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Nature:揭示Dantu血型的人红细胞表面张力增加可预防疟原虫入侵

日期:2020-09-29 23:00:28 来源: 生物谷 点击:

在一项新的研究中,来自英国韦尔科姆基金会桑格研究所和剑桥大学等研究机构的研究人员首次揭示了Dantu血型如何帮助预防疟疾的秘密。他们发现具有罕见Dantu 血型的人的红细胞具有较高的表面张力,可以防止世界上最致命的疟原虫---恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)---入侵它们。相关研究结果于2020年9月16日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Red blood cell tension protects against severe malaria in the Dantu blood group”。
图片来自CC0 Public Domain。

这些发现在更广泛的抗击疟疾的斗争中也可能具有重要意义。鉴于人类红细胞的表面张力会随着年龄的增长而增加,因此有可能设计出模仿这一自然过程的药物来预防疟疾感染或减轻它的严重程度。

疟疾仍然是一个主要的全球健康问题,每年造成约435000人死亡,其中61%发生在5岁以下的儿童身上。恶性疟原虫可导致最致命的疟疾形式,在非洲特别流行,占2017年非洲疟疾病例的99.7%,占全球疟疾死亡人数的93%。

2017年,科学家们已发现,仅在东非部分地区经常发现的罕见Dantu 血型,可以在一定程度上保护人们免受严重的疟疾。这项新研究的目的就是要解释其中的原因。

从肯尼亚基利菲(Kilifi)小镇的42名健康儿童身上收集了红细胞样本,这些儿童具有一个、两个或零个Dantu基因拷贝。随后,这些研究人员在实验室中观察了疟原虫入侵这些红细胞的能力,他们使用包括延时视频显微镜在内的多种工具来确定入侵受损的具体步骤。

对红细胞样本特征的分析表明,Dantu 血型让红细胞具有较高的表面张力。在一定的张力下,疟原虫无法再进入红细胞,从而停止了它们的生命周期和阻止了它们在血液中的繁殖能力。

论文共同第一作者Silvia Kariuki博士说,“疟原虫利用一种特殊的‘锁-钥’机制侵入到人红细胞中。当我们着手解释Dantu 血型如何保护红细胞免受这些疟原虫的侵害时,我们原本期待会发现这种分子机制的工作方式发生了微妙的变化,但事实证明答案更为基本。Dantu 血型实际上略微增加了红细胞表面的张力。这就像疟原虫仍然有锁的钥匙,但门太重了,它打不开。”

Dantu血型有一种新型的在红细胞表面上表达的“嵌合”蛋白,并改变其他表面蛋白的平衡。在肯尼亚海岸的基利菲小镇,10%的人口有一个Dantu基因拷贝,它赋予了高达40%的疟疾保护。1%的人口有两个Dantu基因拷贝,可提供高达70%的保护。相比之下,目前最好的疟疾疫苗仅能提供35%的保护。

鉴于人类与疟疾一起进化了数万年,重灾区的一些人对这种疾病产生了基因抗性。最著名的例子是镰状细胞性状,它赋予了80%的疟疾抵抗力,但对于那些有两个基因拷贝的人来说,会导致严重的疾病。目前没有证据表明Dantu基因会伴随着其他的健康并发症。

论文共同第一作者 Alejandro Marin-Menendez博士说,“我们在疟疾最流行的地区看到了最具保护性的适应性,这一事实告诉我们这些疟原虫是如何影响人类进化的。疟疾仍然是一种极具破坏性的疾病,但是像镰状细胞性状和Dantu基因这样的进化适应性可能部分解释了为什么死亡率比感染率低得多。我们与疟原虫作斗争的时间和人类存在的时间一样长,因此可能还有其他适应性和机制有待发现。”

这些研究人员认为,这项研究最重要的意义之一源于人类红细胞的表面张力会自然地发生变化,一般在它们的大约90天的寿命内会增加。这意味着在我们所有的红细胞中,有一部分对疟原虫感染具有天然的抵抗力,也许可以开发出利用这一过程的药物。

论文共同第一作者Viola Introini博士说,“对Dantu基因如何防止疟疾的解释可能非常重要。红细胞膜只需要比平时稍微张得更紧一点,就能阻止疟原虫入侵。开发一种能够模拟这种张力增加的药物可能是预防或治疗疟疾的一种简单而有效的方法。当然,这取决于细胞张力的增加不会产生意想不到的后果。但是,已在具有Dantu基因的人身上观察到的天然保护的证据表明似乎没有负面的副作用,因此这一方法是有前景的。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Silvia N. Kariuki et al. Red blood cell tension protects against severe malaria in the Dantu blood group. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2726-6.

2.How Dantu Blood Group protects against malaria—and how all humans could benefit
https://medicalxpress.com/news/2020-09-dantu-blood-group-malariaand-humans.html


(责任编辑:xsq)

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