科普 | “口水”有毒

虫媒大多通过取食行为，在寄主之间传播病原微生物。取食过程中，虫媒分泌唾液因子，不仅有利于其取食行为，也可以“顺道”向健康寄主“放毒”。

01  我们离虫媒传染病有多远？

夏季来临，蚊虫横行，当人们在花园里溜达、在树林河边野营时，与虫子的“亲密”接触总是不期而遇。蚊虫取血时，除了送“红包”，也常在口水（唾液）中夹带“私货”——传播多种微生物流行病原，如疟原虫，登革病毒等。2015-2016年间爆发的造成新生儿“小头症”的寨卡病毒病就由蚊子传播导致，并引发全球关注。虫媒传染病作为新发传染病的重要组成部分，在全球呈现加剧态势；同时全球生态系统的变化也为媒介生物繁殖传播和扩散提供了便利。

02 病原为何选择虫子？

病毒，这种微小到甚至在普通的显微镜下都看不到的生命体，结构简单，没有细胞结构，却可以侵染细胞，借助复杂的细胞工厂和原料，大量增殖，并最终摧毁细胞工厂，破壳（胞）而出。离开细胞的病毒处于无生命的状态，直到其找到下一个孵化器。通过不同的传播方式，如空气，接触，体液，水等，病毒在不同的寄主之间传播。其中多种病毒利用其他的生物作为媒介在寄主之间传播。而在众多生物媒介中，个体微小但数量庞大种类众多的节肢动物（主要是昆虫），成为了生物媒介的“扛把子”。

虫媒大多通过取食行为，在寄主之间传播病原微生物。取食过程中，虫媒分泌唾液因子，不仅有利于其取食行为，也可以“顺道”向健康寄主“放毒”。对于虫媒而言，唾液因子中包含了多种蛋白质，是其对抗寄主免疫，保障昆虫顺利进食的有力武器。以吸血类虫媒蚊子、蜱虫为例，在口器刺破皮肤-寻找到血管-吸取血液的过程中，面临着多种挑战：如何在吸血时不被发现并消灭掉？如何对抗血管中的凝血机制及各种免疫反应？答案就在“口水”里，研究发现唾液中包含的成分能发挥麻痹寄主神经，抗凝血等作用；此外多种唾液效应蛋白，如埃及伊蚊唾液中的LTRIN ，salivary venom allergen-1，蜱虫唾液中的Salp15等，在吸血过程中能有效地对抗宿主的免疫反应(Ramamoorthi N, 2005; Schuijt TJ,2008；Jin L, 2018；Sun P, 2020)。经过长期的进化演变，这些抗免疫的蛋白，被病原利用，成为了侵染寄主的 “神助攻”，这也使得蚊子，蜱虫等成为了高效传播病原的虫媒。

03 植食昆虫：从取食到传毒发生了什么？

相对于有限的动物虫媒病而言，70%以上的植物病毒利用昆虫作为媒介在寄主之间传播。田间地头随处可见的种类繁多的昆虫，都可能携带致病病原，在“不经意间”导致作物病毒病害爆发，造成作物减产。刺吸式取食的昆虫如烟粉虱，叶蝉，飞虱等同翅目昆虫，均为传毒中的主力军。取食植物时，刺吸式昆虫会用其口器刺破表皮细胞并在植物中吸取汁液，同时向植物中释放包含了病毒的唾液因子，实现传毒。由于植物与动物的不同，也使得昆虫分泌的唾液因子在行使功能上差别很大。

