王雪麗, 李 珊, 呂向陽, 鄒 振,*

(1.中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所， 農(nóng)業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 生物互作卓越創(chuàng)新中心， 北京 100049)

大部分吸血昆蟲具有刺吸式口器，不僅通過叮咬騷擾人類，而且在叮咬過程中吸食脊椎動(dòng)物的血獲取生長(zhǎng)發(fā)育以及生殖所需營(yíng)養(yǎng)，在節(jié)肢動(dòng)物門昆蟲綱中的雙翅目、半翅目、虱目和蚤目中廣泛分布，例如蚊蟲、白蛉、蠓、獵蝽、虱子、跳蚤和臭蟲等。它們這種特殊的吸血習(xí)性，使其成為傳播蟲媒病原微生物的媒介。近年來，通過吸血昆蟲傳播的疾病(例如：瘧疾、絲蟲病、登革熱、黃熱病、非洲錐蟲病等)在全球的流行呈現(xiàn)迅速增長(zhǎng)趨勢(shì)，嚴(yán)重危害人類健康。此外，蜱蟲雖然不屬于昆蟲，但是由于它們共同屬于節(jié)肢動(dòng)物且同樣可以通過吸血傳播一些人畜共患疾病(例如：萊姆病、森林腦炎等)，因此關(guān)于蜱蟲的相關(guān)研究在本文中也會(huì)涉及。

瘧疾的首要媒介是岡比亞按蚊Anophelesgambiae，該病易于流行且傳播迅速，是嚴(yán)重危害人體健康的蟲媒傳染病，撒哈拉以南非洲是瘧疾的高頻暴發(fā)區(qū)，瘧疾死亡人數(shù)在全球占比最多。根據(jù)世界衛(wèi)生組織《2019年世界瘧疾報(bào)告》，2018年全球共有2.28億瘧疾患者，其中有40.5萬人死亡，非洲區(qū)域占比94%。雖然我國(guó)瘧疾疫情得到了有效控制，但是近年來隨著對(duì)外貿(mào)易往來日益頻繁以及“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)的境外輸入性瘧疾病例仍然保持在較高的水平 (方志強(qiáng)等, 2019)。登革熱由伊蚊傳播，主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，在我國(guó)南方各重點(diǎn)省份尤為嚴(yán)重，2014年，廣東暴發(fā)20年來最嚴(yán)重的登革熱疫情，損失慘重 (孟鳳霞等, 2015)。寨卡病毒也主要由伊蚊傳播，先前感染寨卡病毒的病例只是偶有報(bào)道，隨后在2007年報(bào)道了輕度的寨卡疫情，但并未受到重視。2013年，寨卡疫情迅速增加，2015年寨卡病毒感染病例首次出現(xiàn)在美洲，隨后迅速蔓延到20多個(gè)國(guó)家或地區(qū) (劉起勇， 2016; 鄭愛華等, 2016; Liuetal., 2017)。除了蚊蟲傳播的疾病，由吸血昆蟲舌蠅叮咬傳播的非洲錐蟲病也嚴(yán)重威脅到了約40個(gè)國(guó)家的數(shù)億人群，而且每年都有新增病例 (杜金和朱明彥, 2015)。上述例證說明，經(jīng)由吸血昆蟲傳播的蟲媒疾病具有傳播速度快、擴(kuò)散面積廣和危害重等特點(diǎn)，再加之近年來我國(guó)與國(guó)外的頻繁交流以及對(duì)外出口貿(mào)易的飛速發(fā)展，使得蟲媒傳染病輸入性病例不斷增加，嚴(yán)重危害我國(guó)國(guó)民的健康，阻礙了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，對(duì)于吸血昆蟲傳播蟲媒疾病的研究和控制成為普遍關(guān)注的焦點(diǎn) (王燕紅等, 2017)。

目前盡管部分蟲媒傳染病已經(jīng)開發(fā)出針對(duì)性藥物(如治療瘧疾的藥物)，但是仍有很多蟲媒傳染病的藥物匱乏，例如針對(duì)查加斯病(Chagas disease)的藥物。另外，蟲媒病原對(duì)化學(xué)藥物抗性不斷增加，為蟲媒病原的控制增加了難度。因此，在新型藥物開發(fā)的同時(shí)，如果對(duì)吸血昆蟲采取一定措施，比如通過解析吸血昆蟲生殖調(diào)控的生物學(xué)基礎(chǔ)，借助生物學(xué)的手段降低吸血昆蟲的種群密度等，將會(huì)極大程度上降低蟲媒傳染病的擴(kuò)散，既可從根本上預(yù)防瘧疾、登革熱、寨卡等傳染病的傳播，又可避免化學(xué)藥物濫用造成的環(huán)境污染。昆蟲內(nèi)分泌調(diào)控的變態(tài)發(fā)育和生殖機(jī)制研究近年來取得了突破性進(jìn)展，主要針對(duì)黑腹果蠅Drosophilamelanogaster、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera、東亞飛蝗Locustamigratoria、赤擬谷盜Triboliumcastaneum和埃及伊蚊Aedesaegypti等。而吸血昆蟲由于其非自發(fā)性生殖(anautogeny)這一特殊方式的影響，具有非常獨(dú)特的生殖調(diào)控機(jī)制，本文總結(jié)了這方面的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展。

