读特客户端·深圳新闻网2022年7月4日讯(记者 李旖露)记者从深圳湾实验室获悉,6月30日,程功教授团队在国际学术期刊《细胞》(Cell)在线发表了题为“A volatile from the skin microbiota of flavivirus-infected hosts promotes mosquito attractiveness”(《皮肤共生微生物来源的一种气味挥发物促进黄病毒感染宿主吸引蚊虫》)的研究论文。该研究发现,人体气味是调控蚊虫行为的关键因素。据介绍,《自然》(Nature),《科学》(Science)均就该成果发表专题报道。
自然界的蚊媒病毒有数百种之多,可由蚊虫携带并传播给人类及动物宿主,引起病毒性脑炎、脑膜炎及出血热等严重疾病。近二十年来,以登革病毒、寨卡病毒、基孔肯亚病毒、西尼罗病毒为代表的新发及再发蚊媒病毒在全世界流行。由于登革病毒等重要蚊媒病毒的致病机制特殊,其感染或免疫后产生的抗体具有增强感染的作用(抗体依赖增强效应,ADE效应),使得传统的传染病预防(疫苗)及治疗(药物)策略研发受阻。据介绍,当前多数烈性蚊媒病毒均无有效疫苗和针对性治疗药物,科学界亟需深入研究蚊媒病毒在自然界中流行传播的基本原理,并研发新型防控策略阻断病毒在世界范围内的大规模传播。
在这项研究中,程功教授团队发现,人体气味是调控蚊虫行为的关键因素。蚊虫的嗅觉神经系统可感知一种来源于感染者的特征性气味分子,高效率定位感染者,随后叮咬并取食带有病毒的血液,导致病毒在“宿主-蚊虫”之间高效传播。人体气味的主要来源是皮肤微生物,通过调控皮肤微生物,重塑感染者的气味,可影响蚊虫的嗅觉感知。据此,团队进一步提出了一种通过皮肤微生物来调节宿主气味、阻断蚊媒病毒在自然界中快速传播的方法。
具体而言,在此项研究中,研究人员建立了两套经典的行为学装置,发现登革病毒和寨卡病毒感染的小鼠明显更加吸引埃及伊蚊及白纹伊蚊。研究者发现宿主气味的改变是导致感染宿主吸引蚊虫的决定性因素。进一步研究结果显示,小鼠在蚊媒病毒感染后,可大量释放一种挥发性小分子——苯乙酮 (Acetophenone),苯乙酮可有效激活蚊虫的嗅觉神经系统,增强蚊虫对感染小鼠的行为趋向。
(通过补充维生素A类药物,重塑感染个体皮肤微生物的苯乙酮释放,降低蚊媒病毒传播循环效率。深圳湾实验室供图)
研究人员发现,人体或动物释放的苯乙酮主要来源于体表的皮肤共生微生物,它是一种典型的细菌代谢产物。在去除皮肤共生微生物后,感染小鼠就会失去对蚊虫更强的吸引作用。进一步研究显示,登革病毒及寨卡病毒感染可导致宿主皮肤表面芽孢杆菌属(Bacillus spp.)细菌的丰度明显上升,而皮肤芽孢杆菌具有代谢产生大量苯乙酮的能力。至此,研究人员揭示了蚊媒病毒感染者吸引蚊虫叮咬的原因:病毒感染提高了人体皮肤中特定细菌的比例,显著提高了感染者的苯乙酮释放能力,从而明显提高了蚊虫对感染宿主的行为趋向。
由于在蚊媒病毒传染病流行初期,感染者在人群中的比例仅有千分之一、甚至更低,因而研究团队推测在感染者口服维生素A类药物后,蚊虫无法通过苯乙酮的气味来区分感染者与非感染者,这样可以大大降低蚊虫取食感染者血液并感染的几率,使蚊媒病毒在自然界中无法高效建立“宿主-蚊”的传播循环过程。据此,研究团队提出一种防治蚊媒病毒传染病的新策略:在登革热及寨卡热等蚊媒病毒传染病流行的疫区,可对感染者广泛补充维生素A或相关药物,重塑感染者皮肤微生物挥发的气味,大幅降低蚊媒病毒传播循环效率,有效防止蚊虫携带并传播病毒。基于以上发现,可对特定感染人群补充维生素A或相关药物,避免蚊媒病毒传染病的大规模传播流行。
程功教授为本论文通讯作者。清华大学医学院博士后张虹、助理研究员朱毅斌为本论文共同第一作者。