本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，僅反映作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
接下來您將看到的，是我從未見過的任何單細胞生物做過的事情：部署看起來像是一條打結的繩索的東西。
這個小傢伙是錐蟲，一種波紋狀的單細胞寄生蟲。它及其同類會引起多種惡性疾病，包括東半球的昏睡病和西半球的恰加斯病。由引起人類昏睡病的物種感染的動物被稱為患有納迦納病；牛和狗是眾多受害者之一。
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但是它在影片中做什麼呢？佐治亞大學、太平洋西北國家實驗室和德克薩斯大學埃爾帕索分校的科學家試圖找出答案，並在上個月的《細胞》雜誌上報告了他們的結果。他們的發現令人不安，不僅因為它暗示了錐蟲如何使我們生病，還因為它暗示了它們逃避我們防禦的能力。
要理解原因，您需要了解一些關於錐蟲生物學的知識。實際上，人類透過一套稱為錐蟲裂解因子 (TLF) 的分子對許多錐蟲病免疫。這些分子在我們的血液中迴圈，並透過在錐蟲側面打孔來或多或少地將其摧毀（因此稱為“裂解”）。
然而，引起昏睡病的錐蟲——羅得西亞錐蟲 (Trypanosoma brucei rhodesiense)——產生一種毒力因子，使其能夠透過結合和中和 TLF 來繞過這些防禦。這種因子被稱為血清耐藥相關蛋白 (SRA)。不幸的是，生物學家和工程師一樣，都是字母湯的愛好者。所以我將總結一下以幫助澄清：錐蟲產生的 SRA 使它們能夠擊敗人類產生的防禦性 TLF——明白了嗎？
另一種錐蟲——布氏錐蟲 (T. b. brucei)，它引起牛的納迦納病——通常不能感染人類，但如果它發現自己與羅得西亞錐蟲 (T. b. rhodesiense) 在采采蠅中成為室友，則可以神秘地獲得這種能力。羅得西亞錐蟲 (T. b. rhodesiense) 是否正在與布氏錐蟲 (T. b. brucei) 交流或共享其 SRA，如果是，又是如何共享的？
進行這項研究的科學家發現，羅得西亞錐蟲 (T. b. rhodesiense) 正在製造被稱為“膜奈米管”的彎曲、細長的細絲，這是本文作者命名的。這些細絲從錐蟲的鞭毛中萌發出來。最終，它們將自己掐成一個個稱為細胞外囊泡的小袋——因此，當這種情況持續發生時，就會出現珠串外觀。這些小球攜帶著毒力因子和其他蛋白質，這些蛋白質有助於錐蟲在人體內持續存在。
A) 膜奈米管（黑色箭頭指示），比例尺 400 奈米。它似乎正在掐入囊泡。B) “球形單元”（黑色箭頭），很可能是細胞外囊泡。比例尺 500 奈米。C) 在掃描電子顯微鏡下看到的錐蟲上的遊離細胞外囊泡（紅色箭頭）。比例尺 400 奈米。D) 來自本文頂部影片的幀，顯示奈米管（箭頭）分解成單個細胞外囊泡（星號）。圖 2A-D 來自 Szempruch 等人，2016 年。
錐蟲及其周圍細胞外囊泡的掃描電子顯微照片是一件藝術品。讓我們仔細看看它。
圖 2C 來自 Szempruch 等人，2016 年。
它們的預定目標是另一種錐蟲的鞭毛袋——錐蟲質膜向內翻轉並從中伸出鞭毛的地方。這個口袋內部和鞭毛周圍的區域本質上是錐蟲的停靠灣，物質在那裡進入或離開生物體。
細胞外囊泡在那裡與膜融合，將其內容物傾倒入錐蟲中，並將它們的膜蛋白和脂質與錐蟲的融合。科學家們可以判斷出來，因為用熒游標記的細胞外囊泡與錐蟲一起孵育後，導致錐蟲像拉斯維加斯大道一樣亮了起來，從鞭毛袋開始，但迅速蔓延到整個膜。
那麼，這就是 SRA 如何從羅得西亞錐蟲 (T. b. rhodesiense) 轉移到布氏錐蟲 (T. b. brucei) 的方式。這項研究還證實了細胞外囊泡中 SRA 的存在。
有時，人類會被認為是無傳染性的錐蟲物種感染。這些僥倖感染可能發生的原因是，通常無傳染性的物種發現自己與羅得西亞錐蟲 (T.B. rhodesiense) 在同一個人體內，並且很幸運地從細胞外囊泡中獲得了 SRA。
科學家們還注意到，細胞外囊泡的形成受到壓力條件的促進，類似於在健康宿主的血液中發現的那些條件。錐蟲不會思考，但也許正在發生的事情類似於“幫助我的夥伴對抗宿主對我們大家都有好處”。也就是說，與團隊的其他成員分享毒力因子會增加削弱宿主的機率，以便您能夠生存下來並找到進入另一隻采采蠅的方法。
人類昏睡病中最令人衰弱的症狀之一，也是牛納迦納病的主要死亡原因，是貧血——紅細胞缺乏症。雖然大多數人都知道缺鐵會導致貧血，但實際上這種情況有很多原因。昏睡病的謎團之一是寄生蟲如何引發這種情況。
科學家們已經收集了許多線索。長期以來人們都知道，錐蟲在感染期間會觸發先天免疫系統。與更廣為人知的適應性免疫反應（疫苗利用它來觸發長期免疫）相比，我們的先天免疫反應是自動的、快速的且非特異性的。
錐蟲觸發通用炎症分子（稱為細胞因子）的表達，這些分子啟用另一種稱為髓樣細胞的先天免疫系統成分。這些細胞能夠靶向並摧毀它們選擇的細胞，並且在錐蟲病的情況下，髓樣細胞選擇紅細胞。顯然，白細胞消滅身體自身的紅細胞不是健康的免疫反應，錐蟲正在做的事情一定是在觸發它。但沒有人知道是什麼。
事實證明，正如這項新研究揭示的那樣，錐蟲細胞外囊泡不僅喜歡與另一種錐蟲的鞭毛袋融合，還喜歡與另一種膜——紅細胞的膜融合。科學家們可以判斷出來，因為他們附著在細胞外囊泡上的熒游標記蛋白照亮了與它們一起孵育的紅細胞“鬼影”（清空內容的紅細胞膜）的外部，就像它們照亮錐蟲的一樣。
圖形摘要來自 Szempruch 等人，2016 年。
當囊泡與紅細胞融合時，它們會像錐蟲一樣改變血細胞的膜蛋白和脂質含量。關於這種改變——目前尚不清楚是什麼——似乎會觸發髓樣白細胞摧毀那些受到影響的紅細胞。作者推測，這就是導致該疾病特徵性貧血的原因。對於錐蟲來說，這種影響幾乎肯定是無意的——對我們來說則是極其不幸的。
參考文獻
Szempruch, Anthony J., Steven E. Sykes, Rudo Kieft, Lauren Dennison, Allison C. Becker, Anzio Gartrell, William J. Martin 等人。“來自布氏錐蟲的細胞外囊泡介導毒力因子轉移並引起宿主貧血。”細胞 164, no. 1 (2016): 246-257。