1 保幼激素對(duì)吸血昆蟲的生殖調(diào)控

保幼激素(juvenile hormone, JH)首先在長(zhǎng)紅錐蝽Rhodniusprolixus的研究中被發(fā)現(xiàn)，是類倍半萜烯類化合物，由昆蟲腦后咽側(cè)體合成，分泌進(jìn)入血淋巴后作用于不同組織 (Davey, 1987)。最初發(fā)現(xiàn)其具有保持昆蟲幼蟲形態(tài)的功能而命名，隨后一系列研究發(fā)現(xiàn)，在昆蟲成蟲階段JH可以調(diào)控昆蟲多種生理學(xué)功能，例如代謝、滯育、免疫和多態(tài)性等，尤其在雌性昆蟲卵的發(fā)育及成熟過程中發(fā)揮重要作用 (Raikhel and Lea, 1991)。用外源JH或JH類似物處理蜱蟲，不僅可以終止滯育，而且可以促進(jìn)其卵黃發(fā)生和產(chǎn)卵 (Bassal and Roshdy, 1974)，隨后在長(zhǎng)角血蜱Haemaphysalislongicornis中證實(shí)有JH存在 (云自厚等, 1992)。組織學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，在貓?jiān)镃tenocephalidesfelis中，JH可以通過刺激唾液腺上皮細(xì)胞、中腸細(xì)胞和脂肪體細(xì)胞等的分化，增強(qiáng)成蟲的血液消化以及卵黃原蛋白(vitellogenin, Vg)的合成能力來促進(jìn)卵母細(xì)胞的成熟 (Meolaetal., 2001)。在非自發(fā)性生殖的蚊蟲中，JH調(diào)控的Vg合成過程為其之后的吸血及產(chǎn)卵提供了必要條件，如果蚊蟲羽化后將分泌JH的咽側(cè)體切除，蚊蟲將不會(huì)吸血及產(chǎn)卵 (Zhu and Noriega, 2016)。促咽側(cè)體素(allatotropin)作為一種促進(jìn)JH合成的神經(jīng)肽，在尖音庫蚊Culexpipiens中通過RNA干擾(RNA interference, RNAi)的方式將其基因敲低后，可以導(dǎo)致卵巢發(fā)育停止，使其處于一種類似滯育狀態(tài)，而添加JH后這種現(xiàn)象被逆轉(zhuǎn) (Kangetal., 2014)。在埃及伊蚊中，利用RNAi將JH合成信號(hào)通路中的保幼激素酸甲基轉(zhuǎn)移酶(juvenile hormone acid methyl transferase, JHAMT)編碼基因敲低后，近一半的卵發(fā)育受到抑制 (Van Ekertetal., 2014)。

