001)。在非自發(fā)性生殖的蚊蟲中，JH調(diào)控的Vg合成過程為其之后的吸血及產(chǎn)卵提供了必要條件，如果蚊蟲羽化后將分泌JH的咽側(cè)體切除，蚊蟲將不會吸血及產(chǎn)卵 (Zhu and Noriega, 2016)。促咽側(cè)體素(allatotropin)作為一種促進JH合成的神經(jīng)肽，在尖音庫蚊Culexpipiens中通過RNA干擾(RNA interference, RNAi)的方式將其基因敲低后，可以導致卵巢發(fā)育停止，使其處于一種類似滯育狀態(tài)，而添加JH后這種現(xiàn)象被逆轉(zhuǎn) (Kangetal., 2014)。在埃及伊蚊中，利用RNAi將JH合成信號通路中的保幼激素酸甲基轉(zhuǎn)移酶(juvenile hormone acid methyl transferase, JHAMT)編碼基因敲低后，近一半的卵發(fā)育受到抑制 (Van Ekertetal., 2014)。

近年來，隨著相關研究的不斷推進，JH調(diào)控吸血昆蟲生殖發(fā)育的分子機制也逐步得到解析。JH是脂溶性化合物，通過細胞膜進入胞內(nèi)，與受體methoprene-tolerant (Met) 結(jié)合，JH/Met移位到核內(nèi)后發(fā)揮生理功能 (Heetal., 2014, 2017)。Met是basic helix-loop-helix-Per-Arnt-Sim (bHLH-PAS)家族轉(zhuǎn)錄因子，需要與該家族另一個轉(zhuǎn)錄因子Taiman (Tai)形成異源二聚體才能轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄赞D(zhuǎn)錄因子，從而介導JH應答 (Charlesetal., 2011; Lietal., 2011; Zhangetal., 2011)。對Met基因進行RNAi后，能夠極大地降低溫帶臭蟲Cimexlectularius的產(chǎn)卵量 (Gujar and Palli, 2016)。同樣在埃及伊蚊中，敲低Met導致卵泡生長明顯受到抑制，這同咽側(cè)體去除后的表型一致 (Zouetal., 2013; Royetal., 2018)。這些結(jié)果表明了JH及其受體Met在生殖過程中扮演了重要的角色。分子水平上，JH通過其受體Met調(diào)控了多種基因的表達，Met可以直接結(jié)合到下游基因啟動子區(qū)的JH應答元件(JH response element, JHRE)上來介導基因激活 (Cuietal., 2014)。Krüppel-homolog1 (Kr-h1)和Hairy是典型的可被Met激活的靶基因 (Zhuetal., 2010; Songetal., 2014)。通過酵母雙雜交和凝膠阻滯等實驗進一步證明，嚴格控制埃及伊蚊羽化后發(fā)育期的光周期，JH還可以誘導Met與bHLH-PAS家族的另一個成員CYC形成復合體，從而激活Kr-h1和Hairy表達 (Shinetal., 2012)。除此之外，埃及伊蚊羽化后，Met還能夠直接結(jié)合到核糖體蛋白合成相關基因啟動子區(qū)，激活脂肪體中核糖體蛋白合成相關基因表達，促進卵黃原蛋白的產(chǎn)生以及卵巢的發(fā)育 (Wang JLetal., 2017)。然而，目前為止，關于Met介導的基因抑制大部分是通過間接的方式來完成的，需要其他中間抑制因子的參與，例如Met可以通過激活抑制因子Hairy及其共抑制子Groucho或者通過激活Kr-h1達到對下游基因抑制的目的 (Sahaetal., 2016)。同時，Hairy與Kr-h1還能夠以協(xié)同的方式在JH/Met的基因抑制中共同發(fā)揮作用 (Sahaetal., 2019)。近期研究發(fā)現(xiàn)，JH可以通過膜受體進入胞內(nèi)，通過磷脂酶C(phospholipase C, PLC)快速增加胞內(nèi)二脂酰甘油(diacylglycerol, DAG)和鈣離子濃度，從而激活蛋白激酶C(protein kinase, PKC)和鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ, CaMKⅡ)，最終磷酸化Met以及Tai，被磷酸化的Met/Tai異源二聚體可以增強與下游基因啟動子區(qū)結(jié)合強度，從而調(diào)控基因表達 (Liuetal., 2015)。

