蚊子别咬我——蚊子feeding行为及其影响因素
蚊子是日常生活中惹人厌烦的昆虫。尽管体型微小，但它在卫生领域的重要性不容小觑，目前在造成人类死亡的动物中排行第一，是当前全球最具影响力的卫生动物。而它之所以会对人类产生如此大的威胁，很大程度上是因为雌性蚊子在吸食血液时，会传播疾病。所以，本次这次journal的主题是关于蚊子的feeding行为以及分析了影响feeding行为的内外影响因素。本实验室之前Journal Club探讨过蚊子的追寻宿主行为（详见2022年6月内容），所以本次主要是对之前的一些补充，以及这两年新发现的研究成果，对蚊子feeding有一个更完整的认识。
- 蚊子feeding行为的研究概述
蚊子生活史的四个主要阶段，即卵、幼虫、蛹和成虫。雄蚊以花蜜和其他糖源为食，而雌蚊也需要花蜜为食，之后则需要吸血来成熟卵子。蚊卵中的大部分脂质来自母体脂质沉积。这些脂质是在血餐后产生的，只有一小部分的卵中脂质是由糖餐产生的脂质。蚊子寻找花蜜主要依靠视觉线索、嗅觉线索和味觉线索。Orco突变的蚊子严重降低了蜂蜜对其的吸引力。与蚊子寻找宿主一致，蚊子寻找花蜜也依靠二氧化碳。尽管目前取得了一些进展，但目前针对寻找花蜜背后的神经机制及神经环路研究仍然较少。
蚊子的吸糖行为会对吸血行为有什么影响呢？有一种假说，即寻找宿主的行为可能与雌蚊的营养储备有关，当能量水平变低，寻找营养丰富血液的行为就会被触发。实验发现，喂食蔗糖浓度越高，蚊子越不易被血液吸引。当它们吃糖时，卵黄蛋白Vg-2表达得更多，蚊子吸血的冲动就越低。
蚊子对宿主的选择具有偏好性，一些物种以广泛的宿主为食，一些物种喜欢以特定的宿主物种为食，还有一些蚊子是机会主义者，会选择可获得的宿主吸食血液。对于那些可以进行培养的蚊子，实验室行为研究包括在双选择嗅觉计、风洞和选择室中进行观察。这种方法的局限是，宿主偏好性可能会因压力、选择性繁殖和缺乏自然环境条件而丢失。还有另一种方法就是在野外捕获蚊子，然后通过血液成分分析，来确定宿主偏好性。但局限是蚊子往往偏向于当地最丰富的宿主物种，而不是最偏好的。蚊子的进食可以分为三个阶段，穿透、探测和进食。目前也开发了一些平台，比如BiteOscope，利用摄像和数据分析来检测细致的蚊子行为。
蚊子对宿主的偏好性是可以被改变的吗？答案是可以的。这里举两个例子，分别是学习和病毒感染。当蚊子遇到防御性宿主时，暴露于机械扰动，当与其他与宿主相关的线索如宿主气味配对时，会被蚊子视为负强化。学习宿主气味和机械扰动之间的联系，蚊子将不偏好该宿主，多巴胺在其中发挥着关键作用。这也是第一次研究到学习可以改变宿主偏好性。黄病毒可以操纵宿主皮肤微生物群，产生吸引蚊子的气味苯乙酮。伊蚊更喜欢寻找和叮咬被登革热和寨卡病毒感染的小鼠。黄病毒感染抑制了宿主皮肤上必需的抗菌蛋白RELMα的表达，从而导致产生苯乙酮的共生细菌的扩增，导致高苯乙酮水平。鉴于RELMα可以由维生素a衍生物特异性诱导，可对感染者广泛补充维生素A或相关药物，有效防止蚊虫传播病毒。
2.支配进食行为的内部机制
简单来说，蚊子吸血这件事情只发生在雌蚊身上。雌蚊为什么要吸血？在交配过后雌蚊便会从吸取糖水或露水转向吸食血液，血液输送至胃和中肠消化吸收。血液中的物质或胃的膨大均会刺激脑中枢分泌激素给卵巢，控制卵巢的发育和成熟。在吸血过后的两到三天内，雌蚊的卵巢发育成熟，并且得以产下数百颗的卵。什么控制了这种进食行为的转变？其背后的复杂机制仍未有明确的答案。有部分科学家认为肠道中的某些神经元会分泌NPF或RYamide激素，共同作用来调控宿主对于蚊子的吸引力。
而我们更聚焦在蚊子整个吸血过程背后的调控？是什么调控了吸血行为的起始？是什么能够维持蚊子的持续吸血？又是什么促使了吸血行为的终止？
