《Current Opinion in Immunology》：Beyond the static lab: environmental variability in genetically modified mosquito target gene identification for malaria control
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本综述聚焦基因修饰蚊(GMM)研发的关键环节，指出当前靶基因筛选多基于恒温恒湿的静态实验室环境，与自然界多变的气候条件存在显著差异。文章强调，环境因素（如温度、湿度）通过影响按蚊(Anopheles)生理、先天免疫(innate immunity)及疟原虫(Plasmodium)发育，直接调控媒介能量(vector competence)。忽视环境变异性可能导致GMM在真实场域中的传播阻断效能打折扣。作者呼吁在上游基因发现阶段即引入动态环境模拟，尤其在气候变化加剧的背景下，此举对开发稳健的GMM至关重要。
引言
疟疾是由疟原虫(Plasmodium)引起、经雌性按蚊(Anopheles)传播的毁灭性疾病。尽管对按蚊-疟原虫相互作用的认知不断深入，疟疾仍是全球重大公共卫生危机。基因修饰蚊(GMM)为疟疾控制提供了新途径，其策略主要包括通过种群抑制减少蚊虫数量，或通过种群替换/修饰使野生蚊群对疟原虫产生抗性。
媒介控制：经典与新兴工具
室内滞留喷洒(IRS)和杀虫剂处理蚊帐(ITNs)等基于杀虫剂的干预措施是疟疾预防的基石。然而，按蚊对杀虫剂的抗性日益严重，促使人们探索新型控制方法。吸引性有毒糖饵(ATSBs)、伊维菌素(ivermectin)以及Chromobacterium sp. Panama (Csp_P)等生物杀虫剂正处于实验室和田间试验阶段。尽管全球疟疾防控资金在2023年达到40亿美元，但不断上升的病例数表明，当前措施不足以实现疟疾消除目标，亟需像GMM这样的变革性技术。
工程化抗疟原虫蚊子：先天免疫、宿主因子与外源效应因子
CRISPR/Cas9等基因编辑工具及基因驱动(gene drive)系统的发展，加速了按蚊功能基因组学研究和GMM的构建。按蚊缺乏适应性免疫，其对抗疟原虫等病原体主要依赖先天免疫系统。激活先天免疫信号通路可产生抗病原体效应分子，这是媒介能量——蚊子传播疟疾寄生虫能力的主要决定因素。因此，先天免疫系统是构建抗疟原虫GMM的主要靶标。
目前策略包括：1）过表达限制因子（如Imd通路转录因子REL2、TEP1r、FBN9）；2）敲除(KO)宿主因子（如FREP1、CTL4）；3）表达外源效应分子（如单链抗体scFvs、抗菌肽AMPs magainin 2/melittin）。尽管取得进展，但构建对人类疟原虫完全无效的GMM仍面临挑战。
“实验室到现场”的差异
GMM研发的一个关键问题是，大多数基础研究（从识别抗疟原虫基因到评估GMM功效）都在标准化的静态实验室条件下进行（通常为27°C，75%相对湿度）。这与自然界中蚊子和病原体所经历的动态环境条件相去甚远。例如，在疟疾负担最重的尼日利亚索科托地区，昼夜温差可超过10°C，湿度变化达34%。这种“实验室到现场”的差异是一个至关重要的关切点，气候变化的加剧使其更为紧迫。
虽然大量文献和指南强调在自然环境中评估GMM性能的重要性，但这种考虑往往在最初识别和验证靶基因的上游实验室研究中缺失。将现实的环境变异性整合到这些基础研究中，对于开发在气候多变世界中有效的GMM至关重要。
环境对蚊子生物学的影响：超越温度
气候变化是二十一世纪的关键全球挑战之一。非洲大陆承受着全球94%的疟疾病例和95%的死亡，其面临的挑战可能因气候变化而加剧。气温上升预计会改变蚊子丰度，并改变按蚊的地理分布。
作为变温动物，环境温度决定了蚊子的体温，影响其生理、代谢活动、生活史特征（生长速率、繁殖、寿命、叮咬率等）。因此，气候变化下的温度模式改变预计将显著影响媒介能力和疟疾传播强度。
当前实验室研究的一个显著局限是主要关注温度，而对其他关键环境因素（如湿度）重视不足。湿度是蚊子发育、生存、分布及其媒介能力的关键决定因素，但其对按蚊生理的影响却被忽视。
GMM功效：在早期实验室研究中引入现实环境场景
环境因素可能通过多种方式影响GMM策略。本综述重点关注传播阻断机制的功效，这取决于在GMM开发初期确定的抗寄生虫基因工程盒（包括转基因、启动子、标记物）的持续表达和功能。
研究表明，关键的、已被用于转基因载体的按蚊抗疟原虫基因和宿主因子的表达水平，以及GMM中常用的驱动转基因表达的启动子的活性，均受到每日温度和湿度变化的影响。这表明，通常在稳定的实验室固定温湿度条件下优化的GMM功效，会受到自然环境变化的显著调节。
转基因寄生虫阻断机制的功效不仅取决于基因工程盒本身，还取决于其与蚊子生理和寄生虫生物学的相互作用。环境因素深刻影响蚊子的健康参数。重要的是，温度也影响疟原虫的感染性和其发育成为可传播所需的时间（外潜伏期）。环境温湿度等气候因素的变化可能改变寄生虫挑战的时间或强度，也可能直接影响转基因本身的活性和表达动态。
在基因发现初期，应评估一系列环境影响因素的个体贡献，例如食物来源的可用性和质量可以影响先天免疫基因的表达，环境微生物群也会影响免疫力和媒介能力。
结论
GMM的实施将是疟疾控制领域的革命性进展。从实验室到现场部署的旅程需要考虑自然多变的环境条件。在靶基因鉴定的初始研究中持续使用静态气候设置，对GMM蚊子的转化成功构成风险。超越恒定温度，引入包括多种环境压力因素在内的动态气候模式，将为基于昆虫饲养室的研究提供更现实的见解。为确保遗传控制策略发挥其全部潜力，未来的研究应包括在模拟自然环境的波动环境场景下识别和评估按蚊遗传靶点候选物。考虑到气候变化日益加剧的影响，这些考虑尤为重要。
