新的图片显示了疟疾寄生虫如何逃避一线药物

• 图片显示了疟疾寄生虫的一种特定蛋白质的变化是如何导致一线治疗失去效果的
• 结果显示了抗疟疾耐药性如何可以从东南亚扩散出去
• 这项研究提出了恢复抗疟效力的方法

疟疾寄生虫正在世界各地迅速发展对一线药物的耐药性，可能会破坏多年来在减少疟疾死亡方面取得的进展。

哥伦比亚大学瓦格洛斯内科医生和外科医生学院的一组科学家用单粒子低温电子显微镜捕获了一种疟原虫抗药性的关键媒介的新照片，这给研究人员提供了如何对抗耐药性的线索。

的研究11月27日发表在《自然》杂志上的一项研究表明，疟原虫的耐药性与一种特定的蛋白质有关，并说明了这种蛋白质的突变是如何使疟原虫将药物排出体外的。这项新发现可能有助于科学家找到恢复药物效力的方法，并将使世界其他地区的卫生官员能够利用这种方法监测新出现的阻力。

“与疟疾的斗争正在停滞，”他说大卫Fidock博士他是微生物与免疫学的C.S. Hamish Young教授，领导了这项研究菲利波·曼西亚博士现任生理学与细胞生物物理学副教授马提亚快速博士，神经生物学副教授(精神病学)。“发现耐药性的分子基础对于延长现有药物的有效性和开发新药物至关重要。”

以下是文章的六个要点:

图片显示了一线疟疾药物正在失去效力

近15年来，药物哌拉喹（PPQ）在世界各地被用于治疗疟疾寄生虫感染者。该药物与青蒿素联合使用，帮助将该疾病造成的死亡人数从2004年的100多万人减少到2017年的435000人。该疾病袭击了2.2亿多人每年在全球范围内，包括非洲、东南亚、西太平洋和南美洲，几乎所有致命感染都发生在非洲幼儿身上。

但最近在东南亚，对PPQ的抵制爆发了。菲多克说：“在某些地区，PPQ与双氢青蒿素的一线联合治疗（双氢青蒿素也已产生耐药性）目前仅对13%的患者有效，这使得这种药物在这些地区基本上是无用的。”。

这项发表在《自然》杂志上的研究表明，PPQ抗性的来源是疟原虫中的一种名为PfCRT的蛋白质。

PfCRT是介导对前一线药物氯喹(CQ)耐药的相同蛋白。

这一巧合可能为治疗创造了新的机会，因为新的突变像野火一样在东南亚蔓延，经常导致寄生虫失去对氯喹的耐药性。联合使用抗疟药可以治疗耐药和敏感的寄生虫感染。

抗药性寄生虫会吐出药物

抗疟药物CQ和PPQ通过进入寄生虫的消化液泡(一个类似胃的腔体)并改变它，使寄生虫在其消化的血红蛋白形成的有毒废物上中毒。

PfCRT位于液泡的膜上，而突变的位置——在PfCRT的中心腔内——再次证实了耐药寄生虫使用这种蛋白质的变体将药物排出液泡的观察结果。

曼西亚说:“看起来，蛋白质把药物从寄生虫的胃里吐出来，让它远离目标。”

尽管这些图像唤起了人们的回忆，但PfCRT的传输特性还需要进行生化测试来证实研究人员的怀疑。通过对该蛋白进行其他突变，并测试它们的药物结合和运输能力，Quick发现只有在该蛋白的中心腔中发生突变，才使PfCRT具有将药物从液泡中排出的能力。

科学家们现在可以预测在世界其他地区抗药性将如何产生

有了PfCRT的图像，再加上引起抗性突变的位置和特性，现在就有可能预测PPQ抗性在世界其他地区将如何出现。

“PfCRT基因很难测序，所以人们很难监测，”Fidock说。“PfCRT中有数百个位置可能会发生突变，但现在我们可以说，只需看看中央腔中的这些位置，它们具有特定的结构和保存特性。他们是唯一能够推动抵抗的人。”

