威斯腾生物:整体实验外包专业服务
伯豪生物转化医学服务平台
第四届中国药物基因组学学术大会暨_首届中国个体化用药—精准医学科学产业联盟大会

人类对于猫的喜爱,造就了世界上最成功的寄生虫

2017/09/26 来源:Nature自然科研
分享: 
导读
家猫传播的一种病原体威胁着人类和牲畜的健康。简单地照顾好猫咪能够有效抗击弓形虫感染吗?

本文转载自Nature自然科研微信公众号

原文以Parasites: Kitty carriers为标题

发布在2017年3月29日的《自然》OUTLOOK上

原文作者:Sarah DeWeerdt

家猫传播的一种病原体威胁着人类和牲畜的健康。简单地照顾好猫咪能够有效抗击弓形虫感染吗?

刚地弓形虫是世界范围内最成功的寄生虫之一。它的主要宿主是猫,但它几乎存在于地球上任何一个生态系统内,包括那些没有原生猫类的生态系统。刚地弓形虫存在于很多动物身上,从老鼠到麝鼠再到海牛,当然人类也可以感染刚地弓形虫。


自己捕猎的猫可能是环境中刚地弓形虫的重要来源。Ambre Haller/Getty

弓形虫病,即刚地弓形虫感染,能够在人类身上造成严重后果。孕妇感染弓形虫病可能导致流产、死胎或胎儿神经系统问题。弓形虫也是导致感染性视网膜疾病的最常见原因。巴西的刚地弓形虫比欧洲和北美的毒力更大,因此,巴西将近五分之一的弓形虫病会造成永久性的视力损害。

刚地弓形虫也能够感染牲畜。弓形虫病是造成绵羊和山羊流产的最主要原因之一,因而会给农民带去很大的经济损失。自21世纪初以来,刚地弓形虫还造成了加州海獭的大量死亡。

刚地弓形虫对人类的危害很可能继续增加。人们在法属圭亚那的丛林中发现了高毒性的弓形虫,可能导致健康成人患上严重疾病甚至死亡。而这个地区和大量人口密集的区域之间只有一道脆弱的生态屏障。正因为如此,科学家正致力于研究刚地弓形虫为何分布如此广泛,它是如何在现今环境中传播的。

刚地弓形虫侵入并寄生在其它生物的细胞中。这种单细胞原生生物之所以分布如此广泛,部分可以归因于它独特的生物学特性——也就是说,它能够在非常多的宿主体内长期寄生。但更重要的是历史原因——人类和家猫长达10000年左右的共生使这种寄生虫能够充分繁殖,广泛分布。认识到这一历史原因,一方面让人们理解了为何弓形虫病在全球范围内广泛传播,另一方面也能够为如何控制感染提供一些思路。事实上,控制感染不仅需要科学,还需要同情心。

耐心的回报

刚地弓形虫有两大生物学优势:耐心和灵活性。“弓形虫拥有一种不惧等待的生活方式。” Jonathan Howard说。他是葡萄牙古尔本基安科学研究所的一名免疫学家,致力于研究寄生虫。

弓形虫的有性生殖阶段只能在猫科动物肠道内进行,并将持续几天。在有性繁殖的最后阶段,已受精的寄生虫卵会被一层坚实的外壳裹住随着猫的粪便排出,这层外壳能够帮助虫卵抵御周围的环境刺激。虫卵排出体外后可以在泥土或水中维持休眠状态超过1年。


埃及的猫咪木乃伊。CM Dixon/Print Collector/Getty

当虫卵被其它哺乳动物或鸟类吞食后,它将迅速分裂,并在1周左右时在动物的脑内或肌肉内形成假包囊。弓形虫可以以假包囊形式存活数年直到再次被猫吞食,然后重复繁殖过程。

尽管刚地弓形虫只能在猫的体内进行有性繁殖,但是它能够在几乎所有哺乳动物及鸟类体内进行无性繁殖并造成慢性感染。“迄今我们还没有发现任何一种恒温动物不会感染弓形虫。”Michael Grigg说。他是美国国立卫生研究院过敏与感染研究所的一名寄生虫学家。

相比之下,和弓形虫亲缘关系较近的寄生虫的中间宿主种类有限,例如引起疟疾的疟原虫。此外,一旦原中间宿主被其它中间宿主捕食,刚地弓形虫假包囊能够形成新的感染,比如狐狸吃了感染的兔子,或者人吃了感染的羊。其它类似的寄生虫无法通过这种方式在中间宿主之间传播。

John Boothroyd在美国斯坦福大学医学院研究弓形虫的生物学特性,他认为猫的杂食性是造成刚地弓形虫中间宿主种类繁多的原因。“当刚地弓形虫虫卵从猫体内排出后,它们并不知道究竟是被麻雀、乌鸦、小鼠还是大鼠吞食后能够最快地再次进入猫体内。”Boothroyd说。所以,这就从进化论的角度解释了该寄生虫为何有如此多种中间宿主。

遍布全球

刚地弓形虫作为一个物种,被认为在1100万年前就存在于地球上了,尽管去年12月发表的对南美的弓形虫进行的基因分析结果提示其历史约150万年。这种弓形虫从南美洲传播到北美洲,再通过白令海峡大陆桥传播到亚洲、欧洲及非洲。