近年來，隨著相關(guān)研究的不斷推進(jìn)，JH調(diào)控吸血昆蟲生殖發(fā)育的分子機(jī)制也逐步得到解析。JH是脂溶性化合物，通過細(xì)胞膜進(jìn)入胞內(nèi)，與受體methoprene-tolerant (Met) 結(jié)合，JH/Met移位到核內(nèi)后發(fā)揮生理功能 (Heetal., 2014, 2017)。Met是basic helix-loop-helix-Per-Arnt-Sim (bHLH-PAS)家族轉(zhuǎn)錄因子，需要與該家族另一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子Taiman (Tai)形成異源二聚體才能轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄赞D(zhuǎn)錄因子，從而介導(dǎo)JH應(yīng)答 (Charlesetal., 2011; Lietal., 2011; Zhangetal., 2011)。對(duì)Met基因進(jìn)行RNAi后，能夠極大地降低溫帶臭蟲Cimexlectularius的產(chǎn)卵量 (Gujar and Palli, 2016)。同樣在埃及伊蚊中，敲低Met導(dǎo)致卵泡生長(zhǎng)明顯受到抑制，這同咽側(cè)體去除后的表型一致 (Zouetal., 2013; Royetal., 2018)。這些結(jié)果表明了JH及其受體Met在生殖過程中扮演了重要的角色。分子水平上，JH通過其受體Met調(diào)控了多種基因的表達(dá)，Met可以直接結(jié)合到下游基因啟動(dòng)子區(qū)的JH應(yīng)答元件(JH response element, JHRE)上來介導(dǎo)基因激活 (Cuietal., 2014)。Krüppel-homolog1 (Kr-h1)和Hairy是典型的可被Met激活的靶基因 (Zhuetal., 2010; Songetal., 2014)。通過酵母雙雜交和凝膠阻滯等實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，嚴(yán)格控制埃及伊蚊羽化后發(fā)育期的光周期，JH還可以誘導(dǎo)Met與bHLH-PAS家族的另一個(gè)成員CYC形成復(fù)合體，從而激活Kr-h1和Hairy表達(dá) (Shinetal., 2012)。除此之外，埃及伊蚊羽化后，Met還能夠直接結(jié)合到核糖體蛋白合成相關(guān)基因啟動(dòng)子區(qū)，激活脂肪體中核糖體蛋白合成相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)卵黃原蛋白的產(chǎn)生以及卵巢的發(fā)育 (Wang JLetal., 2017)。然而，目前為止，關(guān)于Met介導(dǎo)的基因抑制大部分是通過間接的方式來完成的，需要其他中間抑制因子的參與，例如Met可以通過激活抑制因子Hairy及其共抑制子Groucho或者通過激活Kr-h1達(dá)到對(duì)下游基因抑制的目的 (Sahaetal., 2016)。同時(shí)，Hairy與Kr-h1還能夠以協(xié)同的方式在JH/Met的基因抑制中共同發(fā)揮作用 (Sahaetal., 2019)。近期研究發(fā)現(xiàn)，JH可以通過膜受體進(jìn)入胞內(nèi)，通過磷脂酶C(phospholipase C, PLC)快速增加胞內(nèi)二脂酰甘油(diacylglycerol, DAG)和鈣離子濃度，從而激活蛋白激酶C(protein kinase, PKC)和鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ, CaMKⅡ)，最終磷酸化Met以及Tai，被磷酸化的Met/Tai異源二聚體可以增強(qiáng)與下游基因啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合強(qiáng)度，從而調(diào)控基因表達(dá) (Liuetal., 2015)。

2 蛻皮激素對(duì)吸血昆蟲的生殖調(diào)控

20-羥基蛻皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)屬于類固醇類激素，是昆蟲發(fā)育過程中另一個(gè)重要的激素，在調(diào)控昆蟲幼蟲蛻皮變態(tài)和胚胎發(fā)生等生理過程中起著重要作用 (Raikhel and Lea, 1991; Riddiford, 1993)。在昆蟲幼蟲期，肽激素(prothoracicotropic hormone, PTTH)從腦中釋放后激活RAS/ERK信號(hào)通路，促使前胸腺中蛻皮激素ecdysone (E)的合成(Gilbertetal., 2002; Rewitzetal., 2009)。然而在一些昆蟲的成蟲期，例如蚊蟲成蟲階段，E主要在卵巢中合成，蚊蟲吸血后刺激腦中神經(jīng)內(nèi)分泌組織產(chǎn)生促卵巢蛻皮激素分泌激素(ovarian ecdysteroidogenic hormone, OEH)，OEH釋放進(jìn)入血淋巴后刺激卵巢合成和分泌E，進(jìn)入脂肪體中轉(zhuǎn)變?yōu)槠浠钚孕问?0E (Hansenetal., 2014; Royetal., 2018)。20E可以激活卵黃原蛋白前體基因表達(dá)，卵黃原蛋白在脂肪體中合成加工后分泌運(yùn)輸?shù)铰殉仓?，為發(fā)育的卵巢提供營(yíng)養(yǎng) (Attardoetal., 2005; Hansenetal., 2014)。在長(zhǎng)紅錐蝽血淋巴中，受節(jié)律調(diào)控的蛻皮激素滴度變化貫穿了卵的整個(gè)發(fā)育過程 (Cardinal-Aucoinetal., 2013)。由此可見，20E對(duì)卵的發(fā)育和成熟至關(guān)重要。

