刚地弓形虫纳虫泡的形成机制及其作用

彭鸿娟
【提要】刚地弓形虫是寄生宿主广泛的细胞内寄生性原虫， 人群感染相当普遍。 弓形虫侵入宿主细胞后寄居于一个 抗宿主细胞内涵体酸化作用和溶酶体融合作用的纳虫泡（parasitophorous vacuole）内， 纳虫泡在弓形虫的寄生过程中起着 非常重要的作用。 本文就弓形虫纳虫泡形成的机制及其在弓形虫寄生宿主细胞过程中的作用进行综述。
细胞松弛素
纳虫泡 外吐
高尔基体
内涵体
溶酶体 微管依赖 的运输
无虫泡
与线粒体及 内质网相关联
核
图 2 弓形虫在宿主细胞内形成纳虫泡及在细胞内的运动［22］
纳虫泡被宿主细胞的线粒体和内质网覆盖， 并与 这些细胞器密切关联 。 ［27-30］ 在感染早期， 大约 75%的 纳虫泡膜与宿主细胞线粒体和内质网关联， 这两种细 胞器可能为纳虫泡内的弓形虫提供脂类及代谢中间物 等营养物质 。 ［28，29］ 纳虫泡与宿主细胞线粒体及内质网 的这种紧密相关性也为纳虫泡膜上磷酸脂的更新 和组成提供了来源， 从而对纳虫泡的扩大具有重要 作用 。 ［28，31］
中国寄生虫学与寄生虫病杂志 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 Chin J Parasitol Parasit Dis Oct. 2010， Vol. 28， No.5
·383·
主细胞的结构， 且具备从纳虫泡膜中筛选宿主细胞组 分的功能 。 ［13］ 吸附之后， 宿主细胞膜内陷， 棒状体、 微粒体和致密颗粒的分泌功能在细胞穿透过程中起着 重要作用， 但其机制尚不清楚 （ ［14］ 图 1）。 在吸附和穿 透过程中， 速殖子分泌的复杂多样的表面蛋白显示， 入侵过程不是由单一的宿主分子介导的， 针对这些分 泌蛋白的特异宿主细胞受体仍不清楚 。 ［15］
1 速殖子入侵宿主细胞后形成纳虫泡，免受清除 入侵开始时， 弓形虫速殖子棒状体先与前端表膜
融合， 释放调控蛋白诱导宿主细胞表面形成丝状伪足 （filipodia）和通道（tunnel）辅助其入侵， 然后通过类锥 体端进入细胞 。 ［10］ 在与宿主细胞的吸附过程中， 弓形 虫表面蛋白— ——微粒体蛋白和棒状体颈蛋白形成的运 动连接 （moving junction， MJ） 是 ［11，12］ 弓形虫吸附于宿
·382·
中国寄生虫学与寄生虫病杂志 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 Chin J Parasitol Parasit Dis Oct. 2010， Vol. 28， No.5
文 章 编 号 ：1000-7423 （2010 ）-05-0382-05
【综述】
刚地弓形虫纳虫泡的形成机制及其作用
【关键词】 刚地弓形虫；纳虫泡；细胞内寄生
中图分类号： R382.5
文献标识码： A
Formation Mechanism and the Function of Parasitophorous Vacuole of Toxoplasma gondii
PENG Hong-juan
（Department of Etio-biology， School of Public Health and Tropical Medicine， Southern Medical University， Guangzhou 510515，China ）
基金项目：国家自然科学基金 （No. 81071377）； 广 东 省 自 然 科 学 基 金 ( No. 10151051501000033) ； 广 东 省 医 学 科 研 基 金 ( No. A2010356)
作者单位：南方医科大学病原生物学系， 广州 510515 * 通讯作者， E-mail： floriapeng@hotmail.com
营养物质在被扩散或运输到纳虫泡内后， 如何进 入弓形虫体内的机制尚不清楚。 据推测， 纳虫泡内的 一个管泡网络系统能够把这些营养物质从纳虫泡膜或 腔内运送到弓形虫体内， 或者反之， 从弓形虫体内外 排到纳虫泡腔内或纳虫泡膜上 。 ［40，41］ 支持该推测的报 道证明， 包含弓形虫的纳虫泡是被一个聚集在纳虫泡 内并与纳虫泡膜相联系的管状结构的网络所包围的， 且纳虫泡膜富含胆固醇 。 ［42］