2 蛻皮激素對吸血昆蟲的生殖調(diào)控

20-羥基蛻皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)屬于類固醇類激素，是昆蟲發(fā)育過程中另一個重要的激素，在調(diào)控昆蟲幼蟲蛻皮變態(tài)和胚胎發(fā)生等生理過程中起著重要作用 (Raikhel and Lea, 1991; Riddiford, 1993)。在昆蟲幼蟲期，肽激素(prothoracicotropic hormone, PTTH)從腦中釋放后激活RAS/ERK信號通路，促使前胸腺中蛻皮激素ecdysone (E)的合成(Gilbertetal., 2002; Rewitzetal., 2009)。然而在一些昆蟲的成蟲期，例如蚊蟲成蟲階段，E主要在卵巢中合成，蚊蟲吸血后刺激腦中神經(jīng)內(nèi)分泌組織產(chǎn)生促卵巢蛻皮激素分泌激素(ovarian ecdysteroidogenic hormone, OEH)，OEH釋放進入血淋巴后刺激卵巢合成和分泌E，進入脂肪體中轉(zhuǎn)變?yōu)槠浠钚孕问?0E (Hansenetal., 2014; Royetal., 2018)。20E可以激活卵黃原蛋白前體基因表達，卵黃原蛋白在脂肪體中合成加工后分泌運輸?shù)铰殉仓校瑸榘l(fā)育的卵巢提供營養(yǎng) (Attardoetal., 2005; Hansenetal., 2014)。在長紅錐蝽血淋巴中，受節(jié)律調(diào)控的蛻皮激素滴度變化貫穿了卵的整個發(fā)育過程 (Cardinal-Aucoinetal., 2013)。由此可見，20E對卵的發(fā)育和成熟至關重要。

目前，20E調(diào)控吸血昆蟲生殖發(fā)育的分子機制研究已經(jīng)取得了重大突破，尤其在蚊蟲中。20E在胞內(nèi)的功能性受體為蛻皮激素受體(ecdysone receptor, EcR)和超氣門蛋白(ultraspiracle, USP)形成的異源二聚體，兩者都是核受體超家族成員，分別為脊椎動物法尼醇X受體(farnesoid X receptor, FXR)和類視黃醇X受體(retinoid X receptor, RXR)的直系同源物(King-Jones and Thummel, 2005)，由DNA結(jié)合結(jié)構域(DNA binding domain, DBD)和配體結(jié)合結(jié)構域(ligand binding domain, LBD)組成。利用RNAi方法將20E受體基因EcR表達水平敲低后，埃及伊蚊產(chǎn)卵量顯著降低 (Houetal., 2015)，進一步證明20E對蚊蟲生殖的重要性。EcR/USP異源二聚體在20E誘導下，結(jié)合到下游基因啟動子區(qū)的蛻皮激素應答元件(ecdysone response element, EcRE)上，誘導靶基因表達。埃及伊蚊吸血后，20E滴度迅速升高，EcR與20E結(jié)合后，激活下游早期基因Broad-Z2,E74B和E75A表達，這些基因編碼蛋白協(xié)同互作，結(jié)合到Vg啟動子區(qū)的相應結(jié)合元件上從而啟動晚期基因Vg表達，為發(fā)育的卵巢提供營養(yǎng)。在卵黃原蛋白發(fā)育末期，20E滴度降低，EcR激活Broad-Z4和HR3表達，兩者可以及時地抑制Vg的過量表達；除此之外，近期研究表明，吸血后20E還可以通過EcR激活轉(zhuǎn)錄因子E93基因的表達而及時地調(diào)控Vg表達，這些現(xiàn)象都有利于起始蚊蟲第2次生殖過程，使蚊蟲生殖過程協(xié)調(diào)有序地完成(Mane-Padrosetal., 2012; Wangetal., 2021)。βFTZ-F1同樣在生殖過程中起到重要作用。敲低βFTZ-F1后，無論是吸血刺激還是20E添加，蚊蟲都不會誘導早期基因或Vg基因表達，表明該基因是20E下游啟動蚊蟲第2次生殖周期的關鍵因子(Zhuetal., 2006)。