目前，20E調(diào)控吸血昆蟲生殖發(fā)育的分子機(jī)制研究已經(jīng)取得了重大突破，尤其在蚊蟲中。20E在胞內(nèi)的功能性受體為蛻皮激素受體(ecdysone receptor, EcR)和超氣門蛋白(ultraspiracle, USP)形成的異源二聚體，兩者都是核受體超家族成員，分別為脊椎動(dòng)物法尼醇X受體(farnesoid X receptor, FXR)和類視黃醇X受體(retinoid X receptor, RXR)的直系同源物(King-Jones and Thummel, 2005)，由DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA binding domain, DBD)和配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域(ligand binding domain, LBD)組成。利用RNAi方法將20E受體基因EcR表達(dá)水平敲低后，埃及伊蚊產(chǎn)卵量顯著降低 (Houetal., 2015)，進(jìn)一步證明20E對(duì)蚊蟲生殖的重要性。EcR/USP異源二聚體在20E誘導(dǎo)下，結(jié)合到下游基因啟動(dòng)子區(qū)的蛻皮激素應(yīng)答元件(ecdysone response element, EcRE)上，誘導(dǎo)靶基因表達(dá)。埃及伊蚊吸血后，20E滴度迅速升高，EcR與20E結(jié)合后，激活下游早期基因Broad-Z2,E74B和E75A表達(dá)，這些基因編碼蛋白協(xié)同互作，結(jié)合到Vg啟動(dòng)子區(qū)的相應(yīng)結(jié)合元件上從而啟動(dòng)晚期基因Vg表達(dá)，為發(fā)育的卵巢提供營(yíng)養(yǎng)。在卵黃原蛋白發(fā)育末期，20E滴度降低，EcR激活Broad-Z4和HR3表達(dá)，兩者可以及時(shí)地抑制Vg的過量表達(dá)；除此之外，近期研究表明，吸血后20E還可以通過EcR激活轉(zhuǎn)錄因子E93基因的表達(dá)而及時(shí)地調(diào)控Vg表達(dá)，這些現(xiàn)象都有利于起始蚊蟲第2次生殖過程，使蚊蟲生殖過程協(xié)調(diào)有序地完成(Mane-Padrosetal., 2012; Wangetal., 2021)。βFTZ-F1同樣在生殖過程中起到重要作用。敲低βFTZ-F1后，無論是吸血刺激還是20E添加，蚊蟲都不會(huì)誘導(dǎo)早期基因或Vg基因表達(dá)，表明該基因是20E下游啟動(dòng)蚊蟲第2次生殖周期的關(guān)鍵因子(Zhuetal., 2006)。

3 營(yíng)養(yǎng)因素對(duì)吸血昆蟲的生殖調(diào)控

除了JH和20E，營(yíng)養(yǎng)信號(hào)通路在吸血昆蟲生殖過程中同樣起著重要的作用。多項(xiàng)研究表明，氨基酸(amino acids, AAs)介導(dǎo)的雷帕霉素靶蛋白(target of rapamycin, ToR)信號(hào)通路以及胰島素信號(hào)通路(insulin signaling pathway)可以調(diào)控昆蟲Vg生成以及卵泡生長(zhǎng)等生理學(xué)過程，是昆蟲中重要的營(yíng)養(yǎng)感受通路。

埃及伊蚊體外脂肪體培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明，20E必須在某些特定氨基酸存在條件下才能激活Vg基因表達(dá)，培養(yǎng)基中添加氨基酸吸收抑制劑以及跨膜的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體被干擾后，可以顯著降低Vg基因的表達(dá)量(Attardoetal., 2006)。AAs對(duì)Vg蛋白表達(dá)的影響主要是通過激活ToR營(yíng)養(yǎng)信號(hào)通路來實(shí)現(xiàn)的。吸血后，血液以及代謝產(chǎn)生的AAs信號(hào)傳至脂肪體后磷酸化ToR蛋白，進(jìn)一步通過磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)激活核糖體S6蛋白激酶(S6K)以及失活轉(zhuǎn)錄抑制子4E結(jié)合蛋白(4E-binding protein, 4EBP)，最終啟動(dòng)雌蚊Vg基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)。此外，轉(zhuǎn)錄因子GATA是S6K下游底物，激活后可直接與Vg啟動(dòng)子上游元件結(jié)合，激活Vg表達(dá)(Parketal., 2006)。RNA干擾ToR以及添加雷帕霉素抑制劑后可使ToR信號(hào)通路失活，從而顯著地降低埃及伊蚊的繁殖能力。同樣地，ToR下游S6K被RNA干擾后，Vg表達(dá)下調(diào)，而轉(zhuǎn)錄抑制子4EBP被RNA干擾后，Vg表達(dá)上調(diào)(Roy and Raikhel, 2012; Royetal., 2018)。此外，在卵黃發(fā)育末期，ToR信號(hào)通路還可以被脂肪體自噬過程所抑制，終止Vg蛋白合成，促進(jìn)脂肪體重塑，為第2次吸血產(chǎn)卵做準(zhǔn)備 (Bryant and Raikhel, 2011)。

