《Cell:新发现!病毒或能操控宿主皮肤微生物组来吸引更多的蚊子从而促进蚊媒疾病的传播和扩散》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2022-07-11
  • 食血节肢动物的宿主寻找活动对于虫媒病毒的传播至关重要,近日,一篇发表在国际杂志Cell上题为“A volatile from the skin microbiota of flavivirus-infected hosts promotes mosquito attractiveness”的研究报告中,来自中国清华大学等机构的科学家们通过研究发现,寨卡病毒和登革热病毒或能改变其感染人类和小鼠的气味,被改变的气味能吸引蚊子从而促使蚊子叮咬宿主,并摄入宿主的血液随后将病毒传播给下一个“受害者”。

    登革热是一种在热带地区由蚊子传播的一种疾病,其偶尔也会在亚热带地区发生,比如美国的东南部地区,登革热常常会引发患者发烧、皮疹和疼痛等,有时也会引起出血和死亡;据美国NIH国家过敏和传染病研究所数据显示,每年有超过5000万登革热新发病例,大约有2万名患者发生死亡,其中大多数患者都是儿童。寨卡病毒是另外一种由蚊子传播的病毒性疾病,其与登革热病毒同属一个病毒家族,尽管寨卡病毒在成年人中引起严重疾病的情况并不常见,但最近其在南美洲的爆发导致了受感染的孕妇所生孩子出现了严重的出生缺陷,黄热病病毒、日本脑炎病毒和西尼罗病毒与寨卡病毒同属于一个家族。

    这些病毒需要在动物宿主和蚊子中不断感染从而得以传播扩散,如果缺少其中任何一项(即所有易感宿主都清理了病毒或者所有蚊子都发生了死亡),则病毒就会消失;例如,1973年在费城爆发的黄热病,秋季霜冻的到来杀死了当地所有的蚊子,随即疫情就结束了。在没有杀伤性霜冻的热带气候中总是会存在蚊子,而病毒只需要一只蚊子叮咬受感染的宿主就能开始引起病毒的传播和扩散,寨卡病毒和登革热病毒似乎已经发展出了一种偷偷摸摸的方式来增加其传播和扩散的机会。

    这篇研究报告中,研究人员推测,登革热病毒和寨卡病毒或许会以某种方式来操控宿主从而吸引蚊子,疟疾和一般的炎症也能改变人类机体的气味,研究者认为,登革热病毒和寨卡病毒所引起的感染或许也会做同样的事情。首先,研究人员测试了是否蚊子会对感染的小鼠表现出偏好,事实上,当蚊子选择健康小鼠或感染登革热患病的小鼠时,蚊子或许更易于被感染登革热的小鼠所吸引。

    随后研究人员分析了感染小鼠和健康小鼠皮肤上的臭味分子,他们识别出了集中在受感染动物中更为常见的分子,并对其单独进行了测试,并将这些分子涂抹在干净的小鼠机体和人类志愿者的手上,结果发现,一种名为苯乙酮(acetophenone)的臭味分子对于蚊子特别有吸引力,从人类登革热患者机体中收集的皮肤气味揭示了同样的情况,即其对蚊子非常有吸引力,且能产生较多的苯乙酮。苯乙酮是由生长在人类和小鼠皮肤表面的芽胞杆菌所制造的,正常的皮肤会产生抗菌肽来控制芽胞杆菌的数量,但事实证明,当小鼠感染了登革热病毒和寨卡病毒后,其并不会产生那么多的抗菌肽,且芽胞杆菌会生长地更快。

    研究者Penghua Wang说道,病毒或能操控宿主机体皮肤的微生物组来吸引更多的蚊子从而促进疾病的扩散,这一发现或能帮助解释为何蚊媒病毒的传播和扩散能持续如此长的时间。此外,研究人员还测试了一种潜在的预防性措施,他们给予登革热小鼠一种维生素A的衍生物—异维A酸(isotretinoin),其已知能增加皮肤中抗菌肽的产生,利用异维A酸处理的小鼠会释放出较少的苯乙酮,从而就会减少对蚊子的吸引力,并会潜在降低病毒感染其它宿主的风险。

    下一步,研究人员将会分析更多登革热和寨卡病毒感染者来观察是否皮肤气味与微生物组之间的关联在真实环境中普遍存在,以及是否异维A酸能像在小鼠机体中一样帮助减少患者机体中苯乙酮的产生。

    原始出处:

    Hong Zhang,Yibin Zhu,Ziwen Liu, et al. A volatile from the skin microbiota of flavivirus-infected hosts promotes mosquito attractiveness, Cell (2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.05.016