3 營養(yǎng)因素對吸血昆蟲的生殖調(diào)控

除了JH和20E，營養(yǎng)信號通路在吸血昆蟲生殖過程中同樣起著重要的作用。多項研究表明，氨基酸(amino acids, AAs)介導的雷帕霉素靶蛋白(target of rapamycin, ToR)信號通路以及胰島素信號通路(insulin signaling pathway)可以調(diào)控昆蟲Vg生成以及卵泡生長等生理學過程，是昆蟲中重要的營養(yǎng)感受通路。

埃及伊蚊體外脂肪體培養(yǎng)實驗表明，20E必須在某些特定氨基酸存在條件下才能激活Vg基因表達，培養(yǎng)基中添加氨基酸吸收抑制劑以及跨膜的氨基酸轉(zhuǎn)運體被干擾后，可以顯著降低Vg基因的表達量(Attardoetal., 2006)。AAs對Vg蛋白表達的影響主要是通過激活ToR營養(yǎng)信號通路來實現(xiàn)的。吸血后，血液以及代謝產(chǎn)生的AAs信號傳至脂肪體后磷酸化ToR蛋白，進一步通過磷酸化級聯(lián)反應激活核糖體S6蛋白激酶(S6K)以及失活轉(zhuǎn)錄抑制子4E結(jié)合蛋白(4E-binding protein, 4EBP)，最終啟動雌蚊Vg基因轉(zhuǎn)錄表達。此外，轉(zhuǎn)錄因子GATA是S6K下游底物，激活后可直接與Vg啟動子上游元件結(jié)合，激活Vg表達(Parketal., 2006)。RNA干擾ToR以及添加雷帕霉素抑制劑后可使ToR信號通路失活，從而顯著地降低埃及伊蚊的繁殖能力。同樣地，ToR下游S6K被RNA干擾后，Vg表達下調(diào)，而轉(zhuǎn)錄抑制子4EBP被RNA干擾后，Vg表達上調(diào)(Roy and Raikhel, 2012; Royetal., 2018)。此外，在卵黃發(fā)育末期，ToR信號通路還可以被脂肪體自噬過程所抑制，終止Vg蛋白合成，促進脂肪體重塑，為第2次吸血產(chǎn)卵做準備 (Bryant and Raikhel, 2011)。

