如何助力破解恶性疟原虫与宿主共进化的博弈机制

疟疾是一种由疟原虫引起，经雌性按蚊叮咬传播的虫媒传染病。据WHO统计，2019年全球有2.29亿病例，死亡人数高达40.9万。其感染主要表现为寒战、发热、贫血等临床症状，严重时导致死亡，是严重威胁人类健康的一种疾病。目前发现有六种疟原虫可致人类疾病，其中恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）是致死性最高、造成恶性疟疾的致病疟原虫。

2021年8月24日，中国疾控中心主任、中国科学院院士高福团队在Cell Reports杂志上发表了题为“Structural basis of malarial parasite RIFIN-mediated immune escape against LAIR1”的文章，从分子水平阐释了恶性疟原虫RIFIN蛋白与宿主免疫抑制性受体LAIR1分子的相互作用机制，揭示了恶性疟原虫免疫逃逸的分子机制以及宿主的反制策略，为抗疟疾药物的开发及疫苗设计提供了理论依据。

恶性疟原虫感染红细胞后可表达多种蛋白如PfEMP1、STEVOR和RIFIN等，这些蛋白表达到红细胞表面，帮助疟原虫逃避宿主的免疫监视。近年来有研究在疟疾患者体内分离到含有LAIR1胞外段片段插入的公共抗体（Public antibody），这类抗体通过插入的LAIR1片段（LAIR1Ab）识别被感染红细胞表面表达的RIFIN蛋白。插入的LAIR1Ab片段均出现不同突变。LAIR1是一种在NK细胞、T细胞等多种免疫细胞表面表达的免疫抑制性受体。RIFIN蛋白是目前已知的恶性疟原虫中最大的多变抗原家族，每个疟原虫基因组编码150-200个rif基因。这些RIFIN成员如何与LAIR1结合，而有LAIR1Ab片段插入的抗体如何发挥作用是亟待解决的科学问题。

来自中国疾控等单位的研究团队通过解析RIFIN的单体结构以及两个RIFIN成员与LAIR1/LAIR1Ab的复合物结构，系统研究了RIFIN-LAIR1相互作用介导的恶性疟原虫免疫逃逸机制及宿主的反制策略。RIFIN蛋白胞外段由保守区（Conserved region, CR）和可变区（Variable region，VR）组成，研究发现其通过可变区识别LAIR1，可变区形成以α螺旋和柔性区为主的类似瞭望塔的结构，利用顶部的两个柔性loop和一个α螺旋与LAIR1结合。两个RIFIN成员均靶向LAIR1上相似的结合区域，但结合的角度不同，表明RIFIN不同成员由于序列多样性具有很强的结构可塑性。研究进一步比较了RIFIN与LAIR1或LAIR1Ab的相互作用细节，揭示了抗体插入的LAIR1Ab突变增强亲和力的分子机制。

为了探索 RIFIN #6-VR 与 LAIR1 的结合特性，作者表达并纯化了两种 LAIR1 蛋白，野生型 LAIR1 和突变的 LAIR1（命名为 LAIR1Ab，具有 T67L、N69S 和 A77T 突变）以用于进一步测试。作者使用 Biacore 8K探索 RIFIN #6 与 LAIR1 或 LAIR1Ab 蛋白结合的亲和力，发现 RIFIN #6-VR与 LAIR1Ab 和LAIR1 均能结合，并且RIFIN #6-VR 对 LAIR1Ab 的结合亲和力比 LAIR1 高得多（34.7 nM vs 143.3 nM）（图 1D 和 1E）。

有意思的是，RIFIN与LAIR1的结合位点与LAIR1与其天然配体胶原蛋白（Collagen）的结合位点部分重合外，有研究报道另一种免疫抑制受体LILRB1也可与被感染红细胞表面表达的RIFIN蛋白结合，从而抑制免疫细胞的功能。比较发现，RIFIN成员使用不同的结合位点与LAIR1或者LILRB1进行结合，这一现象进一步表明RIFIN家族成员的多样性。表明RIFIN可能通过模拟胶原蛋白与LAIR1结合进而抑制免疫细胞的功能。

另外，通过LAIR1-NFAT-GFP报告系统发现RIFIN-LAIR1相互作用可引起LAIR1受体下游的信号活化，而有LAIR1Ab插入的公共抗体，如MGD21、MGM5，可阻断RIFIN引起的LAIR1下游信号的活化，作者在研究中通过Biacore检测发现 MGD21 与 RIFIN #6-VR 结合的亲和力远高于 MGM5（0.25 nM vs 476.3 nM，图2）。通过分析LAIR1和两个抗体的序列，发现除了T67L/N69S/A77T突变外，MGD21与生殖系LAIR1相比还包含其他几个突变，而MGM5与生殖系LAIR1相比仅包含I102A突变。这揭示了疟原虫利用RIFIN蛋白和免疫抑制性受体LAIR1相互作用从而实现免疫逃逸，相反，为了应对疟原虫的感染，宿主产生有LAIR1Ab插入的公共抗体阻断RIFIN-LAIR1相互作用。

综上，此研究揭示了恶性疟原虫利用被感染红细胞表面的RIFIN蛋白调节宿主免疫细胞功能，阐明了恶性疟原虫的免疫逃逸机制，以及宿主产生公共抗体的免疫反制机制，揭示了疟原虫与宿主在长期进化过程中产生的基于RIFIN-LAIR1的博弈机制，从而为后续治疗药物的开发提供了一条新途径。

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