Toxoplasma gondii Relies on Both Host and Parasite Isoprenoids and Can Be Rendered Sensitive to Atorvastatin
- 作者
- Zhu- Hong Li, Srinivasan Ramakrishnan, Boris Striepen, Silvia N. J. Moreno
- 单位
- Center for Tropical and Emerging Global Diseases and Department of Cellular Biology, University of Georgia, Athens, Georgia, United States of America
- 杂志
- PLoS Pathogens（2013）
- DOI
- 10.1371/journal.ppat.1003665
- 所属领域
- 病原生物学与代谢
- 关键词
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解决的核心问题
弓形虫作为专性胞内寄生虫如何获取异戊二烯，以及能否通过抑制宿主和寄生虫的异戊二烯合成途径实现有效治疗。
研究策略
利用基因敲除和条件敲除、放射性标记代谢分析、体外药物敏感性与协同实验、小鼠感染模型，研究TgFPPS的功能及宿主异戊二烯的补救途径。
核心内容
弓形虫作为专性胞内寄生虫，其异戊二烯代谢对生存至关重要。该研究通过基因敲除解析了弓形虫法尼基二磷酸/香叶基香叶基二磷酸合酶（TgFPPS）的功能，并探索了宿主与寄生虫异戊二烯途径的协同抑制策略。结果显示，Δfpps敲除突变体在成纤维细胞中生长正常，但在巨噬细胞中显著受限，且细胞外突变体ATP水平下降，线粒体膜电位降至56.2%（野生型为85.2%），表明寄生虫自身合成不足时可从宿主细胞补救FPP和GGPP。药物敏感性实验发现，阿托伐他汀对Δfpps突变体的半数抑制浓度（约2 μM）比野生型（约40 μM）低20倍；在小鼠感染模型中，阿托伐他汀治疗使80%（9/10）感染Δfpps的小鼠存活，而未治疗组死亡率达80%。此外，阿托伐他汀与唑来膦酸及磷霉素联用呈现协同效应，FIC指数为0.36。这些结果揭示弓形虫依赖自身与宿主双重异戊二烯来源，联合靶向宿主甲羟戊酸途径和寄生虫DOXP途径有望成为治疗弓形虫病的新策略。
创新点
发现弓形虫能从宿主细胞补救FPP和GGPP，提出结合宿主他汀类药物和寄生虫双膦酸盐或DOXP途径抑制剂的双重打击治疗策略。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Toxoplasma gondii | 异戊二烯合成下游途径（FPP/GGPP合成） | TgFPPS | 法尼基二磷酸/香叶基香叶基二磷酸合酶（双功能） | 催化 | 定位于线粒体，催化生成FPP和GGPP，为长链异戊二烯和泛醌提供前体 |
| 人成纤维细胞/巨噬细胞 | 甲羟戊酸途径 | HMGCR | HMG-CoA还原酶 | 催化 | 他汀类药物（阿托伐他汀、美伐他汀）的靶点，催化甲羟戊酸合成 |
| Toxoplasma gondii | DOXP途径 | lytB | 1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基4-二磷酸还原酶 | 催化 | DOXP途径终末步骤，生成IPP和DMAPP，位于顶质体 |
| Toxoplasma gondii | DOXP途径 | doxpr | DOXP还原异构酶 | 催化 | DOXP途径第二步，位于顶质体 |
| Toxoplasma gondii（转基因） | 转运 | glpT | 甘油-3-磷酸转运蛋白（GlpT） | 转运 | 来自大肠杆菌，使磷霉素能够进入虫体，用于验证DOXP途径抑制效果 |
关键发现
- TgFPPS敲除突变体（Δfpps）在成纤维细胞中生长正常，但在巨噬细胞中显著受限
- 细胞外Δfpps突变体ATP水平显著下降，线粒体膜电位降低（56.2% vs 85.2%）
- 阿托伐他汀对野生型IC50约40 μM，对Δfpps突变体IC50约2 μM（低20倍）
- 体内实验阿托伐他汀治愈80%（9/10）感染Δfpps的小鼠，未治疗组80%死亡
- 阿托伐他汀与唑来膦酸及磷霉素的协同作用，FIC指数为0.36。
研究结论
弓形虫依赖自身和宿主的异戊二烯合成，联合抑制宿主甲羟戊酸途径和寄生虫异戊二烯途径是治疗弓形虫病及其他顶复门寄生虫感染的新策略。