走！隐孢子虫倒计时到性-厦门杂志期刊论文发表

亚伦?克里斯托弗?托金，斯图尔特·拉尔夫

出版日期： 2022年05月12日

隐孢子虫是儿童腹泻死亡的主要原因，但其生物学知之甚少。PLOS Biology上的一项最新研究揭示了寄生虫生命周期中迄今为止未知的方面，这些方面可能导致离体培养的改善。

引文： Jex AR， Tonkin CJ， Ralph SA （2022） 3， 2， 1， go！隐孢子虫倒计时到性。PLoS Biol 20（5）：e3001638。https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001638

发表： 五月 12， 2022

版权所有： ? 2022 Jex等人。这是一篇根据知识共享署名许可条款分发的开放获取文章，允许在任何媒体上不受限制地使用，分发和复制，前提是注明原作者和来源。

资金： A.R.J.的资金来自澳大利亚国家卫生和医学研究委员会领导拨款（APP1194330）。Walter and Eliza Hall医学研究所通过维多利亚州政府运营基础设施支持和澳大利亚政府国家卫生和医学研究委员会独立研究机构基础设施支持计划获得支持。C.J.T.通过澳大利亚国家卫生和医学研究委员会的想法赠款GNT1183496获得资助。S.A.R.由澳大利亚政府国家卫生和医学研究委员会（APP1165354）资助。资助者在研究设计，数据收集和分析，出版决定或手稿准备方面没有任何作用。

竞争利益： 作者宣布不存在相互竞争的利益。

腹泻是全世界儿童死亡和疾病负担的主要原因，特别是在低收入和中等收入国家。最近的研究表明，隐孢子虫是5岁以下儿童腹泻负担的全球主要原因[1-3]。人类隐孢子虫病主要由小隐孢子虫和人隐孢子虫引起，感染通过摄入具有环境弹性的卵囊而发生。虽然腹泻病的死因并不总是很清楚，但最近估计的隐孢子虫病导致的年度死亡数为24，600-81，900[3]。以残疾调整生命年（DALYs）衡量的隐孢子虫病的全球负担为420万，纳入发育迟缓等慢性病时为785万[3]。这些发现引发了对开发隐孢子虫病治疗方法的新兴趣，目前还没有疫苗或广泛有效的药物。

尽管它具有全球影响力，但我们对隐孢子虫生物学的了解仍然存在重大差距。这在本期PLOS Biology中得到了很好的说明，其中English及其同事[4]发现目前对隐孢子虫生命周期的理解可能不准确（图1）。这些发现之所以成为可能，是因为最近的发展允许隐孢子虫的遗传修饰以荧光标记寄生虫，以及转录组学分析以鉴定阶段特异性基因[5，6]和活细胞成像以跟踪发育。

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图 1. 隐孢子虫感染通过摄入环境强健的卵囊而开始，卵囊含有 4 个单倍体孢子体。

孢子体在肠道中排出囊肿并感染肠上皮中的肠细胞。在这里，寄生虫建立并封闭在寄生液泡膜内，并通过电子致密边界与宿主细胞的其余部分分开。这种形式的分裂（迄今为止称为I型梅龙）产生8个分生子体（在其他一些隐孢子虫物种中可能有6个），它们出口并重新感染相邻的肠细胞，在那里它们各自产生8个更多的裂殖子。在第三个这样的周期中，寄生虫分化成有性承诺的裂殖子，这些裂殖子重新感染新的肠细胞以形成雄性或雌性gamont。第二个增殖周期，涉及产生4个裂殖体的II型梅龙，以前被认为是产生性承诺寄生虫所必需的，但英格利希和同事[4]发现他们的系统中不存在这种形式在C中。parvum.雄性微配子经历重复的有丝分裂，每个微配子产生16个微配子，随后微配子和雌性大配子之间的受精导致二倍体合子，该合子经历减数分裂以产生4个新的单倍体孢子体。这些孢子体被封装在卵囊中，卵囊既可以脱落到环境中，也可以囊肿以自动感染同一宿主。厚壁卵囊和薄壁卵囊都已在显微镜下被描述，一些研究表明，只有厚壁卵囊在环境上是持久的。

