红内期恶性疟原虫转运系统研究进展

第１７卷第１期２０１０年３月寄生虫与医学昆虫学报ＡｃｔａＰａｒａｓｉｔ０１．Ｍｅｄ．Ｅｎｔｏｍ０１．ＳｉｎＶ０１．１７，Ｎｏ．１Ｍａｒ．，２０１０ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０５０７．２０１０．０１．００９红内期恶性疟原虫转运系统研究进展周洪昌１王恒２’（１．湖州师范学院医学院微生物与免疫教研室，浙江湖州３１３０００；２．中国医学科学院基础医学研究所，北京１００００５）摘要恶性疟原虫在终末分化的红细胞中发育生长，虽然可以有效的逃避宿主免疫系统的攻击，但同时也面临没有现成的转运系统可供利用等方面的挑战。

事实上，红内期疟原虫发展了一套新的转运系统用于其自身蛋白在宿主红细胞中的转运。

本文将综述最近几年来红内期恶性疟原虫有关转运信号、蛋白分选和转运等机制方面的最新进展。

关键词恶性疟原虫；蛋白转运在高等真核生物中，有关蛋白质分泌和内吞等机制已经有详尽的研究。

但是对于红内期恶性疟原虫来说，从模式生物研究而来的规律未能完全解释其特有的现象。

由于其寄生在终末分化的红细胞内，故面临一些挑战：首先，成熟红细胞中没有细胞器，没有可以直接利用的转运系统；其次，为了生存和繁殖，它需要营养物质的补充和渗透压的平衡。

因此，恶性疟原虫不仅需要将蛋白质输送到普通的细胞器，如内质网、高尔基体、线粒体等，还需要将蛋白输送到宿主细胞的胞浆及红细胞膜，以形成新的转运系统。

同时，还需要将蛋白输送到如质体、微粒体、棒状体等器官。

另外，其营养物质的获取和渗透压的平衡，也需要通过各种途径，摄取周围环境和宿主红细胞中的营养物质（Ｋｉｒｋ，２００１）。

这些转运的有效和正确运作，对于恶性疟原虫来说至关重要。

本文将重点介绍最近十多年来恶性疟原虫的分泌和内吞途径两方面的研究进展。

１真核细胞３种经典囊泡转运过程为更好地了解疟原虫寄生红细胞内的物质转运过程，首先介绍一下真核细胞中经典的转运过程。

真核细胞的经典囊泡转运过程的研究已经有超过３０年的历史。

２００４年，《细胞》杂志曾经对该领域的进展做总结性的回顾（Ｂｏｎｉｆａｃｉｎｏｅｔａ１．，２００４）。

收稿日期：２００９－０４—１６・通讯作者：Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｎｇｗａｎｇ＠ｐｕｒｅｅ．ｅｄｕ．ｃｎ・４０・细胞内的转运囊泡不会自发形成，而是一个被高度调控的生物化学过程。

在囊泡形成过程中，一系列囊泡蛋白通过程序化的相互作用导致来源膜加囊包被、囊泡形成、脱落、包被蛋白脱落、与靶膜融合、包被蛋白重新循环等一系列有序的过程。

ＣＯＰＩ和ＣＯＰＩＩ囊泡介导内质网与高尔基体之间的物质转运：ＣＯＰＩ主要介导高尔基体到内质网的转运或高尔基囊泡间的转运，ＣＯＰＩＩ主要介导内质网到高尔基体的转运；Ｃｌａｒｔｒｉｎ包被的囊泡介导细胞质膜到内体的转运。

２红内期恶性疟原虫的囊泡转运２．１红内期恶性疟原虫囊泡转运的基础条件２．１．１硬件基础：恶性疟原虫具有其自身的用于囊泡转运的硬件基础。

免疫定位技术已经确证了恶性疟原虫的一批内质网的标志蛋白，如分子伴侣ＰｆＢｉｐ（Ｋｕｍａｒｅｔａ１．，１９９１），钙结合蛋白ＰＩＥＲＣ（ＬａＧｒｅｃａｅｔａ１．，１９９７），ＰｆＳｅｃ６１的Ｏｔ和．ｙ亚基（Ｃｏｕｆｆｉｎｅｔａ１．，１９９８）定位在疟原虫胞浆或细胞核周围区域，暗示这些区域可能是恶性疟原虫的内质网或者内质网的一部分。

但是，至今只有一些比较零散的证据证明恶性疟原虫中存在高尔基体。

恶性疟原虫的高尔基体标志蛋白的同源物如ＰｆＥＲＤ２（ＥｌｍｅｎｄｏｒｆａｎｄＨａｌｄａｒ，１９９３）和ＰｆＲａｂ６（ｄｅＣａｓｔｒｏｅｔａ１．，１９９６）（顺式和反式高尔基体标志蛋白）是分离存在的，意味着恶周洪昌等：红内期恶性疟原虫转运系统研究进展性疟原虫的高尔基体不像其他真核细胞的高尔基体一样堆集成柬（ｖａｎＷｙｅｅｔａ１．，１９９６）。

