疟原虫的有性分化与发育(一)

疟原虫的有性分化与发育(一)

关键词：疟原虫有性分化发育在疟原虫的生活周期中占有重要地位。疟原虫是脊椎动物宿主体内分化成雄雌配子体的(有性期)，虽然这期的疟原虫本身并不直接引起临床症状，但它们使疟原虫可以通过蚊宿主而在脊椎动物中持续传播。疟原虫的有性分化与发育的整个过程按不同的成熟阶段可分为诱导、分化、进一步成熟三个步骤，但其中的分子基础仍所知甚少。人们推断，也许在自然环境中存在某些原始信号，它们成为某些基因的开关，而这些基因决定了疟原虫是进入有性期，分化发育成配子体，还是继续停留在无性期发育成裂殖子。另外，这些基因的表达产物还可能决定雌性的配子体。有性分化必然依靠于一系列性别相关基因的串联表达，其中包括许多有性期特异性基因及其蛋白产物。然而，这些基因中被克隆且其蛋白产物在疟原虫的分化中所起的作用被详细胞阐明的仅占少数。

当成熟的配子体雌蚊摄入后，经历了一个短暂而迅速的配子形成过程(10－20分钟)，产生雄雌配子。一个雌性配子体形成一个雌配子，同时一个雄配子体通过三次有丝分裂形成8个雄配子。雌、雄配子受精产生合子(唯一的双倍体期)，然后迅速进行减数分裂，进入单倍体期，形成卵囊。卵囊中产生的子孢子移入蚊唾腺内等待蚊吸血液时进入宿主体内。在杂合的合的子减数分裂时，每对染色体随机分配进入单倍体子代中。此外，同源染色体之间的交叉互换还导致了基因重组。

因为自然感染时通常有多种基因型的疟原虫混合存在，故在蚊体内有性繁殖时的基因重组能够产生新的基因型并保持任一株疟原虫基因型的多样性。不同地区疟原虫的遗传研究和实验室中进行的交叉实验，均证实存在雌雄配子体的随机分配模式与基因内和基因间的重组现象。有许多因素都对疟原虫的传播活力有着重要的影响，例如，配子体密度、雌雄配子体比率、基因型多样性和有性期的生物竞争力(遗传适应性)等。

1有性分化、发育模式与诱导物

Carter和Miller对疟原虫有性分化和发育提出了两种假说。其一，刚侵入红细胞时，红内期的无性疟原虫并没有进行有性分化与发育、它们有可能分化成配子体，也可能保持无性状态。其二，来自不同裂殖体的殖殖子，其父代裂殖体时期就已经进行了分化与发育的选择，或成为无性疟原虫或形成配子体。

由于在平常观察时，受染的红细胞普遍含有二个以上配子体或无性疟原虫，有人认为双重感染的红细胞最有可能是受到源自同一裂殖体的裂殖子的攻击，而这一裂殖体已经具备某种分化和发育的定向。另有研究证明，某些裂殖体形成配子体可能性明显高于另外一些。而然，还有研究显示，大多数裂殖配体并不只是单一的发育途径，因为许多含配子体的疟原虫蚀斑中还有无性疟原虫(生长在单层红细胞中)。

Bruce等用期特异性抗原的单抗分析蚀斑中的子代原虫，以再次探讨有性分化与发育问题。发现受侵红细胞在30－40小时后，同时具有配子体和无性疟原虫。在几乎所有的红细胞中，相同的发育定向导致细胞内所有疟原虫源自单一的裂殖体，少数混合感染的蚀斑可以用RBCs受到多次侵犯来解释。此外，还发现在快速的无性期生长过程中，及时用新鲜血液和培养基稀释培养物，可使裂殖体形成配子体的机会明显减少，而疟原虫血液密度增高，无性生长减慢时，这种机会则增大70倍。在添加新鲜红细胞的两天内，以前存在大量配子体蚀斑的培养物中，配子体减少。这提示，配子体形成的关键时期必定的在裂殖发成熟为裂殖的头二天内。

P.f.的配子体形成同时依赖于先天因素和环境因素。诱导的人工培养P.f.配子体形成的工作已取得不同程度的成功。用过的诱导物有cAMP磷到二酯酶抑制剂、咖啡因、8-bromo-cAMP、红细胞溶解物、抗P.f.抗体的杂交瘤培养上清液、berenil(一种核苷和多氨基合成的抑制剂)。其中，环核苷酸的实验结果在复重时发生冲突，用Berenil诱导三株不同克隆的P.f.配子体形成时遇到困难。

2有性期特异性抗原的表达

由于许多有性期表达的蛋白是诱导抗体介导免疫阻断反应的目的抗原，故对它们进行了大量的研究。人们认为其中Pfg27(在配子体内合成，表达在配子表面)、Pfs25(在配子体形成过程中和合子发育中合成)、Pfa28(表达在合子和动合子表面)。另一种蛋白Pfs16在配子体内大量产生，而其它时期也有表达。人们对于配子体性别特异性的标志蛋白所知甚少。Pfs230和Pfs48/45同时存在于雌、雄配子体/配子。Pfg27的性别特异性尚不肯定，而Pfs25仅配子体诱导形成之后产生并表达在新近受精的合子表面。然而，有些蛋白的表达则明显具有性别特异性。Rawling报道，2-tubulinⅡ是Pf的一种雄性蛋白。另有研究表明，编码线粒体基因的长为2.6kb的染色体外胞浆DNA成分和Pf77则仅在Pf雌配子体/配子中转录。还发现，调控发育的蛋白酶在有性期各阶段的表达亦有不同。

在配子体的各亚期中，有些蛋白的表达受到了不同水平的调控。例如，Pfg27的表达高峰在Ⅱ期，而Pfs230和Pfs48/45在Ⅲ期，Pfs16则在配子体各亚期中均有表达。

3P.f.突变系在有性分发育研究中的运用

当P.f.在血液中持续培养时，它可能自发地失去产生配子体的能力。不同的P.f.株产生配子体缺失的时间为持续无性繁殖几个月以1年以上不等。这提示可能有遗传位点控制着配子体形成过程的启动。在持续的体外培养并缺少蚊传播的选择性时，这些位点可能发生突变。对于这些缺少配子体产生的突变系进行分子水平的研究，可能是确定某些基因的关键，这些基因控制了有性分化和功能性有活力配子体的产生。