这意味着在人类驯化猫之前很久,甚至在约20万年前现代人类演化之前,刚地弓形虫的分布就已经呈全球性了。“很有可能人类自存在以来就被弓形虫感染了。”Howard说。早期人类可能通过接触非洲猫类排出的虫卵或者食用被感染的猎物而感染了弓形虫。

但毫无疑问,和埃及和美索不达米亚地区农业发展几乎同时期的猫类驯化,对刚地弓形虫来说是一个重要变化,同时也是一个机会。“1万年前发生的事情让人惊叹,刚地弓形虫的终宿主数量急剧增多。” Howard说。

作为食物链顶端的捕食者,猫在一个生态系统里最少见,并且绝大部分猫都是独居。但是随着农业的出现,刚地弓形虫的最终宿主和众多中间宿主实现了在极近范围内的共存。

美国国立卫生研究院过敏与感染研究所的寄生虫学家Alan Sher表示,这可能标志着人类广泛感染刚地弓形虫的开始。随着家猫在世界范围内的扩散,它们携带的刚地弓形虫也实现了全球扩散。目前欧洲和北美流行的刚地弓形虫主要是约10000年前出现的少量弓形虫。有人说这种单一性意味着该寄生虫已经适应了一个特定的宿主——家猫。

“这和人类对于环境的改造是类似的,”美国农业部的寄生虫学家Benjamin Rosenthal说。特别是在过去500年的殖民及全球化进程中,人类活动已经使环境变得同质化,各地的庄稼和植物种类都非常相似。他表示刚地弓形虫可能也因为类似的原因而落入相同的模式。

疫苗困境

家猫是目前世界上数量最多的猫科动物。在感染初期,一只猫可以通过粪便排出10亿个虫卵。尽管产生虫卵的有性生殖阶段非常短暂,但是虫卵对环境刺激的耐受性意味着它们能够大量地在自然环境中存活。

过去,一直无法确定人类感染弓形虫的主要途径究竟是直接接触了虫卵还是吃了未煮熟的被感染牲畜。但是美国农业部的研究人员发现了一个只能由寄生虫虫卵产生的分子,可以通过它来确定部分感染的来源。美国农业部科学家Jitender Dubey说,利用这项技术开展的一些研究表明,虫卵是造成大部分人类感染的原因。

虫卵也是一些脆弱的野生动物感染的主要来源。起初研究人员对于海獭感染弓形虫感到非常困惑,因为海獭很少上岸,而且它们并不捕食恒温动物。但是事实表明河流或溪水会将虫卵带入大海,这些虫卵能够在一些变温动物,如贻贝和蜗牛体内存活。而海獭正是通过捕食这些生物感染了弓形虫。

如果虫卵是主要的感染途径,那问题就变成了如何对付虫卵。一种方法是对可能感染的物种注射疫苗。Elisabeth Innes说目前有一种针对绵羊和山羊的疫苗能够预防因弓形虫感染造成的流产。她是英国莫登研究所的一名免疫学家,也是这个疫苗的开发者之一。她的团队证明这种疫苗还能减少食用动物体内的假包囊,从而减少食物来源的感染。

但是这种疫苗属于活疫苗,不仅保质期较短而且还有安全性方面的风险,因而难以开展人体试验。Innes和其他科学家正在研究其他可能的疫苗,但是想要诱导出能够对抗细胞内寄生虫感染的免疫反应非常困难。

另一个切入角度是阻断虫卵来源,也就是开发一种针对猫的疫苗。“这是我认为能够带来最大效果的方法。”Innes说。美国研究人员已经开发了一种与这种疫苗效果相似的实验。但是这个实验需要在小鼠体内培养一种毒力较弱的突变型弓形虫,然后给猫喂食这些小鼠的脑组织——这种做法无法大规模推广。

有些科学家担心即便真的有了猫类疫苗,猫主人可能也不愿意购买,因为刚地弓形虫对猫的健康危害微乎其微。而且给宠物猫注射疫苗甚至可能无助于问题的解决。被精心照顾的宠物猫,即使会接触到室外环境,它们发生感染的概率也非常低。野猫可能是环境中弓形虫卵的主要来源。

“从公共卫生角度看,孕妇应避免清理猫粪盒,这对于预防感染有一定作用,但是却还不够,”加州大学戴维斯分校动物健康研究人员Patricia Conrad说。人们更可能在清理花园或者在沙地里玩耍(儿童接触虫卵的常见原因)时接触到弓形虫,或者通过水洼或者池塘这种水体接触到。

但是Conrad团队的研究提出了一种可能性。当野猫从人类这里获取食物,野猫捕食感染了刚地弓形虫的动物的可能性就降低了,因此野猫感染弓形虫的概率也降低了,传播疾病的可能性就会显著降低。解决弓形虫病的方法可能不是采用科学手段,而是道德手段。正如Conrad说的:“我们的研究表明你把猫照顾得越好,弓形虫的感染率就越低。”如果所有健康问题都能用这样的良性循环来解决就好了。

本网站所有注明“来源:生物探索”的文字、图片和音视频资料,版权均属于生物探索所有,其他平台转载需得到授权。本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源和作者,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(editor@biodiscover.com),我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点,不代表本站立场。