利用一种真菌代谢产物ＢＦＡ（能够阻断多肽分泌并引起顺式高尔基体到内质网的逆向转运），能够阻断蛋白转运到棒状体、红细胞浆、红细胞质膜等，意味着功能性高尔基体的存在。

恶性疟原虫感染红细胞中还存在一个特殊的结构，位于红细胞膜下方的茂氏点或称Ｍａｕｒｅｒ氏腔隙（Ｍａｕｒｅｒ＇ｓｃｌｅｆｔｓ，ＭＣ）（Ｌａｎｚｅｒｅｔａ１．，２００６），有证据提示ＭＣ很可能是恶性疟原虫在红细胞内重建的一个分泌器官，是某些分泌到红细胞膜上的蛋白在转运过程中的中转站。

恶性疟原虫的ＣＯＰＩ和ＣＯＰＩＩ的同源蛋白（如ＰｆＳｅｃ３１Ｐ（Ａｄｉｓａｅｔａ１．，２００１））已经被发现证实；此外，其他一些组分如恶性疟原虫来源的动力素蛋白（Ｌｉｅｔａ１．，２００４；Ｃｈａｒｎｅａｕｅｔａ１．，２００７）、介导膜融合的多种ＳＮＡＲＥｓ（Ａｙｏｎｇｅｔａ１．，２００７）都已经被发现和证实。

２．１．２软件基础：细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于２个方面：一是蛋白质中包含特殊的信号序列；二是细胞器上具特定的信号识别装置－分选受体。

在经典的真核细胞中，第一个蛋白分类信号发生作用的位点在核糖体，由其判断合成的蛋白是否进入分泌途径。

这就需要蛋白Ｎ端的信号序列识别，以此决定是进入内质网的腔隙还是内质网膜，从而第一次决定其蛋白的命运（Ｂｏｎｉｆａｃｉｎｏｅｔａ１．，２００４）。

在恶性疟原虫中，凡进入内质网系统的蛋白都含有一个经典的疏水性Ｎ末端信号序列，如包含Ｎ端３—１７个氨基酸在内的大约１５个疏水性氨基酸残基构成的信号序列。

此外，部分穿越纳虫空泡膜的蛋白具有更长的疏水性氨基酸序列（最长的可达８０个氨基酸）。

疟原虫的翻译系统可以很好地识别经典和隐蔽的信号序列（Ｍａｒｔｉｅｔａ１．，２００５；Ｐｒｚｙｂｏｒｓｋｉｅｔａ１．，２００５ａ）ｏ２００４年，两个独立研究小组报道了疟原虫分泌元件（Ｍａｒｔｉｅｔａ１．，２００４）或囊泡转运信号（Ｈｉｌｌｅｒｅｔａ１．，２００４）一ＲｘＬｘＱ／Ｅ模体，ＲｘＬｘＱ／Ｅ模体对于恶性疟原虫编码的蛋白输送到宿主红细胞胞浆或细胞膜上具有重要作用。

（Ｈｉｌｌｅｒｅｔａ１．，２００４；Ｍａｒｔｉｅｔａ１．，２００４；Ｈｏｒｒｏｃｋｓｅｔａ１．，２００５）ｏ这一类蛋白大约有４００多种，可以穿越纳虫空泡膜到宿主细胞中，可以定位到宿主细胞浆中，茂氏点以及红细胞膜。

这一部分分泌蛋白的信号序列可能包括经典的Ｎ端信号序列及其后的ＲｘＬｘＱ／Ｅ模体。

近期研究发现，ＲｘＬｘＱ／Ｅ模体两侧的氨基酸序列对蛋白的最终定位也具有重要的作用（Ｍａｒｔｉｅｔａ１．，２００５；Ｐｒｚｙｂｏｒｓｋｉｅｔａ１．，２００５ｂ；Ｎｕｎｅｓｅｔａ１．，２００７；Ｈｉｓｓｅｔａ１．。

，２００８）。

需要注意的是，并不是所有的穿越纳虫空泡膜的蛋白都具有ＲｘＬｘＱ／Ｅ模体，如ＰｆＥＭＰｌ、ＰｆＳＢＰＩ、ＰｆＭＡＨＲＰｌ缺少Ｎ端疏水序列以及经典的ＲｘＬｘＱ／Ｅ模体（Ｈｏｒｒｏｃｋｓｅｔａ１．，２００５）。

虽然如此，但Ｎ端相似的序列可能提示了类似的信号信息。

２．２红内期恶性疟原虫白勺转运通路疟原虫细胞内的转运方式目前认为至少包括以下几种（Ｃｏｏｋｅｅｔａ１．，２００４；Ｐｒｚｙｂｏｒｓｋｉｅｔａ１．，２００５ａ）：（１）通过疟原虫内的内质网．高尔基体经典途径，由高尔基体的囊泡转运至疟原虫胞膜；（２）不经高尔基体，由内质网的分泌小泡直接运输到疟原虫表膜；（３）由核糖体合成后，在胞浆内由分子伴侣或其他分子运送至表膜或疟原虫内其他结构（如食物泡、质体、棒状体等）。