目前达成的共识是， 纳虫泡由宿主细胞膜直接内 陷形成， 但是弓形虫通过运动连接主动从纳虫泡膜上 排除许多宿主细胞膜蛋白并进一步通过微粒体、 棒状 体 和 致 密 颗 粒 等 细 胞 器 分 泌 注 入 新 的 蛋 白 组 分 。 ［20，21］ 一些宿主细胞膜组分如与膜筏（membrane raft）、 细胞 骨架定位及分子多聚体形成相关的穿膜蛋白等， 被迅 速清除并在成熟的纳虫泡膜中消失 ， ［22］ 但许多膜脂却 被保留下来。 在纳虫泡膜的组分中， 大部分来源于宿 主细胞膜， 少数来源于宿主细胞内成分， 几种表达量 很高的宿主细胞蛋白（主要是脂蛋白）参与了纳虫泡的 形成。 由此， 弓形虫在入侵后在宿主细胞内形成了一 个非融合小室— ——纳虫泡包围着虫体， 来抵抗宿主细
弓形虫速殖子入侵和寄生于宿主细胞的过程包括 弓形虫对宿主细胞的吸附、 宿主细胞膜内陷、 纳虫泡 （parasitophorous vacuole， PV） 形 成 、 速 殖 子 分 裂 增 殖、 速殖子破细胞而出及转化为缓殖子等阶段。 在此 过程中， 弓形虫对宿主细胞进行调控， 在诱导和逃避宿 主免疫反应之间保持一种平衡， 而宿主细胞也在感染 和消除感染之间保持一种平衡［9］。 其中， 弓形虫纳虫 泡起着极其重要的作用。 本文就弓形虫纳虫泡的形成 机制及其在弓形虫寄生宿主细胞过程中的作用进行综 述， 为研究弓形虫入侵宿主细胞的机制提供信息。
·384·
中国寄生虫学与寄生虫病杂志 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 Chin J Parasitol Parasit Dis Oct. 2010， Vol. 28， No.5
制进入纳虫泡， 例如弓形虫在纳虫泡内的分裂生长依 赖于从宿主细胞质中摄取的胆固醇， 胆固醇是通过低 密度脂蛋白（low density lipidprotein， LDL）介导， 由 宿主细胞微管参与的、 纳虫泡膜的内吞作用完成的 。 ［30］
粗面内质网
致密颗粒 高尔基体 靶向残体遗质
细胞核
微线体 类椎体
线粒体
棒ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体
至顶端
图 1 弓形虫速殖子超微结构模式图［14］
根据文献报道， 曾有两种纳虫泡形成过程的模 型： 第一种模型， 假定弓形虫侵入宿主细胞时伴随着 棒状体释放虫体蛋白和膜物质， 重新组成纳虫泡。 支 持该模型的实验现象包括： 纳虫泡膜缺乏宿主细胞标 记物激活蛋白 1（activator protein 1， AP1， 为一种转 录 因 子 ） 和 β-衣 被 蛋 白 （beta coatomer-protein， betaCOP）， 纳虫泡把与宿主细胞胞吞、 胞吐作用相关的蛋 白排斥在外 ， ［16］ 纳虫泡与弓形虫棒状体具有相同的膜 样结构及组分 。 ［17］ 第二种模型， 假定纳虫泡由宿主细 胞膜的直接内陷形成。 支持该模型的实验现象包括： 宿主细胞的膜片钳测量细胞电容显示， 纳虫泡膜组分 主要来源于宿主细胞膜 ； ［18］ 在宿主细胞膜上选择性放 置的荧光脂质示踪剂显示， 在弓形虫入侵细胞时有参 与纳虫泡形成的现象 ； ［16］ 宿主细胞膜蛋白 ARF6、 PIP2 和 PIP3 参 与 了 弓 形 虫 侵 入 非 洲 绿 猴 肾 细 胞 （Vero cell）纳虫泡的形成 。 ［19］
【Abstract】 Toxoplasma gondii is a ubiquitous, obligate intracellular protozoan parasite in human and animals. Chronic infection with this parasite is likely one of the most common infection in human. Following invasion of host cells T. gondii resides within membrane-bound vacuoles known as parasitophorous vacuole （PV）, which can protect the parasite from the endosomal acidification and lysosomal fusion of host cells. It plays an essential role in the whole parasitic process of T. gondii. This review summarizes the mechanism of PV formation and its function in the host cells.
