大家好我是王敬文，来自复旦大学。
首先要感谢热心肠给我提供这样一个平台，让我能和大家一起分享一下我们课题组关于虫媒和其共生菌的代谢互作的相关研究。
虫媒是一类主要通过吸血、叮咬，在人和动物之间传播疾病的医学节肢动物。
蚊虫是第一大传播媒介，可以传播疟原虫、登革热病毒、寨卡病毒等病毒。而蜱虫是仅次于蚊虫的第二大传播媒介，它传播的病原体的种类非常多，包括巴贝虫、伯氏疏螺旋体等等。
我们实验室就以致病性最高的蚊虫和蜱虫为主要研究对象，来探索它们和病原体的互作机制，以及它们和体内共生微生物的一些互作机制。
虫媒除了携带上述病原体之外，所有的虫媒都携带有共生菌。这些共生菌是决定虫媒传播病原体能力的关键因素。
目前已知的共生菌影响病原体传播的机制有以下几个：第一，它可以通过直接分泌活性物质来杀死病原体；第二，它可以通过调节虫媒的免疫系统来影响病原体的感染。
但是共生菌的另外一个主要作用，是参与虫媒的代谢。它们的代谢作用是否影响病原体的传播并不清楚。
虫媒的主要食物之一就是血液，它们需要通过血液获得丰富的氨基酸。
色氨酸对于哺乳动物和虫媒来说，是一种必需氨基酸。它除了作为结构氨基酸来参与蛋白质的合成之外，它还可以代谢成多种信号分子，对机体起到了非常重要的作用。
色氨酸的代谢可以分为3个通路：犬尿氨酸途径、5-羟色胺途径和吲哚途径。在哺乳动物的研究中显示，肠道菌参与了上述三种途径的代谢。
那么在蚊虫中色氨酸的代谢是怎么样的呢？
我们前期利用靶向代谢组的方法也进行了分析发现，与哺乳动物类似，蚊子也含有3种代谢通路——犬尿氨酸、5-羟色胺和吲哚。
共生菌在这个过程中起到了什么样的作用？接下来是我们要研究的一个问题。
我们前期用抗生素处理的方法来除掉蚊虫中主要的共生菌，然后与正常的携带共生菌的蚊虫进行比较。我们发现，抗生素处理的蚊虫以下代谢物发生了累积，包括犬尿氨酸、3-HK（3-羟基犬尿氨酸）和XA（黄尿酸）。这些代谢物质都富集到了犬尿氨酸代谢通路上，这说明肠道菌参与了蚊虫的色氨酸代谢。
因为前期研究已经表明，抗生素处理的蚊虫对疟原虫的易感性会显著增加。而我们的研究显示，蚊虫的共生菌可以参与色氨酸代谢。那么我们就推测，是否这些色氨酸代谢产物也会影响到蚊虫中疟原虫的感染。
于是我们给蚊虫饲喂了色氨酸以及犬尿氨酸代谢通路中的5种主要的代谢物。
我们发现，只有喂食了色氨酸和3-羟基犬尿氨酸也就是3-HK以后，能显著增加疟原虫卵囊的数量。
进一步的机制研究表明，3-羟基犬尿氨酸也就是3-HK，它可以破坏Peritrophin1（Per1，围食膜因子）这个蛋白的水平。Peritrophin1是蚊虫围食膜（PM）的一个主要结构蛋白。
我们进一步研究也发现，3-HK可以通过破坏Peritrophin1这个蛋白的水平，破坏蚊虫的围食膜。蚊虫的围食膜，就类似于哺乳动物肠道的肠黏膜，它起到了一个物理屏障作用。
接下来我们就想知道，蚊虫中哪一类的共生菌参与了3-HK的代谢。
于是我们就对实验室品系里面的蚊虫的肠道菌做了一个分析发现，假单胞菌属（Pseudomonas）、罗氏菌属（Roseburia）都含有KynB和KynU蛋白。KynB主要是负责把N-甲酰基犬尿氨酸就是FK，代谢成为Kyn；而KynU主要是负责降解Kyn、3-HK，生成相应的邻氨基苯甲酸和3-HAA。
我们在实验室条件下也分离了丰度比较高的一类假单胞菌，叫产碱假单胞菌。对它进行了重测序发现，它含有7个和色氨酸代谢相关的基因，当然它也含有KynU。
进一步为了验证产碱假单胞菌能够代谢3-HK，我们把它回补到抗生素处理的蚊虫。
我们发现，在无菌的蚊虫定植产碱假单胞菌以后，它会促进PM的形成。然后再一次测定了色氨酸的代谢产物就发现，3-HK的水平发生了显著的下降。
为了进一步证明产碱假单胞菌的犬尿氨酸酶就是KynU，可以负责代谢3-HK，我们就把这个酶给突变掉，再回置到抗生素处理的蚊虫。
与野生型的产碱假单胞菌也就是P.a.WT相比较，我们可以发现，3-HK的水平发生了显著的恢复。进一步证明犬尿氨酸酶就是KynU，确实负责代谢3-HK。
接下来，我们进一步检测了KynU蛋白突变是否对围食膜产生影响。