  • 原文来源:https://news.bioon.com/article/5c99e3128794.html
相关报告
  • 《Cell:清华程功团队发现皮肤共生菌在促进蚊虫叮咬蚊媒病毒感染宿主方面的关键作用》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-07-06
    • 自然界的蚊媒病毒有数百种之多,可由蚊虫携带并传播给人类及动物宿主,引起病毒性脑炎、脑膜炎及出血热等严重疾病。近二十年来,以登革病毒、寨卡病毒、基孔肯亚病毒、西尼罗病毒为代表的新发及再发蚊媒病毒在全世界流行,每年可导致数十亿人感染、数十万人死亡。 以登革病毒为例,全世界大约有25亿人口生活在登革病毒流行地区,每年约有3.9亿人被登革病毒感染或重复感染,并导致50-100万人入院治疗,全世界范围内已有100多个国家及地区出现登革热的感染流行。据报道,登革热2022年度再次在巴西、新加坡、马来西亚等国家大规模暴发流行,目前已导致超65万人感染入院治疗(截止2022年5月份)。 由于登革病毒等重要蚊媒病毒的致病机制特殊,其感染或免疫后产生的抗体具有增强感染的作用(抗体依赖增强效应,ADE效应),使得传统的传染病预防(疫苗)及治疗(药物)策略研发受阻。到目前为止,多数烈性蚊媒病毒均无有效疫苗和针对性治疗药物,科学界亟需深入研究蚊媒病毒在自然界中流行传播的基本原理,并研发新型防控策略阻断病毒在世界范围内的大规模传播。 清华大学医学院程功教授团队在国际学术期刊《Cell》发表了题为“A volatile from the skin microbiota of flavivirus-infected hosts promotes mosquito attractiveness”(皮肤共生微生物介导的一种气味挥发物促进黄病毒感染宿主吸引蚊虫)的研究论文。 该研究发现,人体气味是调控蚊虫行为的关键因素。蚊虫的嗅觉神经系统可感知一种来源于感染者的特征性气味分子,高效率定位感染者,随后叮咬并取食带有病毒的血液,导致病毒在“宿主-蚊虫”之间高效传播。人体气味的主要来源是皮肤微生物,通过调控皮肤微生物,重塑感染者的气味,可影响蚊虫的嗅觉感知。据此,进一步提出了一种通过皮肤微生物来调节宿主气味、阻断蚊媒病毒在自然界中快速传播的方法。 蚊媒病毒在宿主与蚊虫之间传播循环。在病毒传播循环中,蚊虫需要寻找、定位并叮咬感染的人或动物,取食带有病毒的血液。随后,蚊虫才能具备携带并快速传播病毒的能力。如果蚊虫叮咬非感染者,则不会有效获取病毒感染,病毒的传播循环则被中断 (图1)。 观察发现,在蚊媒病毒暴发流行初期,人群中的感染者比例并不高 (仅千分之一、甚至更低)。而蚊虫却能选择人群中的感染者进行叮咬,从而加速病毒传播,引起疫情暴发。可见,蚊虫如何有效定位感染宿主并获取病毒是病毒完成“宿主-蚊”传播循环的主要限速步骤。这就提出一个长期以来有待解决的科学问题:蚊虫如何在茫茫人海中定位感染者?如能弄清这个问题,就能解释蚊媒病毒在自然界快速传播的原因,进一步找到简便有效方法遏制病毒快速传播。 在这项新研究中,研究人员建立了两套经典的行为学装置 (三笼嗅觉测定装置、双臂嗅觉测定装置),发现登革病毒和寨卡病毒感染的小鼠明显更加吸引埃及伊蚊及白纹伊蚊。随后,研究者对病毒感染小鼠的体温、二氧化碳释放及挥发性气味进行分析,发现宿主气味的改变是导致感染宿主吸引蚊虫的决定性因素。进一步研究结果显示,小鼠在蚊媒病毒感染后,可大量释放一种挥发性小分子——苯乙酮 (Acetophenone),苯乙酮可有效激活蚊虫的嗅觉神经系统,增强蚊虫对感染小鼠的行为趋向。 随后,研究人员收集了登革热患者及健康志愿者的气味,发现登革热患者的气味对埃及伊蚊表现出更强的吸引力。并且,登革热患者的气味中,苯乙酮含量也显著高于健康志愿者。研究人员将不同浓度的苯乙酮涂抹于人体手臂进行蚊虫行为学验证,发现增加人体气味中的苯乙酮含量可显著吸引蚊虫。以上试验说明,登革热患者由于释放大量苯乙酮改变自身气味,大幅提高了对蚊虫的吸引力,吸引蚊虫叮咬,加快病毒传播 (图2)。 