不同的昆虫在植物中的取食部位不同，有的昆虫取食叶肉细胞汁液，有的昆虫取食筛管汁液。在取食初期，昆虫会利用其细长的口针在植物组织细胞之间刺探，当感应到合适的取食细胞环境（如PH值，糖浓度等）时，开始吸取植物汁液。不同的唾液因子在不同的取食阶段起到不同的作用。刺探时，唾液腺分泌胶状唾液蛋白，唾液蛋白由于受到外部环境氧化的影响，凝固形成鞘结构，隔绝口针和细胞结构（图1）。一方面，胶状唾液形成的鞘结构会封闭住口针刺探产生的细胞伤口，防止细胞内容物外流所引发植物的免疫反应；另一方面胶状唾液能润滑口针保证其能顺利地刺探组织细胞，抵达取食部位。在吸取汁液时，昆虫会释放大量的水状唾液，来维持其正常的取食和消化过程。水状唾液中的酶类可以将植物的多糖类，蛋白类物质初步降解，利于昆虫的消化吸收，这个过程和人类的唾液消化异曲同工。昆虫刺探带来的细微伤害，会诱发植物强烈的抗虫反应，包括产生有毒有害的物质（如酚类，过氧化物等），释放抗虫激素，形成堵塞筛管的筛板（类似于动物的血小板凝集）等。这些免疫反应或直接阻碍昆虫吸取汁液，或对昆虫有毒害。昆虫水状唾液中的多种成分，成了对抗寄主免疫反应的缓冲剂（van Bel, 2016）。如唾液中的钙蛋白有效地中和刺吸带来的钙信号变化，有效阻断免疫信号的传递，并抑制筛板形成；过氧化物酶类可以降解植物产生的有害物质，保障进食安全；蛋白酶类降解呈送免疫信号的蛋白因子等……经过唾液因子间的协作，昆虫得以有效地进食，并传播植物病毒。

图1 灰飞虱胶状唾液形成的唾液鞘

（左图）红色树枝状为残留在水稻组织中的唾液鞘：取食初期，针状口器在叶肉中反复刺探，直到当寻找到取食部位（筛管）。（右图）人工饲料饲喂法收集的树枝状唾液鞘。

对于植物病毒而言，普通的非虫接种方式很难感染植物，暗示了虫媒中的关键成分对于病毒感染植物而言必不可少。作为植物-病毒-昆虫三者互作的关键临界点，虫媒的唾液因子理应是病毒传播爆发的关键，也是虫媒植物病毒研究的“热点”。我们初期的工作，发现水稻条纹病毒（Rice stripe virus，RSV）伴随灰飞虱水状唾液分泌期释放到植物中，而胶状唾液蛋白LssaMP通过形成唾液鞘，影响灰飞虱取食行为来调控RSV的水平传播（图2，3，Huo Y, 2022）。这项工作为进一步探索水状唾液中有利于病毒感染植物的有效成分奠定了基础。尽管目前来源于虫媒的植物病毒侵染植物的机制不详，但从唾液因子入手，也许在不久的将来，科学家们能找到解密病毒高度依赖虫媒传播的钥匙，并且找到有效抗植物病毒的方法。

图2 取食传毒模式图

图3 LssaMP 研究文章

参考文献：

Huo Y, Zhao J, Meng X, Yang J, Zhang Z, Liu Z, Fang R, Zhang L. Laodelphax striatellus saliva mucin enables the formation of stylet sheathes to facilitate its feeding and rice stripe virus transmission. Pest Manag Sci. 2022. doi: 10.1002/ps.6990.

Jin L, Guo X, Shen C, Hao X, Sun P, Li P, Xu T, Hu C, Rose O, Zhou H, Yang M, Qin CF, Guo J, Peng H, Zhu M, Cheng G, Qi X, Lai R. Salivary factor LTRIN from Aedes aegypti facilitates the transmission of Zika virus by interfering with the lymphotoxin-β receptor. Nat Immunol.2018;19(4):342-353. doi: 10.1038/s41590-018-0063-9.

Ramamoorthi N, Narasimhan S, Pal U, Bao F, Yang XF, Fish D, Anguita J, Norgard MV, Kantor FS, Anderson JF, Koski RA, Fikrig E. The Lyme disease agent exploits a tick protein to infect the mammalian host. Nature. 2005;436(7050):573-7. doi: 10.1038/nature03812.

Sun P, Nie K, Zhu Y, Liu Y, Wu P, Liu Z, Du S, Fan H, Chen CH, Zhang R, Wang P, Cheng G. A mosquito salivary protein promotes flavivirus transmission by activation of autophagy. Nat Commun.2020;11(1):260. doi: 10.1038/s41467-019-14115-z.

Schuijt TJ, Hovius JW, van Burgel ND, Ramamoorthi N, Fikrig E, van Dam AP. The tick salivary protein Salp15 inhibits the killing of serum-sensitive Borrelia burgdorferi sensu lato isolates. Infect Immun. 2008;76(7):2888-94. doi: 10.1128/IAI.00232-08.

van Bel AJ, Will T. Functional Evaluation of Proteins in Watery and Gel Saliva of Aphids. Front Plant Sci. 2016;7:1840. doi: 10.3389/fpls.2016.01840.