ToR信號(hào)通路可以通過胰島素信號(hào)通路而激活，在埃及伊蚊脂肪體體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，牛胰島素添加可以激活脂肪體中胰島素信號(hào)通路，并且在不添加AAs的情況下，胰島素與20E可以促進(jìn)Vg表達(dá)，ToR被RNA干擾后可以阻斷胰島素和20E介導(dǎo)的Vg表達(dá)。昆蟲中胰島素樣肽(insulin-like peptides, ILPs)與膜受體結(jié)合后，將信號(hào)傳遞至胞內(nèi)，磷酸化蛋白激酶B(protein kinase B)Akt蛋白，Akt通過失活ToR信號(hào)通路的負(fù)調(diào)控因子TSC1和TSC2(tuberous sclerosis complex 1/2)而激活ToR信號(hào)通路，調(diào)控Vg表達(dá) (Smykal and Raikhel, 2015; Royetal., 2018)。在埃及伊蚊中存在8個(gè)ILPs，不同ILPs之間在結(jié)構(gòu)和功能上有所差異，調(diào)控生殖的途徑和分子機(jī)制也不盡相同。ILP3和ILP4具有不同的作用受體，但是都可以刺激卵巢產(chǎn)生蛻皮激素從而誘導(dǎo)脂肪體中產(chǎn)生Vg和其他的卵黃原蛋白 (Wenetal., 2010; Gulia-Nussetal., 2015)。采用CRISPR/Cas9基因編輯方法將ilp2,ilp4,ilp5,ilp6,ilp7和ilp8敲除后，雖然埃及伊蚊體內(nèi)的貯存脂和糖原發(fā)生不同方式的改變，但是在這些蚊蟲突變體中，卵巢均不能正常生長(zhǎng)和發(fā)育 (Lingetal., 2017; Ling and Raikhel, 2018)。另外，在尖音庫蚊中，胰島素信號(hào)通路還可以通過促進(jìn)JH的合成來刺激卵巢發(fā)育 (Sim and Denlinger, 2008)。在長(zhǎng)角血蜱中敲低胰島素信號(hào)通路中Akt的同源基因，可以抑制雌蟲的吸血行為，對(duì)血液消化以及發(fā)育和繁殖相關(guān)基因的表達(dá)也有影響 (Umemiya-Shirafujietal., 2012)。

4 能量代謝在吸血昆蟲生殖過程中的作用

吸血昆蟲在生殖發(fā)育不同階段需要極高的能量供給，包括吸血前期的覓食，吸血后中腸血液的消化吸收及營(yíng)養(yǎng)卵巢發(fā)育成熟等。糖脂代謝與能量穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)，在致倦庫蚊Culexquinquefasciatus的胚胎發(fā)育過程中，大約90%的能量來源于貯存脂 (Van Handel, 1993)。在埃及伊蚊卵黃發(fā)育前期，蚊蟲體內(nèi)貯存脂和糖原等碳水化合物逐漸積累，ATP含量增加，為吸血產(chǎn)卵貯存能量。蚊蟲吸血后，貯存脂以及糖原等碳水化合物迅速分解，ATP含量降低，為卵巢的快速發(fā)育提供能量 (Houetal., 2015; Wang XLetal., 2017)。除此之外，脂肪酸代謝在其他物種中也被證實(shí)是卵的發(fā)育成熟過程中主要的能量來源 (Dunningetal., 2014)。

