黃疸是惡性瘧原蟲(chóng)（P. falciparum）瘧疾的常見(jiàn)表現(xiàn)，它是由循環(huán)膽紅素的積累引起的。近期，國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)在《Science》上發(fā)表了題為“A Metabolite-Based Resistance Mechanism Against Malaria”的研究成果。研究發(fā)現(xiàn)，未結(jié)合膽紅素通過(guò)靶向紅細(xì)胞中瘧原蟲(chóng)線粒體、抑制嘧啶合成和干擾瘧原蟲(chóng)血紅素結(jié)晶（hemozoin，Hz），形成代謝防御機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)表明黃疸可能是一種對(duì)瘧原蟲(chóng)感染的代謝反應(yīng)，能夠限制瘧疾的嚴(yán)重程度。該研究為抗瘧研究提供了新視角，基于膽紅素的作用機(jī)制，有望開(kāi)發(fā)出新一代抗瘧藥物，通過(guò)增強(qiáng)人體自身的防御機(jī)制來(lái)對(duì)抗瘧疾。

對(duì)一組感染惡性瘧原蟲(chóng)無(wú)癥狀或有癥狀瘧疾患者的分析表明，無(wú)癥狀?lèi)盒辕懺x(chóng)感染者血漿中未結(jié)合的膽紅素與寄生蟲(chóng)負(fù)荷的比值比有癥狀虐疾患者高出10倍以上。由于未結(jié)合膽紅素在體外可抑制惡性瘧原蟲(chóng)的增殖，作者推測(cè)血漿中未結(jié)合膽紅素的積累是對(duì)惡性瘧原蟲(chóng)感染的一種適應(yīng)性反應(yīng)。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，作者用P. chabaudi chabaudi AS（Pcc）感染C57BL/6J小鼠，這是一種成熟的非致死性瘧疾實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。結(jié)果發(fā)現(xiàn)循環(huán)中未結(jié)合膽紅素的濃度在感染后第4至7天急劇增加，與惡性瘧原蟲(chóng)瘧疾患者的范圍相當(dāng)。而缺乏膽綠素還原酶A（biliverdin reductase A，BVRA）的Blvra^-/-小鼠都在7-10天內(nèi)死于感染。這表明BVRA產(chǎn)生的膽紅素對(duì)瘧原蟲(chóng)感染具有保護(hù)作用。

未結(jié)合膽紅素的藥理學(xué)給藥能保護(hù)Blvra^-/-小鼠免于Pcc感染。較高劑量的膽紅素使感染Pcc的Blvra^-/-小鼠的存活率恢復(fù)到與感染Pcc的Blvra^+/+小鼠相同的程度。這表明Pcc感染導(dǎo)致Blvra^-/-小鼠死亡的原因是缺乏膽紅素的產(chǎn)生，這意味著BVRA對(duì)抗瘧疾的保護(hù)作用是由膽紅素介導(dǎo)的。

同時(shí)，作者發(fā)現(xiàn)，與未感染的對(duì)照組相比，小鼠在感染瘧原蟲(chóng)7天后其肝臟中Ugt1a1 mRNA和UGT1A1蛋白的相對(duì)表達(dá)水平顯著降低。這表明瘧原蟲(chóng)感染后循環(huán)膽紅素的積累是通過(guò)抑制肝臟UGT1A1蛋白的表達(dá)得以持續(xù)的。隨后作者通過(guò)CRISPR-Cas9技術(shù)對(duì)DBA/2小鼠肝臟進(jìn)行靶向Ugt1a1的gRNA轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)抑制其肝臟中UGT1A1的表達(dá)。和對(duì)照組相比，轉(zhuǎn)導(dǎo)Ugt1a1 gRNA組小鼠的血漿中未結(jié)合膽紅素的濃度明顯升高，且更具有顯著的生存優(yōu)勢(shì)。這些結(jié)果表明，肝臟UGT1A1在瘧原蟲(chóng)感染時(shí)受到抑制，對(duì)預(yù)防瘧疾有保護(hù)作用。