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001638.g001

以前的研究已经使用细胞培养系统来研究隐孢子虫在其生命周期中的发育。这涉及使用宿主细胞系，通常是结直肠腺癌HCT-8细胞。使用该模型，寄生虫无性增殖48-72小时，然后不可逆地过渡到有性腺[6]。由此产生了几个问题，包括（1）为什么寄生虫不可逆地进入性阶段，至少在这个模型中是这样？（2）为什么在许多体外系统中，发育在这一点上停止了？（3）是什么调节了隐孢子虫从无性繁殖到有性复制的转变？回答这些问题不仅有助于了解这种寄生虫的基本生物学，而且还可能克服障碍，开发急需的连续组织培养系统。-厦门杂志期刊论文发表

使用一组优雅的实验，English和同事[4]开始解决其中一些重要问题，首先询问外在因素还是内在因素驱动C。进行性发育的细小。他们通过显示与新鲜培养基对照相比，用于先前寄生虫培养的培养基中向性发育过渡的时间没有差异来评估这一点。随后，使用活细胞成像与最近开发的转基因阶段和性别特异性标志物[6]，他们显示C的无性周期和性周期。小矮小是紧密同步的。有趣的是，在3个无性周期之后，几乎无一例外地发生了向性承诺和发展的过渡[4]。

最后，使用延时成像，作者跟踪了大约1，000个个体寄生虫的发育，并表明男性和女性gamonts（性阶段）直接从8个核（8N）I型梅隆特（产生细胞外裂殖子的多核形式）发育而来。有趣的是，每个I型梅龙特产生雄性和雌性gamonts（雌性略多于雄性），表明在C中I型梅龙形成后可以确定性分化。parvum.这些实验质疑先前假设的4N II型梅隆特在C中盖蒙形成的存在和必要性。尽管将这一阶段包含在该寄生虫广泛接受的生命周期中（图1）。English及其同事[4]通过对8N和4N细胞的额外标记和成像实验来跟进这个问题。在他们的实验中，4N细胞在很大程度上进展到8N I型梅龙，导致裂殖子要么继续无性期，要么发育成gamonts。虽然一些4N细胞没有形成8N梅隆特，但这些是罕见的，并且在整个实验中以稳定的水平存在，并且没有表达与裂殖子石或gamont形成相关的一系列标记蛋白。作者没有得出这些4N细胞的作用。它们可能是其他人拥有的细胞，似乎不正确，被归类为II型梅龙或具有未知的功能。

这项研究产生了许多有趣的问题。例如，如果高度同步和严格时间的无性周期与体内发育一致，并且English及其同事对此有很好的论据[4]，那么在没有任何外在信号传导的情况下，如何实现和维持这一点？值得注意的是，尽管许多apicomplexans通过环境传感部分地被驱动到性别分化，但至少有一个物种Hammondia hammondi似乎通过一个内在驱动的程序分化成encysted形式[7]。此外，在3个无性复制周期后会发生什么来促使高度同步地过渡到性发育？这样的系统可以包括一个生物钟，例如，由未知分子驱动的生物钟，该分子在无性复制过程中积累或耗尽，直到在3个周期之后，它达到允许性发育的关键阈值。此外，是什么控制了I型加蒙的性别比例？此外，如果4N细胞不是II型梅隆特细胞，也不是gamont形成所必需的，那么English及其同事观察到的4N细胞是什么[4]，它们有什么功能？在离散的梅龙体上进行单细胞或本体RNA测序（RNA-seq）等技术似乎已经成熟，可以开始回答其中一些问题。

English和同事[4]为当前对C的理解做出了宝贵的贡献。parvum开发，对其他apicomplexans有影响。此外，克服触发裂殖子分化为性形式的内在机制可能是连续体外培养的关键。正如其他蜂复合体所发现的那样，这种分化可能涉及表观遗传因子[8]以及AP2 [9]或myb样转录因子[10]。该研究还强烈表明，一个重要的调节层，可能涉及类似时钟的机制，控制着C的无性复制阶段的时间和数量。小矮小及其向性发育的过渡。了解C中这些阶段的分子生物学。parvum与开发改进的控制方法有关。关于性发育和配子形成的重要研究，例如疟疾的致病因子恶性疟原虫，是阻断寄生虫传播计划策略的一个重要方面[11]。这一阶段对寄生虫的生存至关重要，也是减少传播的关键目标。相比之下，人们对隐孢子虫中支撑这些阶段的机制知之甚少。

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图1是用 BioRender.com 创建的

引用

1.Kotloff KL， Nataro JP， Blackwelder WC， Nasrin D， Farag TH， Panchalingam S， et al.发展中国家婴幼儿腹泻病的负担和病因（全球肠道多中心研究，GEMS）：一项前瞻性病例对照研究。柳叶 刀。2013;382(9888):209–22.pmid：23680352

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