ToR信號通路可以通過胰島素信號通路而激活，在埃及伊蚊脂肪體體外培養(yǎng)實驗中，牛胰島素添加可以激活脂肪體中胰島素信號通路，并且在不添加AAs的情況下，胰島素與20E可以促進Vg表達，ToR被RNA干擾后可以阻斷胰島素和20E介導的Vg表達。昆蟲中胰島素樣肽(insulin-like peptides, ILPs)與膜受體結(jié)合后，將信號傳遞至胞內(nèi)，磷酸化蛋白激酶B(protein kinase B)Akt蛋白，Akt通過失活ToR信號通路的負調(diào)控因子TSC1和TSC2(tuberous sclerosis complex 1/2)而激活ToR信號通路，調(diào)控Vg表達 (Smykal and Raikhel, 2015; Royetal., 2018)。在埃及伊蚊中存在8個ILPs，不同ILPs之間在結(jié)構和功能上有所差異，調(diào)控生殖的途徑和分子機制也不盡相同。ILP3和ILP4具有不同的作用受體，但是都可以刺激卵巢產(chǎn)生蛻皮激素從而誘導脂肪體中產(chǎn)生Vg和其他的卵黃原蛋白 (Wenetal., 2010; Gulia-Nussetal., 2015)。采用CRISPR/Cas9基因編輯方法將ilp2,ilp4,ilp5,ilp6,ilp7和ilp8敲除后，雖然埃及伊蚊體內(nèi)的貯存脂和糖原發(fā)生不同方式的改變，但是在這些蚊蟲突變體中，卵巢均不能正常生長和發(fā)育 (Lingetal., 2017; Ling and Raikhel, 2018)。另外，在尖音庫蚊中，胰島素信號通路還可以通過促進JH的合成來刺激卵巢發(fā)育 (Sim and Denlinger, 2008)。在長角血蜱中敲低胰島素信號通路中Akt的同源基因，可以抑制雌蟲的吸血行為，對血液消化以及發(fā)育和繁殖相關基因的表達也有影響 (Umemiya-Shirafujietal., 2012)。

4 能量代謝在吸血昆蟲生殖過程中的作用

吸血昆蟲在生殖發(fā)育不同階段需要極高的能量供給，包括吸血前期的覓食，吸血后中腸血液的消化吸收及營養(yǎng)卵巢發(fā)育成熟等。糖脂代謝與能量穩(wěn)態(tài)密切相關，在致倦庫蚊Culexquinquefasciatus的胚胎發(fā)育過程中，大約90%的能量來源于貯存脂 (Van Handel, 1993)。在埃及伊蚊卵黃發(fā)育前期，蚊蟲體內(nèi)貯存脂和糖原等碳水化合物逐漸積累，ATP含量增加，為吸血產(chǎn)卵貯存能量。蚊蟲吸血后，貯存脂以及糖原等碳水化合物迅速分解，ATP含量降低，為卵巢的快速發(fā)育提供能量 (Houetal., 2015; Wang XLetal., 2017)。除此之外，脂肪酸代謝在其他物種中也被證實是卵的發(fā)育成熟過程中主要的能量來源 (Dunningetal., 2014)。

為了維持生存，多細胞動物在生長發(fā)育過程中必須進化出強大的能量代謝機制來維持代謝穩(wěn)態(tài)以及應對發(fā)育、繁殖過程中不斷變化的能量需求。近年來，關于吸血昆蟲代謝機制的研究已經(jīng)取得了一定進展，代謝機制的解析將為吸血昆蟲的生殖控制提供重要的分子靶標。在蚊蟲中，JH和20E可以分別通過其受體Met和EcR調(diào)控埃及伊蚊吸血前后糖脂分解代謝，確保蚊蟲能夠在不同發(fā)育時期快速調(diào)整能量代謝速率以滿足自身及卵巢生長發(fā)育的能量需求 (Houetal., 2015; Wang XLetal., 2017)。阻斷AA/ToR信號通路導致蚊蟲體內(nèi)脂積累，說明AA/ToR信號通路是脂分解代謝的正調(diào)控因子。核受體HNF4是激素(JH/20E)及AA/ToR營養(yǎng)信號通路下游脂代謝調(diào)控的直接作用因子。敲低HNF4后，蚊蟲不能有效利用體內(nèi)貯存脂 (Wang XLetal., 2017)，從而影響卵的營養(yǎng)吸收。microRNA-277通過靶向ilp7和ilp8調(diào)控埃及伊蚊脂代謝，進而影響了卵巢發(fā)育 (Lingetal., 2017)。近期研究發(fā)現(xiàn)，JH和20E信號通路不僅可以調(diào)控ILPs蛋白表達，而且三者之間可以協(xié)同調(diào)控生殖周期中的代謝過程 (Ling and Raikhel, 2021)。另外，脂肪體組織中高表達的5-羥色胺受體Aa5HT2B在蚊蟲生長以及代謝過程中起著關鍵作用，該受體基因被敲除后導致蚊蟲體內(nèi)糖脂代謝失調(diào)，蟲體變小，嚴重延緩了卵巢的正常生長 (Ling and Raikhel, 2018)。盡管目前代謝機制的研究不夠全面，但是隨著分子生物學技術的不斷革新，吸血昆蟲更多能量代謝機制將逐漸被解析。