研究人员发现,人体或动物释放的苯乙酮主要来源于体表的皮肤共生微生物,它是一种典型的细菌代谢产物。在去除皮肤共生微生物后,感染小鼠就会失去对蚊虫更强的吸引作用。进一步研究显示,登革病毒及寨卡病毒感染可导致宿主皮肤表面芽孢杆菌属 (Bacillus spp.) 细菌的丰度明显上升,而皮肤芽孢杆菌具有代谢产生大量苯乙酮的能力。 至此,研究人员揭示了蚊媒病毒感染者吸引蚊虫叮咬的原因:病毒感染提高了人体皮肤中特定细菌的比例,显著提高了感染者的苯乙酮释放能力,从而明显提高了蚊虫对感染宿主的行为趋向 (图2)。 随后,研究者对病毒感染小鼠及非感染小鼠的皮肤组织进行RNA-Seq测序分析。其中Resistin-like molecule-alpha (RELM-alpha) 基因在感染宿主皮肤中显著下调 (20-100倍,RNA-Seq)。RELM-alpha是一种抗菌肽,在人类 (RETN,RELM-alpha同源蛋白) 及哺乳动物的皮肤角质细胞及皮脂腺细胞中特异表达,是决定宿主皮肤微生物稳态的主要免疫因子。进一步研究结果显示,RELM-alpha及RETN可高效抑制多种皮肤芽孢杆菌的增殖。以上研究说明,登革病毒和寨卡病毒感染可通过抑制宿主皮肤中RELM-alpha/RETN的表达,使得原本被抑制的皮肤芽孢杆菌过量增殖,导致感染宿主的苯乙酮释放。 前期研究结果显示,RELM-alpha/RETN的表达受到视黄酸信号通路 (Retinoic Acid Receptor signaling, RAR signaling) 的调控。向动物饲喂维生素A衍生物可通过激活RAR通路,诱导RELM-alpha/RETN的表达。我们研究结果显示,向登革病毒及寨卡病毒感染小鼠体内饲喂一种维生素A衍生物,异维甲酸 (isotretinoin,一种临床广泛使用的皮肤病治疗药物),可有效恢复感染小鼠皮肤中RELM-alpha的表达,通过抑制感染宿主皮肤中芽孢杆菌的增殖,抑制感染宿主释放苯乙酮。因此,在感染宿主口服异维甲酸后,蚊虫无法通过宿主的苯乙酮来定位和发现感染宿主,从而阻断病毒的传播循环。 根据以上发现,研究团队提出一种防治蚊媒病毒传染病的新策略:在登革热及寨卡热等蚊媒病毒传染病流行的疫区,可对感染者广泛补充维生素A或相关药物,重塑感染者皮肤微生物挥发的气味,大幅降低蚊媒病毒传播循环效率,有效防止蚊虫携带并传播病毒。基于以上发现,可对特定感染人群补充维生素A或相关药物,避免蚊媒病毒传染病的大规模传播流行。
  • 《研究发现调控肠道菌可影响蚊媒病毒传播能力》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:huangcui
    • 发布时间:2019-01-03
    • 近日,清华大学医学院研究员程功课题组发现可对一种蚊虫肠道共生菌——粘质沙雷氏菌进行调控,从而影响蚊虫传播病毒的能力。研究结果日前发表于《细胞宿主和微生物》。 以血液为食的蚊子可携带和传播上百种烈性人类病毒。病毒通过宿主血液进入蚊子体内,并感染蚊子肠道的上皮细胞,进而扩散到蚊子的唾液腺。“世界上有3500多种不同的蚊子,但能携带并传播病原体的不到100种。蚊媒病毒与蚊虫之间有严格的对应关系,因此不同蚊虫对病毒的易感性也不同。”程功告诉《中国科学报》记者。 而肠道组织是病毒在蚊虫体内第一个接触的器官,有多种影响病毒感染的因素,对蚊虫的病毒易感性起到决定性作用。 通过对不同肠道菌株的影响力进行评估,研究者发现粘质沙雷氏菌能显着增强伊蚊对蚊媒病毒的易感性。此外,这种细菌的含量与登革病毒的流行程度也存在一定关联,研究者为登革病毒低发地区的野外伊蚊喂食粘质沙雷氏菌,发现野外伊蚊对登革病毒的易感性增强。 该研究还进一步明确了粘质沙雷氏菌辅助登革病毒感染伊蚊的作用机制。研究人员通过实验发现,粘质沙雷氏菌分泌的蛋白SmEnhancin是病毒感染过程中的关键效应分子,该蛋白可降解蚊虫肠道细胞表面的黏蛋白层,从而提高肠细胞对病毒的易感性。 这项研究首次发现了肠道细菌编码的蛋白因子在辅助蚊媒病毒感染中的作用,揭示了肠道共生菌、蚊虫以及蚊媒病毒之间的相互关系。