特约通讯员  郭慧丽  王蔚峰  潘晓玲

　　
　　蚊子所传播的流行性乙型脑炎、登革热、寨卡病、疟疾等蚊媒传染病每年引起约百万例死亡。作为能调控蚊媒繁殖的革兰阴性胞内共生菌，沃尔巴克氏体可引起蚊媒宿主的完全细胞质不相容性，即携带沃尔巴克氏体的雄蚊与不携带或携带不相容型沃尔巴克氏体的雌蚊交配，产生的受精卵100%发生胚胎期死亡而不能发育成成蚊。因此基于沃尔巴克氏体的细胞质不相容性为蚊媒传染病防治提供了新型高效的蚊媒种群压制应用策略。
　　
揭秘细胞质不相容性的分子机制
　　沃尔巴克氏体是自然界中广泛分布于节肢动物和线虫，经母性遗传的革兰阴性胞内共生菌。它不仅赋予宿主抗病原体的特性，还通过杀雄、雌性化、孤雌生殖和细胞质不相容性操纵共生宿主的繁殖和发育，其中细胞质不相容性可致昆虫繁衍出不能存活后代的现象。
　　沃尔巴克氏体调控蚊媒宿主生殖的唯一表型是引起完全细胞质的不相容性，即感染沃尔巴克氏体的雄蚊与未感染或感染不兼容性沃尔巴克氏体的雌蚊交配产生的子代，因100%发生胚胎期死亡而无下代成蚊产生。其中，沃尔巴克氏体通过调控雄蚊使其宿主与未感染沃尔巴克氏体的雌蚊交配发生单向胞质不相容性。而沃尔巴克氏体可调控雌蚊，使其与未感染沃尔巴克氏体的雄蚊繁衍出可正常发育且100%感染沃尔巴克氏体的子代。但分别感染不同型别且无兼容性沃尔巴克氏体的雄蚊与雌蚊交配，则引起双向胞质不相容性。因此，沃尔巴克氏体调控的CI特性不仅赋予感染沃尔巴克氏体的蚊宿主在种群繁衍中具有生存优势，并且为基于沃尔巴克氏体的蚊媒种群压制和种群替换策略提供了理论基础。
　　通过研究，相关研究专家们发现，沃尔巴克氏体在昆虫宿主中呈多型别分布。虽然不同型别的沃尔巴克氏体的基因序列具有较高遗传相似度，但其细微的遗传差异仍能在自然界中引起宿主产生数十种CI表型。复杂的CI表型包括沃尔巴克氏体多型别共感染而导致的不对称胞质不相容性（asymmetrical CI）和部分胞质不相容性（partial CI）。虽然目前能全面解释所有表型的CI机制尚不明确，但如下3种CI假说能较好解释多数CI表型：（1）“锁和钥匙”（lock-and key）假说提出被沃尔巴克氏体修饰而“锁住”的宿主精子，只有与感染相同沃尔巴克氏体的卵细胞结合才能被“解锁”进行正常发育；（2）“缺失与再生”（titration-restitution）假说则认为沃尔巴克氏体使宿主精子“缺失”发育关键性蛋白，必须通过与同型沃尔巴克氏体调控的卵细胞结合才可“再生”发育关键性蛋白而正常发育；（3）“减速”（slow-motion）假说解释沃尔巴克氏体调控宿主细胞为“减速”模式，只有因感染沃尔巴克氏体而同处于“减速”模式的精子和卵子结合才能正常发育。其中，“锁和钥匙”假说与众多CI机制研究发现吻合度最高，该假说中沃尔巴克氏体通过哪些CI效应因子调控宿主受精卵发育仍是目前研究的热点和聚焦点。
　　目前研究发现沃尔巴克氏体所调控的CI效应因子不仅包括宿主蛋白，还有宿主新陈代谢的产物：沃尔巴克氏体可通过下调雄性果蝇组蛋白分子伴侣Hira蛋白的表达，降低精子生育力引起受精卵的胚胎期死亡；此外，沃尔巴克氏体导致宿主性腺中活性氧（ROS）增高，可损伤精子DNA而促使受精卵的胚胎死亡。随着分子水平上CI效应因子研究日渐深入，RNA测序结果显示沃尔巴克氏体引起果蝇卵巢和精囊组织中基因表达谱以相反趋势呈显著差异性，提示沃尔巴克氏体能以“缺失与再生”假说机制调控宿主基因作为其CI效应因子。