5 其他因素對吸血昆蟲的生殖調(diào)控

除了上述因素外，脂動激素(adipokinetic hormone, AKH)信號通路、幾丁質(zhì)代謝(chitin metabolism)以及腸道微生物等都會直接或間接影響吸血昆蟲的生殖過程。AKH在昆蟲中具有胰高血糖素之稱，不僅能夠刺激分解代謝反應，而且能夠抑制蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖原的合成。雖然在大多數(shù)昆蟲，例如東亞飛蝗和黃斑黑蟋蟀Gryllusbimaculatus中，AKH可以阻斷Vg的生成以及卵的發(fā)生，但是在吸血昆蟲采采蠅的生殖過程中，AKH是重要的正調(diào)控因子 (Gálikováetal., 2015)。幾丁質(zhì)是昆蟲卵的重要組成成分，昆蟲胚胎表皮的幾丁質(zhì)合成與沉積有利于胚胎正常發(fā)育，將幾丁質(zhì)合成酶基因進行RNA干擾后，長紅錐蝽的產(chǎn)卵和羽化被顯著影響 (Mansuretal., 2014; Souza-Ferreiraetal., 2014)。同樣地，經(jīng)幾丁質(zhì)合成抑制劑處理后，長紅錐蝽的卵變小和活力降低,卵的形狀和顏色也有明顯變化 (Mansuretal., 2010)。在埃及伊蚊卵巢和卵殼中也有幾丁質(zhì)樣組分存在，幾丁質(zhì)合成抑制劑能夠抑制伊蚊卵的發(fā)育 (Moreiraetal., 2007)。因此，卵巢中幾丁質(zhì)或幾丁質(zhì)樣組分有望成為控制吸血昆蟲生殖的潛在靶標。吸血昆蟲的中腸微生物種群對宿主的血液消化以及生殖發(fā)育具有重要影響，在蚊蟲中，天然或者工程化的中腸微生物不僅可以有效阻斷病原傳遞 (Gaoetal., 2020; Huangetal., 2020)，而且自身的代謝物(如鐵蛋白載體等)還可以降低岡比亞按蚊的生殖力以及吸血率 (Ganleyetal., 2020)。

目前為止，吸血昆蟲生殖調(diào)控機制研究主要聚焦于雌蟲，而對雄蟲的研究相對較少。雄蚊對雌蚊的生殖發(fā)育起著重要作用，伊蚊性別決定染色體Y上的M因子Nix在雄性埃及伊蚊中突變后，雄蚊發(fā)生雌性化，包括精巢的卵巢化和副腺畸形以及外生殖器結(jié)構的變化，最終導致突變體無法與野生型雌蚊交配。而Nix在雌蚊體內(nèi)異位表達會導致內(nèi)外生殖器官的雄性化，將雌蚊轉(zhuǎn)化為對人類無害的雄蚊 (Halletal., 2015; Liuetal., 2020)。通過外科手術去除雄性埃及伊蚊咽側(cè)體減少JH合成進而導致雄蚊副腺發(fā)育受阻，不利于交配和精子轉(zhuǎn)移以及精子成熟，進而影響雌蚊生殖 (Ramalingam and Craig, 1977)。除此之外，成蟲間的交配行為伴隨了激素傳遞，這也在卵子發(fā)生過程中起到了重要作用。研究表明，雄性蚊蟲在交配時，將JH轉(zhuǎn)移到雌蚊體內(nèi)，激活雌蚊卵子發(fā)育并影響其生殖 (Cliftonetal., 2014)。在岡比亞按蚊交配時，雄蚊可傳遞20E到雌蚊中，雌蚊中的EcR與之結(jié)合后激活蛋白因子基因MISO(mating-inducedstimulatorofoogenesis)的轉(zhuǎn)錄，該因子能夠與雌蚊中的20E共同作用激活卵黃生成相關的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運因子的表達，從而引起脂滴積累，促進卵的發(fā)育 (Baldinietal., 2013)。因此雄蟲發(fā)育機制的研究對于吸血昆蟲生殖調(diào)控機制挖掘具有重要的意義。