為了維持生存，多細(xì)胞動(dòng)物在生長(zhǎng)發(fā)育過程中必須進(jìn)化出強(qiáng)大的能量代謝機(jī)制來維持代謝穩(wěn)態(tài)以及應(yīng)對(duì)發(fā)育、繁殖過程中不斷變化的能量需求。近年來，關(guān)于吸血昆蟲代謝機(jī)制的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，代謝機(jī)制的解析將為吸血昆蟲的生殖控制提供重要的分子靶標(biāo)。在蚊蟲中，JH和20E可以分別通過其受體Met和EcR調(diào)控埃及伊蚊吸血前后糖脂分解代謝，確保蚊蟲能夠在不同發(fā)育時(shí)期快速調(diào)整能量代謝速率以滿足自身及卵巢生長(zhǎng)發(fā)育的能量需求 (Houetal., 2015; Wang XLetal., 2017)。阻斷AA/ToR信號(hào)通路導(dǎo)致蚊蟲體內(nèi)脂積累，說明AA/ToR信號(hào)通路是脂分解代謝的正調(diào)控因子。核受體HNF4是激素(JH/20E)及AA/ToR營(yíng)養(yǎng)信號(hào)通路下游脂代謝調(diào)控的直接作用因子。敲低HNF4后，蚊蟲不能有效利用體內(nèi)貯存脂 (Wang XLetal., 2017)，從而影響卵的營(yíng)養(yǎng)吸收。microRNA-277通過靶向ilp7和ilp8調(diào)控埃及伊蚊脂代謝，進(jìn)而影響了卵巢發(fā)育 (Lingetal., 2017)。近期研究發(fā)現(xiàn)，JH和20E信號(hào)通路不僅可以調(diào)控ILPs蛋白表達(dá)，而且三者之間可以協(xié)同調(diào)控生殖周期中的代謝過程 (Ling and Raikhel, 2021)。另外，脂肪體組織中高表達(dá)的5-羥色胺受體Aa5HT2B在蚊蟲生長(zhǎng)以及代謝過程中起著關(guān)鍵作用，該受體基因被敲除后導(dǎo)致蚊蟲體內(nèi)糖脂代謝失調(diào)，蟲體變小，嚴(yán)重延緩了卵巢的正常生長(zhǎng) (Ling and Raikhel, 2018)。盡管目前代謝機(jī)制的研究不夠全面，但是隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷革新，吸血昆蟲更多能量代謝機(jī)制將逐漸被解析。

5 其他因素對(duì)吸血昆蟲的生殖調(diào)控

除了上述因素外，脂動(dòng)激素(adipokinetic hormone, AKH)信號(hào)通路、幾丁質(zhì)代謝(chitin metabolism)以及腸道微生物等都會(huì)直接或間接影響吸血昆蟲的生殖過程。AKH在昆蟲中具有胰高血糖素之稱，不僅能夠刺激分解代謝反應(yīng)，而且能夠抑制蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖原的合成。雖然在大多數(shù)昆蟲，例如東亞飛蝗和黃斑黑蟋蟀Gryllusbimaculatus中，AKH可以阻斷Vg的生成以及卵的發(fā)生，但是在吸血昆蟲采采蠅的生殖過程中，AKH是重要的正調(diào)控因子 (Gálikováetal., 2015)。幾丁質(zhì)是昆蟲卵的重要組成成分，昆蟲胚胎表皮的幾丁質(zhì)合成與沉積有利于胚胎正常發(fā)育，將幾丁質(zhì)合成酶基因進(jìn)行RNA干擾后，長(zhǎng)紅錐蝽的產(chǎn)卵和羽化被顯著影響 (Mansuretal., 2014; Souza-Ferreiraetal., 2014)。同樣地，經(jīng)幾丁質(zhì)合成抑制劑處理后，長(zhǎng)紅錐蝽的卵變小和活力降低,卵的形狀和顏色也有明顯變化 (Mansuretal., 2010)。在埃及伊蚊卵巢和卵殼中也有幾丁質(zhì)樣組分存在，幾丁質(zhì)合成抑制劑能夠抑制伊蚊卵的發(fā)育 (Moreiraetal., 2007)。因此，卵巢中幾丁質(zhì)或幾丁質(zhì)樣組分有望成為控制吸血昆蟲生殖的潛在靶標(biāo)。吸血昆蟲的中腸微生物種群對(duì)宿主的血液消化以及生殖發(fā)育具有重要影響，在蚊蟲中，天然或者工程化的中腸微生物不僅可以有效阻斷病原傳遞 (Gaoetal., 2020; Huangetal., 2020)，而且自身的代謝物(如鐵蛋白載體等)還可以降低岡比亞按蚊的生殖力以及吸血率 (Ganleyetal., 2020)。

