清华大学教育研究，清华大学教育研究院
自然界的 蚊媒病毒有数百种之多，可由蚊虫携带并传播给人类及动物宿主，引起病毒性脑炎、脑膜炎及出血热等严重疾病。
到目前为止，多数烈性蚊媒病毒均无有效疫苗和针对性治疗药物，科学界亟需深入研究蚊媒病毒在自然界中流行传播的基本原理，并研发新型防控策略阻断病毒在世界范围内的大规模传播。
2022年6月30日，清华大学医学院程功教授团队在国际顶尖学术期刊 Cell 上在线发表了题为： A volatile from the skin microbiota of flavivirus-infected hosts promotes mosquito attractiveness（皮肤共生微生物来源的一种气味挥发物促进黄病毒感染宿主吸引蚊虫）的研究论文。
该研究发现，人体气味是调控蚊虫行为的关键因素。蚊虫的嗅觉神经系统可感知一种来源于感染者的特征性气味分子，高效率定位感染者，随后叮咬并取食带有病毒的血液，导致病毒在“宿主-蚊虫”之间高效传播。
人体气味的主要来源是皮肤微生物，通过调控皮肤微生物，重塑感染者的气味，可影响蚊虫的嗅觉感知。据此，研究团队进一步提出了一种通过皮肤微生物来调节宿主气味、阻断蚊媒病毒在自然界中快速传播的方法。
蚊媒病毒在宿主与蚊虫之间传播循环。在病毒传播循环中，蚊虫需要寻找、定位并叮咬感染的人或动物，取食带有病毒的血液。随后，蚊虫才能具备携带并快速传播病毒的能力。如果蚊虫叮咬非感染者，则不会有效获取病毒感染，病毒的传播循环则被中断（图1）。
图1. 蚊媒病毒“宿主-蚊”传播循环
观察发现，在蚊媒病毒暴发流行初期，人群中的感染者比例并不高（仅千分之一、甚至更低）。而蚊虫却能选择人群中的感染者进行叮咬，从而加速病毒传播，引起疫情暴发。可见，蚊虫如何有效定位感染宿主并获取病毒是病毒完成“宿主-蚊”传播循环的主要限速步骤。
这就提出一个长期以来有待解决的科学问题：蚊虫如何在茫茫人海中定位感染者？如能弄清这个问题，就能解释蚊媒病毒在自然界快速传播的原因，进一步找到简便有效方法遏制病毒快速传播。
在此项研究中，研究人员建立了两套经典的行为学装置（三笼嗅觉测定装置、双臂嗅觉测定装置），发现登革病毒和寨卡病毒感染的小鼠明显更加吸引埃及伊蚊及白纹伊蚊。随后，研究者对病毒感染小鼠的体温、二氧化碳释放及挥发性气味进行分析，发现宿主气味的改变是导致感染宿主吸引蚊虫的决定性因素。进一步研究结果显示，小鼠在蚊媒病毒感染后，可大量释放一种挥发性小分子—— 苯乙酮（Acetophenone），苯乙酮可有效激活蚊虫的嗅觉神经系统，增强蚊虫对感染小鼠的行为趋向。
随后，研究人员收集了登革热患者及健康志愿者的气味，发现登革热患者的气味对埃及伊蚊表现出更强的吸引力。并且，登革热患者的气味中，苯乙酮含量也显著高于健康志愿者。研究人员将不同浓度的苯乙酮涂抹于人体手臂进行蚊虫行为学验证，发现增加人体气味中的苯乙酮含量可显著吸引蚊虫。以上试验说明，登革热患者由于释放大量苯乙酮改变自身气味，大幅提高了对蚊虫的吸引力，吸引蚊虫叮咬，加速病毒传播（图2）。
图2. 通过补充维生素A类药物，重塑感染个体皮肤微生物的苯乙酮释放，降低蚊媒病毒传播循环效率
研究人员发现， 人体或动物释放的苯乙酮主要来源于体表的皮肤共生微生物，它是一种典型的细菌代谢产物。在去除皮肤共生微生物后，感染小鼠就会失去对蚊虫更强的吸引作用。进一步研究显示，登革病毒及寨卡病毒感染可导致宿主皮肤表面 芽孢杆菌属（ Bacillus spp. ） 细菌的丰度明显上升，而皮肤芽孢杆菌具有代谢产生大量苯乙酮的能力。
至此，研究人员揭示了蚊媒病毒感染者吸引蚊虫叮咬的原因：病毒感染提高了人体皮肤中特定细菌的比例，显著提高了感染者的苯乙酮释放能力，从而明显提高了蚊虫对感染宿主的行为趋向。
随后，研究人员对病毒感染小鼠及非感染小鼠的皮肤组织进行 RNA-Seq 测序分析。其中 Resistin-like molecule-alpha（RELM-alpha）基因在感染宿主皮肤中显著下调（20-100倍，RNA-Seq）。RELM-alpha 是一种抗菌肽，在人类（RETN，RELM-alpha同源蛋白）及哺乳动物的皮肤角质细胞及皮脂腺细胞中特异表达，是决定宿主皮肤微生物稳态的主要免疫因子。进一步研究结果显示，RELM-alpha 及 RETN 可高效抑制多种皮肤芽孢杆菌的增殖。
以上研究说明，登革病毒和寨卡病毒感染可通过抑制宿主皮肤中 RELM-alpha/RETN 的表达，使得原本被抑制的皮肤芽孢杆菌过量增殖，导致感染宿主的苯乙酮释放量升高 。
前期研究结果显示，RELM-alpha/RETN 的表达受到视黄酸受体信号通路（Retinoic Acid Receptor signaling pathway，RAR signaling pathway）的调控。向动物饲喂维生素A衍生物可通过激活RAR通路，诱导RELM-alpha/RETN的表达。
研究结果显示，向登革病毒及寨卡病毒感染小鼠体内饲喂一种维生素A衍生物—— 异维甲酸（isotretinoin，一种临床广泛使用的皮肤病治疗药物），可有效恢复感染小鼠皮肤中 RELM-alpha 的表达，通过抑制感染宿主皮肤中芽孢杆菌的增殖，抑制感染宿主释放苯乙酮。因此，在感染宿主口服异维甲酸后，蚊虫无法通过宿主的苯乙酮来定位和发现感染宿主，从而阻断病毒的传播循环。
根据以上发现，研究团队提出了一种 新的蚊媒病毒防治思路：可以通过调控人体气味，阻断蚊媒病毒的快速传播。由于在蚊媒病毒传染病流行初期，感染者在人群中的比例仅有千分之一、甚至更低，因而研究团队推测在感染者口服维生素A类药物后，蚊虫无法通过苯乙酮的气味来区分感染者与非感染者，这样可以大大降低蚊虫取食感染者血液并感染的几率，使蚊媒病毒在自然界中无法高效建立“宿主-蚊”的传播循环过程。
据此，研究团队提出一种防治蚊媒病毒传染病的新策略：在登革热及寨卡热等蚊媒病毒传染病流行的疫区，可对感染者广泛补充维生素A或相关药物，重塑感染者皮肤微生物挥发的气味，大幅降低蚊媒病毒传播循环效率，有效防止蚊虫携带并传播病毒。基于以上发现，可对特定感染人群补充维生素A或相关药物，避免蚊媒病毒传染病的大规模传播流行。
来源：小柯生命
责编：秋月/责校：丽侠
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