一、研究背景

1、血吸虫病是广泛流行于热带、亚热带国家和地区的一种重要的人畜共患寄生虫病，严重危害人类健康，阻碍社会经济发展。该疾病在发达国家相对得到控制，但仍在大多数发展中国家肆虐，我国的长江流域地区和南方省份是血吸虫病的重灾区。

 

2、钉螺是日本血吸虫唯一的中间宿主，在南水北调江苏扬州段采集湖北钉螺送往山东微山湖繁殖12代，与初代湖北钉螺相比，壳形和种群变化明显。如果血吸虫毛蚴在螺体体内通过自然环境过程完成发育，进阶感染阶段的尾蚴并侵入小鼠，对研究血吸虫的生物学和生活史具有重要意义。来自湖北和微山的两种中间寄主的日本血吸虫成虫标本发育过程中蛋白质组的研究很少。

3、蛋白质组学研究已广泛应用于病毒、细菌和寄生虫等领域，不仅可以为细胞生物学提供证据，还可以阐明疾病的分子机制。以往对日本血吸虫蛋白质组学的研究均采用二维凝胶电泳，与二维凝胶电泳相比，iTRAQ更适合于差异蛋白（DEPs）的比较和鉴定。

 

二、研究手段

 

从湖北钉螺（O. hupensis）和微山钉螺（O. weishan ）取出日本血吸虫的尾蚴，将20尾来自不同中间宿主的尾蚴分别感染小鼠，感染50天后，处死小鼠，从肠系膜中分离雌雄成虫，并对成虫进行蛋白质组学分析。

三、研究结果

1、不同中间宿主间的差异

 

与湖北钉螺相比，微山湖地区的钉螺体型变小，壳变薄（图1）。同时，微山钉螺能适应山东的低温环境，而湖北钉螺不能适应北方的低温环境。PCR扩增了O.hupensis和O.Weishan保守的5.8S基因序列，基因测序和进化树证实O.Weishan与O.hupensis间存在一定差异（图2）。

图1 不同中间宿主外观差异（左：湖北钉螺；右：微山钉螺）

图2 进化树

 

2、不同宿主间比较蛋白质分析

SDS-PAGE结果显示，不同宿主同性别间的蛋白存在微小差异（图3）。本次共鉴定到蛋白2364个，1901个蛋白被定量（图4）。雌性成虫中有68个DEPs，其中T_FM/CK_FM组有24个上调蛋白和44个下调蛋白;雄性成虫中有55个DEPs，其中T_M/CK_M组有25个上调蛋白和30个下调蛋白（图5、6）。

图3 不同宿主间SDS-PAGE电泳图

（注：T-M及T-FM:O. weishan雄性及雌性成年血吸虫；CK-M及CK-FM：O.hupensis雄性及雌性成年血吸虫，下同）

图4 定量蛋白分布

图5 差异蛋白分布（T_FM-vs-CK_FM）

图6 差异蛋白分布（T_M-vs-CK_M）

利用GO分析对DEPs的细胞成分、分子功能、生物学过程和亚细胞定位进行分类。雌虫68个DEPs与9个细胞成分相关，而雄虫有73个DEPs与10个细胞成分相关。分子功能上，雌虫DEPs涉及结合、分子传感器活性和催化活性；而雄虫则涉及分子功能结合、结构分子活性、转运蛋白活性等。生物过程上，雌虫DEPs涉及定位、生物调节、代谢过程等，雄虫DEPs参与9个生物过程，包括生物调节、代谢过程、刺激反应等。结果表明，雄虫DEPs种类明显多于雌虫，包括信号转导和生物过程的正向调控（图7）。亚细胞分析结果表明，雌虫DEPs主要分布在细胞质、细胞核、细胞质和细胞核以及胞外，而雄虫的DEPs主要分布在细胞质、胞外以及细胞膜上（图8）。

图7 差异蛋白GO分类（左：雌性；右：雄性）

图8 差异蛋白亚细胞定位分析（左：雌性；右：雄性）

为更好地对差异蛋白进行表征，对各组差异蛋白进行GO富集分析。细胞成分分析结果显示，雌虫的DEPs显著富集在蛋白质-DNA复合物、核小体、DNA包装复合物和染色质上（图9A），而雄虫的DEPs富集在胞外区域（图9 B）。

图9 差异蛋白GO细胞成分富集分析

分子功能分析结果显示，雌虫的DEPs显著富集在氧化还原酶活性、氧化铁酶活性、铁离子结合及氧化铁铁结合上（图10A），而雄虫的DEPs则富集在谷胱甘肽转移酶活性、一类过氧化物酶活性、钙依赖性磷脂结合等（图10B）。

图10 差异蛋白GO分子功能富集分析

生物过程分析结果显示，雌虫的DEPs显著富集在细胞稳态、稳态过程和过渡金属离子稳态（图11A），而雄虫的DEPs则富集在肌动球蛋白结构组织及蛋白质折叠上（图11 B）。

图11 差异蛋白GO生物过程富集分析

对差异蛋白进行KEGG富集分析，结果表明，雌虫的DEPs显著富集在矿物质吸收、抗原抗原处理和呈递和氨基酸生物合成（图12A），而雄虫的DEPs则富集在药物代谢（细胞色素P450）、溶酶体和过氧化物酶体等（图12 B）。雌虫的DEPs与矿物质吸收相关，而雄虫中并未出现，表明矿物质吸收在日本血吸虫雌性成虫中起着重要作用。

图12 差异蛋白KEGG富集分析

四、结论

生物信息学分析表明，在两个中间寄主发育后，雌性和雄性成虫的DEPs存在显著差异，其中一些DEPs可能在信号通路和营养代谢中发挥重要作用。比较蛋白质组学为了解血吸虫的发育机制以及血吸虫与寄主之间的关系提供了新的视角。

 

 

 

编辑：Miao.D

审核：Tao Li

 

参考文献

Liu G, Miao F, Wang Y, Kou J, Yang K, Li W, Xiong C, Zhang F, Wang X, Yan H, Wei C, Zhao C, Yan G. Comparative proteomics analysis of Schistosoma japonicum developed in different Oncomelania snails as intermediate hosts. Front Cell Infect Microbiol. 2022 Nov 1;12:959766.