目前為止，吸血昆蟲生殖調(diào)控機(jī)制研究主要聚焦于雌蟲，而對(duì)雄蟲的研究相對(duì)較少。雄蚊對(duì)雌蚊的生殖發(fā)育起著重要作用，伊蚊性別決定染色體Y上的M因子Nix在雄性埃及伊蚊中突變后，雄蚊發(fā)生雌性化，包括精巢的卵巢化和副腺畸形以及外生殖器結(jié)構(gòu)的變化，最終導(dǎo)致突變體無法與野生型雌蚊交配。而Nix在雌蚊體內(nèi)異位表達(dá)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外生殖器官的雄性化，將雌蚊轉(zhuǎn)化為對(duì)人類無害的雄蚊 (Halletal., 2015; Liuetal., 2020)。通過外科手術(shù)去除雄性埃及伊蚊咽側(cè)體減少JH合成進(jìn)而導(dǎo)致雄蚊副腺發(fā)育受阻，不利于交配和精子轉(zhuǎn)移以及精子成熟，進(jìn)而影響雌蚊生殖 (Ramalingam and Craig, 1977)。除此之外，成蟲間的交配行為伴隨了激素傳遞，這也在卵子發(fā)生過程中起到了重要作用。研究表明，雄性蚊蟲在交配時(shí)，將JH轉(zhuǎn)移到雌蚊體內(nèi)，激活雌蚊卵子發(fā)育并影響其生殖 (Cliftonetal., 2014)。在岡比亞按蚊交配時(shí)，雄蚊可傳遞20E到雌蚊中，雌蚊中的EcR與之結(jié)合后激活蛋白因子基因MISO(mating-inducedstimulatorofoogenesis)的轉(zhuǎn)錄，該因子能夠與雌蚊中的20E共同作用激活卵黃生成相關(guān)的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)因子的表達(dá)，從而引起脂滴積累，促進(jìn)卵的發(fā)育 (Baldinietal., 2013)。因此雄蟲發(fā)育機(jī)制的研究對(duì)于吸血昆蟲生殖調(diào)控機(jī)制挖掘具有重要的意義。

微小RNA(microRNAs, miRNAs)在昆蟲生殖過程中也扮演著重要的角色。以蚊蟲研究為例，在埃及伊蚊不同發(fā)育時(shí)間點(diǎn)的脂肪體組織中，miRNAs的表達(dá)呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化，這可能會(huì)影響不同靶基因表達(dá)，從而調(diào)控卵的發(fā)育(Zhangetal., 2017)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，JH和20E信號(hào)通路可以調(diào)控部分miRNAs活性，以此來滿足蚊蟲的生殖需求(Aksoy and Raikhel, 2021; Heetal., 2021)。miR-275不僅在維持中腸微生物穩(wěn)態(tài)中起著重要作用，而且通過影響中腸血液吸收、消化酶的產(chǎn)生以及中腸肌動(dòng)蛋白骨架的組裝等影響卵的發(fā)育(Zhaoetal., 2017)。中腸特異性表達(dá)的miR-1174可以通過靶向絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶(serine hydroxymethyltransferase, SHMT)基因影響糖的吸收、血液消化等生理學(xué)過程，進(jìn)而影響卵的發(fā)育成熟和蚊蟲存活 (Liuetal., 2014)。miR-309通過靶向Homeobox基因SIX4，調(diào)控卵巢的發(fā)育過程 (Zhangetal., 2016)。miR-277通過調(diào)控埃及伊蚊脂代謝穩(wěn)態(tài)進(jìn)一步影響卵巢發(fā)育(Lingetal., 2017)。miR-8還可以通過靶向Wingless信號(hào)通路來調(diào)控雌蚊的繁殖過程(Lucasetal., 2015)。無論在埃及伊蚊還是斯氏按蚊中，miR-989都被證明與雌蚊生殖密切相關(guān)(Jainetal., 2015; Zhangetal., 2017; Royetal., 2018)。隨著測(cè)序技術(shù)發(fā)展、miRBase數(shù)據(jù)庫的豐富以及miRNAs與靶基因之間新型作用模式不斷涌現(xiàn)，吸血昆蟲中與生殖相關(guān)的miRNAs逐漸被解析，而基于miRNA的原理去阻斷蚊媒疾病傳播的方法也將越來越多地被研發(fā)出來(Xuetal., 2021)。

6 小結(jié)與展望

吸血昆蟲傳播的疾病擴(kuò)散速度快，分布范圍廣，危害性大。盡管目前針對(duì)部分傳染病(例如瘧疾和黃熱病等)正在試驗(yàn)或者已經(jīng)研制出疫苗，但是其對(duì)機(jī)體免疫力的保護(hù)并不持久。病原在傳播過程中不斷發(fā)生變異，使得疫苗研制變得非常困難。因此，深入探討吸血昆蟲生殖調(diào)控的分子機(jī)制，控制吸血昆蟲生殖，不僅可以從根本上阻斷蟲媒疾病傳播，而且能夠減少化學(xué)藥物濫用造成的環(huán)境污染。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，對(duì)吸血昆蟲生殖調(diào)控機(jī)制的解析還能夠?yàn)闅⑾x劑研發(fā)提供藥物設(shè)計(jì)的靶標(biāo)，具有十分重要的社會(huì)效益和戰(zhàn)略意義。