【Key words】 Toxoplasma gondii； Parasitophorous vacuole； Intracellular parasitization
Supported by National Natural Science Foundation of China （ No. 81071377） ， Natural Science Fund of Guangdong Province ( No. 10151051501000033)， and Medical Science Research Fund of Guangdong Province (No. A2010356) * Corresponding author， E-mail： floriapeng@hotmail.com
刚地弓形虫（Toxoplasma gondii）是一种专性寄生 于有核细胞内的原虫， 其中间宿主广泛且无特异性， 而终末宿主仅局限于猫科动物［1］。 人通常获得隐性感 染， 然而， 当弓形虫感染免疫抑制患者（如器官移植、 恶性肿瘤放疗和 HIV 患者）时， 可在患者体内广泛散 播， 主要侵犯脑、 眼和淋巴结， 表现为多器官损害， 甚至引起死亡。 弓形虫感染孕妇后可通过胎盘传播给 胎儿， 导致流产、 早产、 死胎、 畸胎， 新生儿眼弓形 虫病、 先天性心脏病和智残儿等。 弓形虫还能寄生于 牲畜和鸟类， 给畜牧业带来损失［2］。 该虫呈全球分布， 人群感染相当普遍［3］。 我国人群的弓形虫感染血清学 调查结果显示阳性率为 3.2%～20.0%， 平均阳性率为 6.3%～12.7%， 家畜血清学阳性率达 5%～50% ， ［4-8］ 儿 童先天性弓形虫病发生率为 1.5%～6.0%［4］。
胞内涵体的酸化及溶酶体的融合作用， 即防止被宿主 细胞清除 。 ［15，16，19，23，24］
在弓形虫入侵过程中， 在宿主细胞内除了形成纳 虫泡外还形成大量的小卫星微管道。 这些微管道包含 棒状体蛋白， 其后期可能与纳虫泡膜融合， 从而有助 于纳虫泡的扩大 。 ［25］ 在被弓形虫感染的宿主细胞中未 观测到从高尔基体向胞外运输的过程， 相反， 纳虫泡 被牵引向线粒体和内质网， 并沿着微管束向细胞核移 动（图 2） 。 ［22，26］
纳虫泡膜包含弓形虫分泌的蛋白与宿主细胞蛋 白， 然而这些蛋白组分是什么， 又如何使纳虫泡逃过 宿主细胞消除异己的作用仍不清楚 。 ［32］
2 纳虫泡为弓形虫分裂生长提供稳定的环境和营养 成分
弓形虫的转录模式和基因组测序结果提示， 弓形 虫自身不能合成某些营养物质 。 ［33-35］ 作为一种专性寄 生虫， 弓形虫必须从宿主细胞获得营养。 纳虫泡膜不 但包围着细胞内弓形虫， 为其分裂生长提供稳定的环 境， 而且是宿主细胞质和寄生虫物质交换的中介。 弓形 虫通过在纳虫泡膜上打孔来修饰纳虫泡膜的通透性［36］， 允许一些弓形虫不能合成的小分子， 如葡萄糖、 甘氨 酸、 铁离子、 色氨酸、 磷脂、 嘌呤核苷酸和一些辅因 子， 先扩散进入纳虫泡膜， 然后通过膜运输泵入弓形 虫 体 内 。 ［5，36-39］ 而 其 他 营 养 物 质 则 通 过 主 动 运 输 的 机