圖1.非結(jié)合型膽紅素可以抵抗瘧疾

（圖片源自《Science》）

為了探究膽紅素降低瘧原蟲(chóng)毒力的機(jī)制，作者研究了膽紅素是否直接靶向體外紅細(xì)胞內(nèi)的惡性瘧原蟲(chóng)。作者發(fā)現(xiàn)，未結(jié)合膽紅素抑制了惡性瘧原蟲(chóng)3D7的增殖，且這種抗增殖效應(yīng)具有劑量依賴性，即膽紅素濃度越高，惡性瘧原蟲(chóng)的增殖越低。另外，與對(duì)照循環(huán)感染紅細(xì)胞（iRBC）相比，未結(jié)合膽紅素導(dǎo)致葡萄糖和6-磷酸葡萄糖在惡性瘧原蟲(chóng)3D7感染的iRBC中顯著積累。此外，未結(jié)合膽紅素降低了惡性瘧原蟲(chóng)3D7感染的iRBC中琥珀酸、天冬氨酸、富馬酸和單磷酸腺苷（AMP）的相對(duì)水平。這表明膽紅素?fù)p害了惡性瘧原蟲(chóng)的中心碳代謝。和對(duì)照Blvra^+/+小鼠相比，Blvra^-/-小鼠的Pcc環(huán)狀期和滋養(yǎng)體顯示出糖酵解和線粒體ATP代謝相關(guān)基因表達(dá)的增加，這表明未結(jié)合膽紅素通過(guò)靶向寄生蟲(chóng)糖酵解基因表達(dá)的機(jī)制損害瘧原蟲(chóng)的中心碳代謝和線粒體功能。

膽紅素瘧原蟲(chóng)屬（Plasmodium spp.）復(fù)制依賴于從頭嘧啶合成，通過(guò)線粒體內(nèi)膜二氫乳清酸脫氫酶（DHODH）催化二氫乳清酸（DHO）轉(zhuǎn)化為乳清酸。惡性瘧原蟲(chóng)3D7感染iRBC暴露于未結(jié)合膽紅素會(huì)導(dǎo)致DHO和尿苷單磷酸（UMP）顯著減少，UMP是寄生蟲(chóng)從頭嘧啶合成中DHODH的下游產(chǎn)物。這表明未結(jié)合膽紅素的抗增殖作用是通過(guò)一種損害線粒體依賴性嘧啶合成的機(jī)制發(fā)揮的。

圖2.膽紅素抑制惡性瘧原蟲(chóng)增殖并破壞其線粒體完整性和功能

（圖片源自《Science》）

通過(guò)活細(xì)胞共聚焦顯微鏡成像觀察到惡性瘧原蟲(chóng)3D7在體外暴露于未結(jié)合的膽紅素與iRBC中Hz晶體的分散有關(guān)，而等摩爾量的膽綠素對(duì)Hz沒(méi)有影響。這表明膽紅素直接或間接地干擾從血紅蛋白中提取的血紅素到Hz晶體的解毒作用。

與膽紅素在體外抑制血紅素結(jié)晶的觀點(diǎn)一致，與Blvra^+/+小鼠相比，在感染Pcc的Blvra^-/-小鼠中循環(huán)iRBC中血紅素結(jié)晶的積累水平更高。這表明膽紅素作為一種“生理性”抗瘧代謝物，干擾血紅素結(jié)晶，類(lèi)似于基于喹啉的抗瘧藥物?；卩目汞懰幬飳?duì)血紅素結(jié)晶的抑制會(huì)損害寄生蟲(chóng)的消化性食物泡，作者推測(cè)膽紅素也會(huì)破壞寄生蟲(chóng)的食物泡。隨后，作者通過(guò)共聚焦顯微鏡活體成像量化技術(shù)和透射電子顯微鏡證明了這一假設(shè)。

圖3. 膽紅素抑制Hz的形成并破壞惡性瘧原蟲(chóng)的食物泡

（圖片源自《Science》）

本研究表明，瘧原蟲(chóng)感染誘導(dǎo)膽紅素產(chǎn)生是一種基于代謝物的抗瘧疾機(jī)制，這一機(jī)制揭示了瘧疾患者黃疸現(xiàn)象的進(jìn)化意義。

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