微小RNA(microRNAs, miRNAs)在昆蟲生殖過程中也扮演著重要的角色。以蚊蟲研究為例，在埃及伊蚊不同發(fā)育時間點的脂肪體組織中，miRNAs的表達呈現(xiàn)出動態(tài)變化，這可能會影響不同靶基因表達，從而調(diào)控卵的發(fā)育(Zhangetal., 2017)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，JH和20E信號通路可以調(diào)控部分miRNAs活性，以此來滿足蚊蟲的生殖需求(Aksoy and Raikhel, 2021; Heetal., 2021)。miR-275不僅在維持中腸微生物穩(wěn)態(tài)中起著重要作用，而且通過影響中腸血液吸收、消化酶的產(chǎn)生以及中腸肌動蛋白骨架的組裝等影響卵的發(fā)育(Zhaoetal., 2017)。中腸特異性表達的miR-1174可以通過靶向絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶(serine hydroxymethyltransferase, SHMT)基因影響糖的吸收、血液消化等生理學過程，進而影響卵的發(fā)育成熟和蚊蟲存活 (Liuetal., 2014)。miR-309通過靶向Homeobox基因SIX4，調(diào)控卵巢的發(fā)育過程 (Zhangetal., 2016)。miR-277通過調(diào)控埃及伊蚊脂代謝穩(wěn)態(tài)進一步影響卵巢發(fā)育(Lingetal., 2017)。miR-8還可以通過靶向Wingless信號通路來調(diào)控雌蚊的繁殖過程(Lucasetal., 2015)。無論在埃及伊蚊還是斯氏按蚊中，miR-989都被證明與雌蚊生殖密切相關(Jainetal., 2015; Zhangetal., 2017; Royetal., 2018)。隨著測序技術發(fā)展、miRBase數(shù)據(jù)庫的豐富以及miRNAs與靶基因之間新型作用模式不斷涌現(xiàn)，吸血昆蟲中與生殖相關的miRNAs逐漸被解析，而基于miRNA的原理去阻斷蚊媒疾病傳播的方法也將越來越多地被研發(fā)出來(Xuetal., 2021)。

6 小結(jié)與展望

吸血昆蟲傳播的疾病擴散速度快，分布范圍廣，危害性大。盡管目前針對部分傳染病(例如瘧疾和黃熱病等)正在試驗或者已經(jīng)研制出疫苗，但是其對機體免疫力的保護并不持久。病原在傳播過程中不斷發(fā)生變異，使得疫苗研制變得非常困難。因此，深入探討吸血昆蟲生殖調(diào)控的分子機制，控制吸血昆蟲生殖，不僅可以從根本上阻斷蟲媒疾病傳播，而且能夠減少化學藥物濫用造成的環(huán)境污染。從長遠來看，對吸血昆蟲生殖調(diào)控機制的解析還能夠為殺蟲劑研發(fā)提供藥物設計的靶標，具有十分重要的社會效益和戰(zhàn)略意義。

