近日，浙江大学汤小天课题组和美国耶鲁大学合作在mBio杂志（中科院生物学一区Top）在线发表了题为“Dual roles for a tick protein disulfide isomerase during the life cycle of the Lyme disease agent”的研究论文。该研究明确了蜱虫蛋白质二硫键异构酶（PDI）在病原菌定殖和传播过程中的关键作用，并深入解析了其作用机制，为开发新型虫传疾病疫苗提供了新的靶点。
蜱虫是重要的媒介节肢动物，它们不仅可以叮咬宿主吸食宿主的血液，还可以通过唾液将细菌、病毒和寄生虫等多种病原体传播给健康宿主，引发多种慢性和致命疾病，给全世界带来严重的公共卫生负担。蛋白质二硫键异构酶传统上被认为是在内质网中最丰富、最重要的酶，主要负责促进分泌蛋白质的正确折叠和组装。然而，它们也在细胞的其他不同部位被检测到，包括细胞质、线粒体、细胞外基质和细胞表面，这说明PDI可能具有多种不同的功能。
该研究以蜱虫（Ixodes scapularis）和其传播的莱姆病菌（Borrelia）为研究对象，首先从蜱虫基因组中鉴定出了5个蛋白质二硫键异构酶基因（图1A）。其中，I. scapularisprotein disulfide isomerase A6(IsPDIA6) 基因表达能够被莱姆病菌调控。敲低IsPDIA6基因显著增加Borrelia在蜱虫中肠的感染量，但减缓蜱虫传播Borrelia到宿主上的效率。进一步研究发现，IsPDIA6蛋白在蜱虫中肠和唾液腺都高表达，这暗示着IsPDIA6可能有着双重功能。通过机制研究发现，IsPDIA6重组蛋白对Borrelia的活性没有影响，但IsPDIA6调控的胰蛋白酶抑制剂为Borrelia在蜱虫中肠的生存提供了保护（图1B）。同时，IsPDIA6能够被蜱虫从唾液腺分泌到唾液中。在蜱虫叮咬宿主的时候调控蜱虫叮咬处的宿主免疫反应，包括改变宿主细胞因子（如TNF-α、IFN-γ、IL-6等）的表达（图1C）。基于流式细胞术发现，IsPDIA6并没有直接结合到免疫细胞表面，这说明IsPDIA6可能与免疫细胞分泌蛋白或与细胞内蛋白相结合调控细胞因子的表达。通过点突变发现，IsPDIA6的第一个CGHC酶活性位点参与了免疫调节作用（图1D）。
图1：（A）蜱虫蛋白质二硫键异构酶基因的鉴定。（B）IsPDIA6调控蜱虫中肠胰蛋白酶抑制剂的表达。（C）IsPDIA6调控蜱虫叮咬处的宿主免疫反应，包括改变宿主细胞因子的表达。（D）IsPDIA6点突变明确参与免疫调节作用的酶活性位点。
过去一般认为蛋白质二硫键异构酶主要在胞内有功能，且对胞内病原的生存起作用。该研究明确了蛋白质二硫键异构酶也能够对胞外菌的存活有影响。此外，大部分的研究集中于哺乳动物蛋白质二硫键异构酶，该研究也填补了节肢动物媒介的蛋白质二硫键异构酶影响病原菌感染的空白，并明确了具体机制 （图2）。
图2：蜱虫蛋白质二硫键异构酶调控莱姆病菌定殖和传播机制示意图。
本论文以浙江大学为第一单位。汤小天研究员为唯一通讯作者和第一作者。耶鲁大学Erol Fikrig院士对本研究提供了大量的帮助和支持，包括活体实验平台和大部分经费的支持。
论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.01754-24