通过转录组学和代谢组学分析，阐明了E. granulosus原囊壳蛋白对宿主免疫细胞的影响

《Veterinary Microbiology》：The effects of E. granulosus protoscoleces proteins on host immune cells were elucidated through transcriptomic and metabolomic analyses

宿主免疫代谢重编程与原头节蛋白免疫逃逸机制研究。通过整合转录组、代谢组学及免疫学分析，揭示了Echinococcus granulosus原头节蛋白（PSCs）通过抑制PI3K-Akt信号通路并激活Th9细胞因子轴（IL-9/IL-4-TGF-β），调控宿主免疫代谢重编程，包括核苷酸补救途径激活和抗氧化防御减弱，形成免疫耐受微环境以促进寄生虫持续感染。

Kalibixiati Aimulajiang|夏晨|Mayire Aizezi|周丹芳|郝文

中国新疆医科大学第一附属医院临床医学研究所，中亚高发疾病发病机制、预防与治疗国家重点实验室，乌鲁木齐，新疆830011

摘要

颗粒状棘球绦虫（E. granulosus）的原头节（PSCs）通过复杂的免疫代谢机制显著调节宿主的免疫逃逸，但这些机制尚未得到充分研究。本研究结合转录组学、代谢组学和免疫学分析，揭示了PSCs蛋白驱动的免疫调节机制。免疫荧光和CCK-8检测显示，PSCs蛋白能够以剂量依赖的方式抑制淋巴细胞的存活，低/中等浓度下可选择性增强IL-9和IL-4的分泌，而持续的TGF-β上调与剂量增加相关。转录组分析鉴定出1840个差异表达基因（DEGs），这些基因主要参与苯丙氨酸代谢和免疫代谢途径（KEGG/GO），同时代谢组学检测到12个代谢物的异常变化，表明涉及嘧啶生物合成和胆红素介导的氧化应激抑制。多组学数据的整合揭示了一个协调的代谢-基因网络：PSCs蛋白抑制PI3K-Akt信号通路，同时激活Th9细胞因子轴（IL-9/IL-4-TGF-β），导致免疫代谢重编程，表现为核苷酸 salvage途径的激活和抗氧化防御的减弱。这些过程共同重塑了一个免疫耐受的微环境，促进了寄生虫的持续存在。我们的发现系统地阐述了PSCs蛋白如何通过多靶点免疫代谢相互作用来破坏宿主的防御机制，为针对囊性棘球蚴病的新型治疗策略提供了依据。

引言

颗粒状棘球绦虫是一种人畜共患病，由E. granulosus寄生虫引起，在大多数国家和地区仍然呈地方性流行，尽管某些国家已成功根除该病（Wen et al., 2019b）。在地方性流行区，囊性棘球蚴病的年发病率低于每10万人1-200例。该病主要影响并损害目标器官，尤其是肝脏（70%）和肺部（20%）。其他受影响的器官包括大脑、脾脏、肾脏和心脏（Kern et al., 2017, McManus et al., 2012, Wen et al., 2019a）。已知这些寄生虫会向宿主体内释放ESPs，这些物质具有强大的免疫调节作用，并对宿主免疫系统产生广泛影响（Aimulajiang et al., 2021）。此外，E. granulosus的原头节蛋白可作为诊断抗原，用于检测感染患者的血清抗体，具有显著的免疫原性（Ben Nouir et al., 2008）。另一项研究发现，PSCs衍生的重组蛋白rEgTIM与rEgANXB3、rEgADK1与rEgEPC1以及rEgFABP与rEgA31的组合可抵抗E. granulosus感染（Shao et al., 2023b）。PSCs蛋白的粗提物也被用作终末宿主的疫苗（Shao et al., 2023a）。PSCs蛋白的存活能力对囊性棘球蚴囊肿的发育至关重要（Zheng et al., 2024），并受宿主物种和免疫反应的影响（Hidalgo et al., 2019）。然而，PSCs蛋白的确切生物学功能和免疫学特性尚不明确。

转录组学和代谢组学技术已被用于研究棘球蚴病的免疫病理学和细胞功能（Guo et al., 2021a, Pereira et al., 2022, Zhang et al., 2021）。许多转录组学研究专注于E. granulosus原头节的差异表达模式（Pan et al., 2014）、可变剪接事件（Liu et al., 2017）以及参与向成虫或囊状形态转变的基因（Bai et al., 2020, Fan et al., 2020）。代谢组学分析显示苯丙氨酸代谢与囊性棘球蚴病的发病机制密切相关（Zhu et al., 2021），并证实E. granulosus原头节感染会诱导小鼠B细胞的代谢重编程（Guo et al., 2021b）。然而，这些研究尚未探讨PSCs蛋白对宿主免疫细胞功能的影响或与免疫调节相关的基因差异表达。