雖然吸血昆蟲生殖發(fā)育的調(diào)控機(jī)制經(jīng)過數(shù)十年研究，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但是對(duì)其研究往往只聚焦于模式吸血昆蟲，而對(duì)于其他吸血昆蟲的涵蓋面不夠，比如印鼠客蚤Xenopsyllacheopis這一鼠疫媒介的研究尚是空白。同時(shí)為適應(yīng)快速且高效的生殖活動(dòng)，吸血昆蟲自身能夠不斷進(jìn)化出新的生殖調(diào)控機(jī)制。到目前為止，激素、營(yíng)養(yǎng)信號(hào)以及miRNAs等對(duì)吸血昆蟲生殖調(diào)控的機(jī)制已經(jīng)逐漸明晰(圖1)，但是其他非編碼RNA，例如長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)、環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)，以及DNA修飾、RNA修飾和組蛋白修飾等表觀因素對(duì)生殖的調(diào)控研究仍涉及得非常少。隨著非編碼RNA、表觀基因組學(xué)和表觀蛋白質(zhì)組學(xué)等測(cè)序技術(shù)以及基因編輯技術(shù)的飛速發(fā)展，表觀遺傳學(xué)修飾在吸血昆蟲生殖過程中所扮演的角色將逐漸被揭示，最終通過對(duì)多種調(diào)控機(jī)制的綜合分析，找到控制吸血昆蟲生殖的最優(yōu)靶標(biāo)，從而為阻斷蟲媒傳染病的傳播做出貢獻(xiàn)。

圖1 吸血昆蟲生殖調(diào)控的分子機(jī)制Fig.1 Molecular mechanism of reproductive regulation in hematophagous insects保幼激素(JH)入核后，結(jié)合到其受體復(fù)合物Met/Tai上，隨后JH/Met/Tai復(fù)合物與下游靶基因啟動(dòng)子區(qū)的JH調(diào)控元件(JHRE)結(jié)合，直接調(diào)控其表達(dá)，例如Kr-h1、Hairy以及核糖體相關(guān)基因等。另外，JH還可以通過另一膜受體進(jìn)入胞內(nèi)，通過激活PKC/CaMKII信號(hào)通路將Met和Tai進(jìn)行磷酸化，磷酸化的Met以及Tai進(jìn)入核內(nèi)后調(diào)控下游靶基因表達(dá)。同樣地，20E入核后，與其受體復(fù)合物EcR/USP結(jié)合，20E/EcR/USP復(fù)合物通過與早期基因啟動(dòng)子區(qū)的EcR調(diào)控元件(EcRE)結(jié)合而直接激活早期基因應(yīng)答，例如E74B, E75A, E93以及Broad-Z2等，這些早期基因編碼的蛋白隨后誘導(dǎo)卵黃原蛋白基因Vg等晚期基因的表達(dá)。胰島素樣肽(ILPs)介導(dǎo)的胰島素信號(hào)通路以及氨基酸(AAs)等信號(hào)分子可以激活ToR信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)Vg等蛋白合成。JH和20E信號(hào)通路可以協(xié)同調(diào)控糖脂等能量代謝過程。此外，5-羥色胺信號(hào)通路、脂動(dòng)激素信號(hào)通路、幾丁質(zhì)代謝、腸道微生物、雄蚊以及微小RNA等表觀遺傳因素也會(huì)直接或間接調(diào)控吸血昆蟲生殖。Juvenile hormone (JH) binds to its receptor complex Met/Tai in nucleus, and then the JH/Met/Tai complex binds to the JH regulatory element (JHRE) in the promoter region of the downstream target genes such as Kr-h1, Hairy and ribosome-related genes to directly regulate their expression.In addition, JH can enter the cell through an additional membrane receptor and phosphorylate Met and Tai by activating the PKC/CaMKII signaling pathway.The phosphorylated Met and Tai enter the nucleus and regulate downstream target gene expression.Similarly, 20E binds to its receptor complex EcR/USP in the nucleus and directly activates the early gene response by binding to the EcR regulatory element (EcRE) in the promoter region of the early genes, such as E74B, E75A, E93 and Broad-Z2.Subsequently, proteins encoded by these early genes induce the expression of late genes like vitellogenin gene (Vg).Insulin-like peptides (ILPs)-mediated insulin signaling pathways and amino acids (AAs) can activate ToR signaling pathway, thereby inducing the synthesis of proteins like Vg.JH and 20E signaling pathways can coordinately regulate energy metabolism processes such as carbohydrate and lipid metabolism.Besides, serotonin signaling pathway, adipokinetic hormone signaling pathway, chitin metabolism, intestinal microorganisms, male mosquitoes, microRNAs and other epigenetic factors also directly or indirectly regulate the reproduction of hematophagous insects.