我们用Western Blot的方法，同样检测了Per1蛋白的表达水平。我们发现定植了KynU突变株的P.a.，它维持Per1表达的能力发生了缺失，同样它对疟原虫的抑制作用也发生了显著的降低。
下面进行一个小结。
我们发现蚊虫肠道共生菌参与色氨酸代谢，而3-HK起到一个破坏围食膜结构，以促进疟原虫感染的作用。
蚊虫的肠道菌产碱假单胞菌，它可以编码KynU，负责把对围食膜有破坏作用的3-HK代谢掉，起到保护围食膜、抵抗疟原虫感染的作用。
除了蚊虫之外，我们实验室所关心的另外一种媒介，就是蜱虫。
蜱虫的发育阶段和蚊虫有显著的不同。它的每个发育阶段只吸血一次，而且它是一种专性吸血的节肢动物。每次吸血，它的吸血量可以达到自身体重的百倍。
蜱虫也含有共生菌，它主要的共生菌就是柯克斯体属（Coxiella）。主要分布在蜱虫的马氏管和卵巢，马氏管就类似于哺乳动物的肾。
我们发现，用抗生素也就是四环素TET，降低它体内的共生菌水平的时候，这些蜱虫竟然不吸血了。
其中的机制是什么呢？我们做了一个转录组的分析发现，在抗生素处理的蜱虫，富集到的显著下调的前20个信号通路中，其中有6个都是跟氨基酸代谢有关。这表明，Coxiella在调节蜱虫的氨基酸代谢中起到了非常重要的作用。
然后我们进一步又回到了Coxiella的基因组去分析一下，它是否有一些信号通路和氨基酸代谢有关。
我们就发现，Coxiella含有完整的莽草酸的代谢通路，它可以用于分支酸的合成。而分支酸是芳香族氨基酸色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸的前体。
然后在这些6个代谢发生显著变化的氨基酸，其中3个都属于芳香族氨基酸。
然后我们就猜测，可能是由于Coxiella的水平降低，导致它所合成的分支酸水平的降低，使下游的芳香族氨基酸水平进一步降低，从而影响了蜱虫的吸血能力。
为了验证我们的假设，我们首先把分支酸回复到抗生素处理的蜱虫发现，回复分支酸可以恢复蜱虫的吸血能力。进一步我们又回复了它下游的色氨酸和苯丙氨酸发现，色氨酸可以恢复蜱虫的吸血能力。
由于色氨酸下游又有两条代谢通路，我们分别把5-羟色胺通路的关键代谢物5-羟色胺，以及犬尿氨酸代谢通路的主要代谢物犬尿氨酸，回复到抗生素处理的蜱虫。
我们发现，只有回复5-羟色胺可以恢复蜱虫的吸血能力。
那么分支酸是如何通过影响5-羟色胺来影响蜱虫吸血的？
我们又去分析了共生菌的基因组和蜱虫的基因组发现，无论是Coxiella还是蜱虫，都没有从分支酸到色氨酸合成的相关的基因。
然后进一步的机制研究我们发现，当用NSD这个抑制剂来抑制其中的一个酶AAAD（芳香族L-氨基酸脱羧酶）的时候，你再加分支酸就无法促进5-羟色胺的合成，也无法恢复蜱虫的吸血能力。
这个结果就说明，分支酸是通过调控5-羟色胺合成通路的一个酶AAAD的活性，来促进5-羟色胺的合成。
由于在哺乳动物中，5-羟色胺分为中枢性的5-羟色胺和外周的5-羟色胺。在蜱虫，5-羟色胺的分布是怎样？到底是哪一部分的5-羟色胺在促进蜱虫吸血过程中起到了重要的作用呢？
我们进一步又解剖了蜱虫的不同组织，如合神经节、中肠、唾液腺、卵巢和马氏管。我们发现5-羟色胺在这些组织中都有表达，上图中绿色的信号表示。
然后我们又分析了抗生素也就是四环素处理的蜱虫，发现在合神经节和中肠，5-羟色胺的水平发生了显著的下降。然后我们又用分支酸来处理这些蜱虫发现，当回复了分支酸以后，合神经节和中肠的5-羟色胺的信号又发生了恢复。
这个结果就说明，合神经节和中肠的5-羟色胺起到了调控蜱虫吸血的作用。
总结一下我们上述的研究内容。
首先我们发现了，共生菌的Coxiella减少抑制了蜱虫的吸血能力。
我们也发现，5-羟色胺在调节蜱虫吸血过程中起到了重要的作用。
最后我们发现，其中的机制是Coxiella所衍生出的分支酸促进了5-羟色胺的合成，从而影响了蜱虫的吸血。
思想家魏源曾经说过一句话“师夷长技以制夷”。我们现在也就是正在从通过对虫媒肠道微生物的学习，最终研发出如何控制蜱虫传病的方法。
谢谢大家！