菲多克说，根据目前已知的情况，南美可能是PPQ下一个失败的地方。本报告中提出的结果已经显示了PfCRT中的一种突变，如果它在南美洲出现和传播，将导致高抗药性并增加治疗失败的风险。

菲多克说：“通过了解寄生虫基因组的位置，走在‘耐药性曲线’的前面，对于确定耐药性产生的位置以及有时间采取替代治疗策略至关重要。”。

Fidock和Quick目前正在测试在亚洲疟疾寄生虫中发现的PfCRT突变是否也会导致非洲寄生虫对PPQ产生耐药性。非洲寄生虫在基因上是不同的，造成了全球绝大多数疟疾负担。这些试验还可能帮助非洲的官员，他们正计划在高传播地区更广泛地部署PPQ，他们需要知道如何监测出现耐药性的迹象。

这项研究提出了恢复抗疟药物效力的方法

寄生虫已经利用PfCRT来对抗抗疟药物，但研究人员也可以选择PfCRT来恢复PPQ和类似药物的效力。

Fidock说:“我们可以用一种完全阻断这种蛋白质运输能力的药剂来恢复这些药物的效力。”他正在和同事们一起开发基于寄生虫的筛选，以识别潜在的候选化合物。

“这将使PPQ和早期一线药物氯喹完全发挥作用。”

诺贝尔技术获取图像的局限性

疟疾蛋白(49 kDa)是用冷冻电子显微镜(cryo-EM)观察到的该类分子中最小的分子之一，通常局限于至少100 kDa大小的蛋白质。PfCRT需要用抗体片段扩增，才能在电子显微镜下看到。该碎片被发现与PfCRT中央腔结合，使研究人员能够从多个角度看到PfCRT，这是生成三维模型所必需的。

PfCRT体积小并不是低温电镜获得清晰图像的唯一问题。PfCRT通常被嵌入生物膜的脂质包围，因此蛋白质需要使用洗涤剂进行提取和纯化，从而创造了一个通常不稳定的非自然环境来成像蛋白质。研究人员通过制造纳米级的脂盘来避免这个问题，使PfCRT处于近乎自然的状态，而不掩盖重要的细节。

这项研究是哥伦比亚大学三个实验室共同努力的结果

这项新研究的发现只有在哥伦比亚大学瓦杰洛斯医师和外科医生学院三个实验室的密切合作下才得以实现。

大卫·菲多克（David Fidock）的疟疾研究实验室首次发现了PfCRT在该领域的耐药性和突变中所起作用的证据。这项工作始于2000年在分子细胞中的一份开创性报告，他和其他人首次报告PfCRT是人类疟疾寄生虫对氯喹产生耐药性的原因恶性疟原虫．Drs。Fidock和Mancia于2013年开始合作这个项目，他们都对揭示抗性过程的机理感兴趣，但纯化蛋白的产量对其他结构生物学技术来说太低了，而且低温电子显微镜还无法研究如此小的蛋白。

在Filippo Mancia的结构生物学实验室，Jonathan Kim设计了获得足够蛋白质用于实验的方法，并制备适合成像的纯均质蛋白质，这一过程需要几年的测试和优化。Yong Zi Tan利用其在cryo EM方面的专业知识来解决PfCRT的结构纽约结构生物学中心西蒙斯电子显微镜中心的nd设施。

PfCRT在耐药中的作用最终得到了Matthias Quick实验室的确认。Quick是膜转运过程专家，他测量了PfCRT的突变如何影响药物的结合和转运。

曼西亚说：“这项研究是第一步，但它表明，我们在哥伦比亚大学拥有基本的科学工具，可以回答有关疟疾寄生虫和耐药性在该领域传播的重要问题。”。

“我们的实验室距离正在发生这些变化的柬埔寨中部数千英里，”Fidock补充说，“但我们的工作将两者直接结合在一起。我们现在可以迅速将出现耐药性的临床发现转化为耐药性如何工作的详细结构和功能理解，并将其反馈给现场工作人员，以调整他们的治疗策略。最终，这些方法对于确保我们不让耐药性占上风，并继续降低这一毁灭性传染病的负担至关重要。”