雖然吸血昆蟲生殖發(fā)育的調(diào)控機制經(jīng)過數(shù)十年研究，取得了長足的進展，但是對其研究往往只聚焦于模式吸血昆蟲，而對于其他吸血昆蟲的涵蓋面不夠，比如印鼠客蚤Xenopsyllacheopis這一鼠疫媒介的研究尚是空白。同時為適應快速且高效的生殖活動，吸血昆蟲自身能夠不斷進化出新的生殖調(diào)控機制。到目前為止，激素、營養(yǎng)信號以及miRNAs等對吸血昆蟲生殖調(diào)控的機制已經(jīng)逐漸明晰(圖1)，但是其他非編碼RNA，例如長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)、環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)，以及DNA修飾、RNA修飾和組蛋白修飾等表觀因素對生殖的調(diào)控研究仍涉及得非常少。隨著非編碼RNA、表觀基因組學和表觀蛋白質(zhì)組學等測序技術以及基因編輯技術的飛速發(fā)展，表觀遺傳學修飾在吸血昆蟲生殖過程中所扮演的角色將逐漸被揭示，最終通過對多種調(diào)控機制的綜合分析，找到控制吸血昆蟲生殖的最優(yōu)靶標，從而為阻斷蟲媒傳染病的傳播做出貢獻。

圖1 吸血昆蟲生殖調(diào)控的分子機制Fig.1 Molecular mechanism of reproductive regulation in hematophagous insects保幼激素(JH)入核后，結(jié)合到其受體復合物Met/Tai上，隨后JH/Met/Tai復合物與下游靶基因啟動子區(qū)的JH調(diào)控元件(JHRE)結(jié)合，直接調(diào)控其表達，例如Kr-h1、Hairy以及核糖體相關基因等。另外，JH還可以通過另一膜受體進入胞內(nèi)，通過激活PKC/CaMKII信號通路將Met和Tai進行磷酸化，磷酸化的Met以及Tai進入核內(nèi)后調(diào)控下游靶基因表達。同樣地，20E入核后，與其受體復合物EcR/USP結(jié)合，20E/EcR/USP復合物通過與早期基因啟動子區(qū)的EcR調(diào)控元件(EcRE)結(jié)合而直接激活早期基因應答，例如E74B, E75A, E93以及Broad-Z2等，這些早期基因編碼的蛋白隨后誘導卵黃原蛋白基因Vg等晚期基因的表達。胰島素樣肽(ILPs)介導的胰島素信號通路以及氨基酸(AAs)等信號分子可以激活ToR信號通路，從而誘導Vg等蛋白合成。JH和20E信號通路可以協(xié)同調(diào)控糖脂等能量代謝過程。此外，5-羥色胺信號通路、脂動激素信號通路、幾丁質(zhì)代謝、腸道微生物、雄蚊以及微小RNA等表觀遺傳因素也會直接或間接調(diào)控吸血昆蟲生殖。Juvenile hormone (JH) binds to its receptor complex Met/Tai in nucleus, and then the JH/Met/Tai complex binds to the JH regulatory element (JHRE) in the promoter region of the downstream target genes such as Kr-h1, Hairy and ribosome-related genes to directly regulate their expression.In addition, JH can enter the cell through an additional membrane receptor and phosphorylate Met and Tai by activating the PKC/CaMKII signaling pathway.The phosphorylated Met and Tai enter the nucleus and regulate downstream target gene expression.Similarly, 20E binds to its receptor complex EcR/USP in the nucleus and directly activates the early gene response by binding to the EcR regulatory element (EcRE) in the promoter region of the early genes, such as E74B, E75A, E93 and Broad-Z2.Subsequently, proteins encoded by these early genes induce the expression of late genes like vitellogenin gene (Vg).Insulin-like peptides (ILPs)-mediated insulin signaling pathways and amino acids (AAs) can activate ToR signaling pathway, thereby inducing the synthesis of proteins like Vg.JH and 20E signaling pathways can coordinately regulate energy metabolism processes such as carbohydrate and lipid metabolism.Besides, serotonin signaling pathway, adipokinetic hormone signaling pathway, chitin metabolism, intestinal microorganisms, male mosquitoes, microRNAs and other epigenetic factors also directly or indirectly regulate the reproduction of hematophagous insects.