蚊子的口器压在人类皮肤上时会产生一定的唾液，而唾液中存在的LIPS蛋白会通过结合口器前端的Cp19蛋白，进一步影响口器的结构改变，导致蚊子的口器更深地插入人类的皮肤。而进一步产生的唾液中含有的活性蛋白可以有效地阻挡宿主的免疫反应。唾液中存在多样的活性蛋白，例如D7蛋白，sialokinin，aegyptin，腺苷脱氨酶等等。科学家们认为，多样的唾液蛋白存在的功能并不冗余。D7蛋白能够阻止宿主的血管扩张和血小板的聚集，而不影响宿主血液的凝固。Aegyptin可以填补上这块空白，它通过与胶原蛋白结合，从而有效地阻止血小板的聚集和血液的凝固。当然，在整个吸血过程中同样存在着负反馈调控。例如，在凝聚酶对纤维素原的切割过程中所产生的FPA。在整个积累过程中，FPA达到一定浓度便可有效地终止蚊子的吸血。除此之外，蚊子的腹部还存在一些机械感知受体，但由于技术问题，至今还未检测出来。科学家认为可能存在类似果蝇中的piezo受体，可以将饱腹的信号传递给中枢系统，进一步有效地终止吸血这个行为。
除此之后还有很多生理性因素会影响雌蚊的吸血。例如，肠道中的菌群互作影响，病毒的寄生，还有雌蝇本身的生理状态，例如是否交配或个体大小等等。但是，可能受困于工具技术，蚊子吸血行为背后的神经元环路还有很大的探索空间。终有一天，也会给我们带来更有趣的研究。
3.影响进食行为的外部环境
许多外部因素都能影响蚊子寻找宿主以及吸食血液的能力，这对于蚊媒疾病的防治至关重要。蚊子主要依靠三种感觉系统，视觉、嗅觉和味觉来感知外部环境的变化和宿主存在的信息。蚊子被宿主释放的二氧化碳、热量和气味所吸引。一旦蚊子落在宿主的皮肤上，味觉系统就变得重要，在此期间，蚊子感知宿主皮肤和血液的味道。蚊子化学感觉器官表面有叫做感觉器的结构，包裹着嗅觉受体神经元ORN或味觉受体神经元GRN。这些神经元上相应的受体蛋白能与外部化学物质结合，将信号逐级传递，最终调控蚊子的行为。随着科学技术的发展，蚊子利用感觉系统感知宿主并吸血的分子机制也逐渐被揭示。
蚊子能通过视觉线索直接感知宿主的防御行为，并减少对血源的进食，从而避免潜在的威胁。此外，气味是蚊子发现宿主的关键，CO2是蚊子首先感受到的宿主线索，也是对宿主的定位所涉及的最重要的嗅觉刺激之一。科学家发现下颚须感觉器中一种表达GR22、GR23和GR24受体的ORN对CO2有反应。另外，离子型受体Ir76b、气味结合蛋白OBP1也感知宿主皮肤散发的气味，它们的缺失都导致了蚊子的血液进食缺陷。当蚊子已经接触宿主，它们需要味觉系统来分辨食物成分与品质。雌蚊有两种进食需求，一种是花蜜进食，主要提供糖类，另一种是血液进食，提供蛋白质来保证产卵繁殖。这两种不同的食物是如何检测并区分的？科学家发现蚊子的唇部具有多种糖感知GR受体，用来检测花蜜，而口针上不存在这些受体，其上的神经元特异性检测血液并对血液的不同成分具有不同的反应。
另外自然环境也影响着蚊子对宿主的感知与吸血行为。蚊子触角中Ir93a依赖性感觉器介导了对宿主温度、湿度及产卵地湿度的检测。Ir93a的突变损害了蚊子寻找宿主的能力。除此之外环境的湿度、光照及光周期均会影响蚊子的宿主寻找或吸血行为。这对于病媒控制提供了新策略。
目前许多物质已经被确定为蚊子驱避剂，避蚊胺DEET是最有效和应用最广泛的一类合成驱蚊剂。研究表明，在嗅觉感知方面，致倦库蚊利用气味受体CquiOR136来检测包括DEET在内的多种驱蚊剂。此外蚊子也通过直接接触的方式感知DEET，这是通过腿部跗节介导的。对于避蚊胺作用机制的揭示也为寻找和开发更安全、更环保的替代品奠定了基础。
本次journal club的 slides 见附件pdf：
by 李子奇、金思慧、姜思梅