蛋白分子如何跨越纳虫空泡目前仍存在诸多争议，推测至少可能存在以下３种方式：（１）在纳虫空泡的某些位点，疟原虫膜与纳虫空泡膜直接融合，在囊泡介导的情况下直接运送疟原虫蛋白分子进入红细胞内；（２）囊泡与疟原虫膜融合、纳虫空泡内的囊泡转运以及囊泡与纳虫空泡膜融合３步运输方式；（３）囊泡与疟原虫膜融合后将内容物释放至纳虫空泡，释放的蛋白分子再通过位于纳虫空泡上的其他转运蛋白——例如ＡＢＣｔｒａｎｓｐｏｒｔｅ卜一运送至红细胞内。

蛋白向红细胞胞浆或红细胞表膜的运输，也有很多假设，比较流行的观点认为：（１）红细胞内的囊泡运输，（２）Ｍａｕｒｅｒ’ｓｃｌｅｆｔｓ及其管道与纳虫空泡相连，直接运送蛋白分子至Ｍａｕｒｅｒ’Ｓｃｌｅｆｔｓ，部分蛋白再由Ｍａｕｒｅｒｅ’Ｓｃｌｅｆｔｓ运输至红细胞膜表膜。

２．２．１红内期恶性疟原虫细胞内的转运：线粒体和质体方向的转运。

疟原虫含有线粒体和类似于植物叶绿体的进化残留物，被称为质体（Ａｐｉｃｏｐｌａｓｔ或ｐｌａｓｔｉｄ）。

一些研究成功地将ＧＦＰ融合蛋白定位到线粒体上，如ＰｆｆｌＳＰ６０（Ｓａｔｏｅｔａ１．，２００３），研究证明在一个６８氨基酸区域中确定了一个输入信号（Ｓａｔｏｅｔａ１．，２００３；Ｓａｔｏｅｔ・４１・寄生虫与医学昆虫学报第１７卷第１期ａ１．，２００４ａ；Ｓａｔｏｅｔａ１．。

２００４ｂ）。

有些研究也发现了不少介导进入线粒体所需要的酶复合物的恶性疟原虫编码的同源物（Ｍａｃａｓｅｖｅｔａ１．，２００４）。

疟原虫的质体可能是由红色藻类二次共生形成的，由四层膜包围（Ｋｏｈｌｅｒｅｔａ１．，１９９７）。

因此，蛋白输入质体的方式比输入两层膜包围的叶绿体要复杂的多。

在恶性疟原虫和刚地弓形虫的研究中发现，定位到质体的蛋白除Ｎ端信号序列以外还有一个隐蔽的转导肽。

最早是在酰基载体蛋白（ＡＣＰ）的研究中发现的。

只携带ＡＣＰ氨基端信号序列的ＧＦＰ融合蛋白只能定位到纳虫空泡腔，除氨基端信号序列还有隐蔽信号的ＧＦＰ融合蛋白则能成功进入质体（Ｗａｌｌｅｒｅｔａ１．，２０００）。

蛋白输入质体的转运模型认为：氨基端的信号序列调节翻译时蛋白转入内质网，进入内质网后被切去信号序列；由于隐蔽信号的存在，使其不进入经典的分泌途径，而是向质体转运。

因此只有含隐蔽信号的蛋白才能向质体转运。

显然，质体定位蛋白在到达顺式高尔基体之前已经离开了经典的分泌通路。

同理，ＢＦＡ不影响蛋白到质体的转运，暗示着到质体的蛋白转运不需要囊泡运输这个过程。

所以有研究者称可能疟原虫的质体属于内质网内（Ｆｏｔｈｅｔａ１．，２００３）。

食物泡方向的转运。

疟原虫的食物泡是血红蛋白降解和疟色素形成的场所。

最初研究认为红内期疟原虫通过胞口（Ｃｙｔｏｓｔｏｍｅ）摄取红细胞胞浆中的血红蛋白和其他一些成分（Ｇｏｌｄｂｅｒｇｅｔａ１．，１９９０）。

这些含血红蛋白的囊泡样颗粒被转运到酸性的食物泡，由一些蛋白酶进行消化降解（Ｆｒａｎｃｉｓｅｔａ１．，１９９７）。

近期有研究提出两种不同的内吞模型，其中Ｅｌｌｉｏｔｔ等（Ｅｌｌｉｏｔｔｅｔａ１．，２００８）通过透射电镜和三维还原技术，动态的展示了整个内吞过程，提出血红蛋白的４种内吞方式；而Ｌａｚａｒｕｓ等（Ｌａｚａｒｕｓｅｔａ１．，２００８）通过免疫电镜，提出了非囊泡依赖的血红蛋白内吞模型。