除基于宿主全基因组转录表达谱的研究，目前NCBI公布的超过40个不同物种内沃尔巴克氏体的基因组序列亦为CI效应因子研究提供新发现。沃尔巴克氏体可编码CI效应基因：果蝇体内功能获得实验证实沃尔巴克氏体编码的去泛素化酶（cidA、cidB蛋白）是可引起CI的基因；wMel型沃尔巴克氏体中前噬菌体WO基因WD0631（cifA）以及WD0632（cifB）在果蝇功能实验中不仅可模拟CI的发生，而且cifA可拯救CI所引起的胚胎期死亡，揭示了CI效应因子cifA 和cifB基因以“Two-by-One model”模式调控CI。上述CI机制研究均为基于沃尔巴克氏体的蚊媒控制策略应用提供新分子靶标。
　　
蚊媒控制应用
　　蚊媒控制技术中，基于沃尔巴克氏体的昆虫不相容性策略（incompatible insect technique，IIT）主要通过种群抑制策略（population suppression）和种群替换策略（population replacement）预防和控制蚊媒传染病的传播：种群抑制策略是通过释放可引起靶标蚊群产生CI的雄蚊，从减少蚊群数量来控制蚊媒传染病的传播和流行；种群替换策略是通过释放可引起靶标蚊群产生CI的雌蚊，建立感染蚊群并利用沃尔巴克氏体赋予蚊媒宿主的显著抗病原体特性，减低蚊群对蚊媒传染病的易感性，从而控制蚊媒传染病的传播和流行。
　　研究发现，目前，基于沃尔巴克氏体的蚊媒控制策略已在澳大利亚、美国、墨西哥、巴西、印度、新加坡、中国等国被应用于预防和控制登革热、寨卡病等蚊媒传染病的野外试验，并取得显著进展。
　　我国的沃尔巴克氏体蚊媒控制研究已开展科技成果转化，从实验室走向了应用，使用基于沃尔巴克氏体的昆虫不相容性—绝育技术（incompatible insect technique and sterile insect technique，IIT-SIT），奚志勇教授团队于广东省开展了消灭登革热主要传播媒介白纹伊蚊的野外试验：威佰昆生物科技有限公司在广东省建有世界最大的蚊子工厂，生产可引起野生白纹伊蚊产生CI的新型沃尔巴克氏体感染的白纹伊蚊HC蚊株（wPip、wAlbA和wAlbB型沃尔巴克氏体三重感染）；根据2015—2017年监测结果显示，连续3年释放HC蚊株雄蚊（含2%经辐射而绝育的雌蚊）可减少83%～94%的野生白纹伊蚊雌蚊数量，并平均减少94%以上的野生白纹伊蚊幼虫数量；在隔离性好的部分区域实现野生白纹伊蚊的灭绝，亦没有发生种群替换的现象。并且，基于沃尔巴克氏体的IIT-SIT技术还将在我国其他地区开展野外应用。
　　在我国“科技创新驱动”战略和“产学研用”一体化进程推进下，随着CI机制研究的深入，更多可供应用的新型蚊株建立，高效雌雄分离及自动化释放技术的提高，基于沃尔巴克氏体的蚊媒控制技术将更好地践行健康中国策略，支持我国“一带一路”绿色发展。并在预防控制蚊媒传染病的全球应用中发挥更为突出的重要作用。【本文特约通讯员来自湖南师范大学医学院，研究获得国家自然科学基金青年基金（81702036）；国家自然科学基金面上项目（81873967）；湖南省杰出青年基金（2019JJ20013）；湖湘高层次聚集工程“创新优秀青年人才”项目（2018RS3068）；湖南省大学生创新创业训练计划项目（S201910542039）资助。】科