寄生虫介导的免疫逃逸通常涉及劫持宿主的保守信号通路。例如，在血吸虫感染中，可溶性卵抗原（SEAs）会激活肝星状细胞中的Wnt/β-连环蛋白信号通路，通过TGF-β和结缔组织生长因子（CTGF）诱导纤维化（Liu et al., 2022b, Wang et al., 2017）。同样，疟原虫利用宿主的氧化应激代谢物（如犬尿氨酸）来提高传播效率（Gao et al., 2024b）。这些例子表明寄生虫在操纵宿主免疫代谢通路方面具有进化上的共性（Al Malki and Hussien, 2021）。值得注意的是，TGF-β是一种多效细胞因子，不仅促进纤维化，还调节线粒体应激反应和脂质代谢（Liu and Chen, 2022），暗示其在寄生虫诱导的免疫耐受中的潜在作用。

多组学方法的应用改变了宿主-寄生虫相互作用的研究范式，揭示了复杂的分子相互作用。例如，巴贝斯虫感染会严重扰乱红细胞的脂质代谢，尤其是胆固醇和酰基甘油途径，通过药理学抑制胆固醇的摄取可以有效阻止寄生虫的排出——这一发现强调了针对代谢途径的疗法的可行性（Beri et al., 2023）。寄生虫诱导的免疫抑制与肿瘤微环境适应之间存在相似性：中性粒细胞胞外陷阱（NETs）通过TGF-β信号通路促进化疗抗性（Mousset et al., 2023），表明这些机制在生物系统中具有普遍性。这些发现强调了整合分析框架在解码寄生虫驱动的免疫调节中的重要性。尽管取得了这些进展，E. granulosus PSCs蛋白对宿主转录组、代谢重编程和细胞因子网络的系统影响仍不清楚，这突显了整体寄生虫学研究中的关键空白。

本研究旨在探讨E. granulosus PSCs蛋白对小鼠脾淋巴细胞的免疫调节作用。通过转录组学和代谢组学的综合分析，验证了PSCs蛋白对淋巴细胞活性的系统影响。这些发现揭示了寄生虫介导的宿主免疫调节的新机制，为囊性棘球蚴病的治疗提供了理论基础。

实验部分

动物

实验所用6-8周龄的Balb/c雌性小鼠来自新疆医科大学，并在机构内严格遵循标准化协议的设施中饲养。动物实验遵循新疆医科大学动物伦理委员会制定的指南进行（批准编号：IACUC-20210301–01）。

PSCs蛋白的获取及其制备

从当地屠宰场获取感染了E. granulosus的羊肝，并用酒精进行消毒。

E. granulosus PSCs蛋白抑制淋巴细胞存活并调节IL-9、IL-4、TGF-β的表达

免疫荧光分析证实了PSCs蛋白与小鼠脾淋巴细胞之间的体外结合（图1A）。经PSCs蛋白处理的样本在脾淋巴细胞界面显示出强烈的红色荧光，共定位信号表现为紫色发射。阴性对照未显示特异性荧光，证实了PSCs蛋白介导的细胞相互作用。随后的CCK-8检测显示，PSCs蛋白以剂量依赖的方式抑制淋巴细胞存活，最大效应出现在较高剂量下。

讨论

颗粒状棘球绦虫进化出了高度复杂的策略来逃避宿主免疫防御并确保在宿主体内的长期存活。这些机制包括抗原模拟、抗原耗竭、抗原变异和免疫调节，共同促进了其在宿主体内的持续存在（Zhang et al., 2003）。颗粒状棘球绦虫分泌多种分子来抑制宿主的炎症反应。例如，E. granulosus抗原B（EgAgB）可以调节...

CRediT作者贡献声明

Aimulajiang kalibixiati：撰写——初稿、方法学设计、实验实施、数据整理。Hao Wen：撰写——审稿与编辑、资金争取。Tanfang Zhou：项目管理。Mayire Aizezi：撰写——审稿与编辑。Xia Chen：撰写——审稿与编辑、方法学设计。

声明

伦理批准和参与同意。

资金支持

本研究得到了新疆维吾尔自治区重点研发计划项目（2022B03013-3）、天山青年人才项目（2023TSYCQNTJ0045）、中国博士后科学基金会（2022MD723847）以及中国中亚高发疾病发病机制、预防与治疗国家重点实验室开放项目的资助（SKL-HIDCA-2024-BC3）。

利益冲突声明

我们作为本文的作者，声明与本研究的提交内容不存在任何财务、个人或其他形式的利益冲突。所有研究均独立完成，未受到可能影响研究结果的外部实体影响。

所有作者均无任何利益冲突。

致谢

我们感谢中亚高发疾病发病机制、预防与治疗国家重点实验室提供的实验平台。同时，我们也感谢所有为这项工作做出贡献的人士。