疟原虫蛋白复合物疫苗科研 | MedChemExpress
疟疾是一种蚊媒疾病，感染者通常会出现发烧、发冷和流感样疾病。如果不及时治疗，严重者甚至会危及生命。世卫组织新近发布的数据表明，2019 年全球估计发生 2.29 亿疟疾病例，死于该病的人数超过 40 万例。
图1. 2000 年有病例的国家及其 2019 年情况 (WHO)[1]
疟原虫生命周期
疟疾是由感染人类的5 种已知疟原虫中的任何一种引起的原生动物疾病：恶性疟原虫、间日疟原虫、三日疟原虫、卵形疟原虫、诺氏疟原虫。其中，在美洲和欧洲最常见的是间日疟原虫和三日疟原虫，在非洲是恶性疟原虫。
图2.寄生于人类的疟原虫物种[2]基于线粒体基因组的疟原虫系统发育树
疟原虫生命周期主要分为两个阶段：即发生人类宿主内的无性繁殖和发生在蚊虫媒介内的有性繁殖。
无性繁殖阶段：雌性按蚊将含有子孢子(sporozoites)的唾液注入到人类宿主体内。在一小时内，这些子孢子进入血流并循环到肝脏，进而感染肝细胞 (肝细胞时期)，在肝细胞内，每个子孢子无性复制形成数百个裂殖子。肝细胞破裂，裂殖子释放到血液中，侵入红细胞 (红细胞周期)。
裂殖子经历早期环状滋养体(ring)、晚期滋养体 (trophozoite)，几次有丝分裂形成裂殖体 (schizont) 阶段。然后裂殖体破裂，将裂殖子释放回血液中，在那里它们可以侵入新的红细胞并参与红细胞循环。
有性繁殖阶段:少数滋养体转化为雄性和雌性配子体(male/female gametocytes)。当雌性按蚊吸食受感染宿主的血液时，它会摄取这些配子体，这些配子体在蚊子体内进行有性循环，形成子孢子，完成疟原虫的生命周期。
图3. 疟原虫生命周期[3]
疟原虫感染生物机制
引起症状性疟疾的阶段主要发生在疟原虫感染的红细胞时期，在此做进一步的介绍。
入侵： 裂殖子和红细胞之间的初始接触是随机的，但为了成功入侵，裂殖子使用肌动蛋白-肌球蛋白运动重新定向，使其顶端与红细胞膜接触。裂殖子与红细胞的初始相互作用涉及到裂殖子表面蛋白1 (MSP1)，而重新定向后的顶端附着涉及寄生虫特定入侵配体 (如 EBA 和PfRh 家族成员) 和红细胞表面受体相互作用。
除此之外，裂殖子和红细胞的紧密连接，与疟原虫微粒蛋白AMA1 和寄生虫菱形颈 (RON) 蛋白形成的复合物也有关。
图4. 裂殖子入侵步骤[5](a) 裂殖子重新定向。(b) 配体-受体相互作用，由 EBA 和 PfRh 家族成员的蛋白质介导。(c) PfRh5 复合物与受体 basigin的结合；(d-g) RON 复合物沉积到红细胞膜中，与 AMA-1 直接结合形成移动连接，将裂殖子“推”入红细胞膜，并形成寄生性液泡膜 (PVM)。(h-i) 红细胞逐渐恢复稳态。
复制：一旦红细胞感染被建立，寄生虫迅速复制，在随后的48小时内，裂殖体分裂，产生裂殖子，这些裂殖子在发育时逸出，导致红细胞膜破坏和寄生虫爆发性释放，并入侵新的宿主细胞。
由于寄生虫在迅速复制过程中需要持续的核苷酸库来合成DNA和 RNA，因此，许多抗疟药靶向嘧啶生物合成。如靶向二氢叶酸还原酶 (DHFR) 的 Pyrimethamine、Cycloguanil，阻断嘧啶生物合成的Atovaquone，以及通过靶向DHODH来阻断嘧啶的生物合成的 DSM265。
另外，寄生虫对营养吸收的受损与Na+ 的有害积累有关，而低等生物如寄生虫的质膜Na+输出泵(PfATP4)，可以及时泵出积累的 Na+，从而维持Na+稳态。另外，疟原虫PI4K (如PfPI4K)通过催化磷脂酰肌醇 (PI) 的磷酸启动下游级联通路，调节多种生物过程，包括在裂殖子发育过程中的信号转导、膜运输和胞质分裂。
值得一提的是，目前大部分抗疟药物都是靶向血液阶段，如Artemisinin 及其衍生物等都是有效的抗疟药物。
图5. 针对疟原虫生命周期不同阶段的部分抗疟药[11]
宿主免疫反应和寄生虫免疫逃避
寄生虫具有破坏或逃避宿主免疫反应的能力，因此会发生重复感染。然而这种破坏的机制目前仍不清楚。有研究表明，寄生虫能诱导树突状细胞(DC)功能失效，导致产生功能失调的 T 细胞。这些功能失调的 T 细胞无法迁移到淋巴结中的 B 细胞区域以帮助 B 细胞增殖和反应，从而减少了控制疟疾感染所必需的抗体的产生。
发病：主要的致病机制是疟原虫感染后，红细胞发生溶血，释放出寄生虫和疟疾内毒素(被认为是疟原虫和寄生虫 DNA 的复合物)，进而激活 TLR9 触发炎症反应。此外，受感染的红细胞的膜变硬而丧失变形能力，这种能力的丧失导致毛细血管阻塞，当重要器官受到影响时，严重时会危及生命。
总结：
就目前而言，疟疾仍然是全球重大的疾病负担。尽管Artemisinin及其衍生物是一线抗疟药物，Artemisinin联合疗法效果更是十分显著，但耐药性寄生虫的出现仍旧是个重要的问题。因此，需要开发新靶点的新型抗疟药，如基于红细胞入侵需要一系列协调的蛋白质/蛋白质相互作用等。另外，与红细胞表面的 basigin 相互作用的恶性疟原虫蛋白复合物 PfRH5、PfAMA1等也可作为疫苗研究。要彻底消除人类疟疾，我们仍有一段路要走。
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