Imaging Host Cell-Leishmania Interaction Dynamics Implicates Parasite Motility, Lysosome Recruitment, and Host Cell Wounding in the Infection Process

Claire-Lise Forestier et al., Cell Host & Microbe, April 21, 2011

Speaker : Chiung-Chen Chou (周炯呈)

Commentator: Dr. Chih-Li Hsu (胥直利老師)

Leishmania donavani 的最終宿主是哺乳類動物，當人類感染此種寄生蟲的時候會造成內臟利甚曼病。

當Leishmania donavani 從無鞭毛體轉變成前鞭毛體時才具有感染的能力。從利甚曼蟲的

Life cycle可以知道已感染的人身上帶有無鞭毛體時，被Sand Fly叮咬之後，無鞭毛體在Sand fly體內轉成前鞭毛體，並進一步的轉化成具感染型態的前鞭毛體。一旦Sand fly去叮咬健康的人類，將會使健康的人類受到感染。

巨噬細胞是吞噬細胞與抗原呈現細胞，在人體的先天免疫中扮演著重要的角色，也是利甚曼蟲轉變成前鞭毛體後的主要感染目標。在利甚曼蟲感染過程中，本篇作者發現絕大部分的前鞭毛體在侵入巨噬細胞時是以鞭毛的尖端處做為感染的起始點。蟲子被巨噬細胞吞噬之後，在二維空間的概念裡，蟲子會呈現轉位的現象，也就是從原本的鞭毛向著巨噬細胞的核變成鞭毛向外離開巨噬細胞。

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左圖為感染初期，右圖為蟲體進行轉位後的情形。其中箭頭指的是蟲子的鞭毛尖端位子。

利甚曼蟲在感染的過程，作者細分成四個階段。初期階段可以產生生源性的蟲空泡，而且會和溶酶體進行融合。與感染初期所形成的蟲空泡相較之下，當前鞭毛體被巨噬細胞吞噬之後，包覆著前鞭毛體的蟲空泡相當抗拒和溶酶體進行融合。以巨噬細胞給予BSA-Gold particle(標記溶酶體)之後在讓前鞭毛體進行感染。從電子顯微鏡圖可以看到，前鞭毛體在感染之後會形成蟲泡，並且會利用巨噬細胞的溶酶體做為蟲泡膜的材料。在其他文獻中有提到這個現象是一種欺騙巨噬細胞的行為。並且可以看到第三階段時，蟲泡會抗拒和溶酶體進行融合。

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左圖為感染初期，右圖為感染後第三階段。其中箭頭指的是Gold-particle所標記的溶酶體。

在此篇文章可以藉由影像的證據來顯示利甚曼蟲在感染巨噬細胞過程中的運動軌跡。並且以蟲子的中心點與巨噬細胞的核做為距離計算的兩端點，藉由量化的數據可以知道移動的過程中帶有各種物理現象的解釋。

雖然在過去眾多文獻之中已經顯示溶酶體主要作用是降解功能，但驚訝的是在此篇研究之中發現溶酶體被利甚曼蟲用來修補巨噬細胞因為感染而受傷的細胞膜。除此之外，還發現溶酶體會聚集在利甚曼蟲的活動處週邊，並在這些聚集處會有巨噬細胞的胞吐現象。

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左圖為Confocal EM 的合併圖，右上為LAMP標記lysosome，右下為LPG標記蟲體位子。其中箭頭指的是lysosome在蟲子周邊聚集的現象證明。

因此，這篇文章顯示溶酶體在吞噬細胞中之不同於以往的新角色與利用影像的證據來證明過去無法明確解釋的利甚曼蟲感染流程。由於利甚曼蟲在治療上面沒有完全的解藥，若可以從蟲子感染途徑去進行更深一層的分子生物研究，可能可以找到為何利甚曼蟲能逃避被酵素分解的命運。寄生蟲領域雖然冷門卻有很多可以開發的區塊。假設將寄生蟲的抵抗宿主免疫機制拿來與現今許多癌症做比較，若可以找到相似點，相信這也許可以對藥品的開發有某種程度上的幫助。

參考資料：

Paul Kaye et al., Leishmanisis: complexity at the host-pathogen interface. Nature Reviews Microbiology 9, 604-615 (2011)