《Journal of Advanced Research》：Sporoplasm: The initial cell in microsporidia life cycle
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本文系统综述了微孢子虫生活周期中的关键感染单元——芽孢质的最新研究进展，重点阐述了其超微结构特征（如多层交织网络MIN）、膜起源（推测来源于极膜层）、基因表达谱（如核糖体基因上调）及与宿主细胞的相互作用机制（如通过极管PTPs与宿主受体结合），为阐明微孢子虫感染机制及遗传操作系统的建立提供了重要理论框架。
引言
微孢子虫是一类专性细胞内寄生的单细胞真核生物，可感染几乎所有动物。在适宜环境刺激下，孢子通过弹出极管（PT）将芽孢质注入宿主细胞，从而开启感染进程。作为微孢子虫感染和增殖的初始细胞，芽孢质在其生活史中扮演着关键角色。近年来，随着冷冻电镜（Cryo-EM）和单细胞RNA测序等技术的应用，芽孢质研究取得了显著进展。
芽孢质的结构特征
芽孢质通常由一层细胞膜包裹，内含单核或双核结构，以及核糖体、囊泡等细胞质成分。扫描电镜（SEM）观察显示，家蚕微孢子虫（Nosema bombycis）的新生芽孢质以伞状附着于极管顶端。透射电镜（TEM）进一步揭示其膜结构电子密度较低，而细胞核电子密度较高。芽孢质表面常存在一种特殊的多层交织网络（MIN）结构，由多个管状和囊泡状结构组成，可能起源于高尔基体，并在维持芽孢质完整性中发挥作用。
芽孢质细胞膜的起源与特性
关于芽孢质膜的起源，以往研究提出可能来源于孢子内的极膜层。近期研究发现，孢子萌发后，孢子质膜残留于空壳内，而极膜层通过极管被运至孢子外。免疫标记实验显示，芽孢质膜蛋白定位于成熟孢子的极膜层区域，且高尔基体标志蛋白Syntaxin 6（STX6）在极膜层和芽孢质膜上均有特异性定位，支持芽孢质膜源于极膜层的观点。芽孢质膜在组成上亦显独特，如不能被麦胚凝集素（WGA）标记，提示其可能有助于逃逸宿主免疫识别。
芽孢质阶段的基因表达特征
转录组分析表明，芽孢质阶段呈现保守的基因表达模式。在家蚕微孢子虫中，芽孢质高表达基因包括膜蛋白Ycf1、核糖体相关蛋白、分子伴侣、蛋白激酶等。同时，糖代谢相关基因（如海藻糖合成、糖酵解途径关键酶）表达下调，而核酸代谢基因上调，提示芽孢质可能抑制自身糖代谢，依赖宿主提供能量。多种转运蛋白基因（如ADP/ATP载体蛋白、机械敏感通道蛋白MscS）的上调，则有利于从宿主摄取营养。
芽孢质在感染过程中的相互作用
芽孢质通过两种主要方式进入宿主细胞：一是极管直接刺穿宿主细胞膜注入细胞质；二是极管与宿主膜形成入侵突触，芽孢质被内吞形成寄生泡（PV）。研究发现，极管蛋白（PTPs）如PTP1与宿主甘露糖结合蛋白（MBPs）结合，PTP4与转铁蛋白受体1（TfR1）互作，可能激活网格蛋白介导的内吞作用。芽孢质表面蛋白（如EhSSP1）可与宿主线粒体膜电压依赖性阴离子通道（VDAC）互作，可能协助微孢子虫获取宿主能量。
家蚕微孢子虫芽孢质的分离与体外培养
芽孢质可作为遗传操作的理想材料。通过诱导孢子萌发并结合Percoll密度梯度离心，可分离出家蚕微孢子虫芽孢质。在含有ATP、NTPs等成分的无细胞培养基中，芽孢质可短期维持活性并进行DNA复制，但尚未实现向繁殖体（meront）的发育转化，提示当前培养体系仍需优化。
总结与展望
未来研究将聚焦于：①利用结构生物学技术解析极膜层等感染装置的高分辨率结构；②揭示芽孢质与宿主相互作用的分子网络（如受体识别）；③基于CRISPR/Cas9或RNAi技术建立微孢子虫遗传操作体系。芽孢质作为研究突破口，将深化对微孢子虫致病机制的理解，并为防控微孢子虫病提供新策略。
