2025年5月15日，海南大学生命健康学院病媒生物学团队在《Nature Communications》上发表了题为“3,4-Dihydroxyphenylacetaldehyde synthase evolved an ordered structure to deliver oxygen to pyridoxal 5’-phosphate for cuticle assembly in the mosquito Aedes aegypt”的重要研究成果。该研究深入剖析了多巴醛合成酶（3,4-Dihydroxyphenylacetaldehyde synthase）在昆虫软表皮形成中的关键作用、生理功能以及独特的分子机制，成功揭示了吸血昆虫能够超大吸血量的奥秘。

图1. 论文首页截图

昆虫表皮是一种复杂而精妙的生物材料，它在昆虫的生存中扮演着极为重要的角色。它不仅能够保护昆虫免受机械损伤、病原体入侵，还能防止水分的过度流失，同时在昆虫的运动、呼吸和感觉等生理过程中也发挥着关键作用。昆虫的表皮可以根据不同的生理需求形成硬表皮和软表皮，而表皮的硬化（通常伴随着黑化）或柔化过程依赖于多巴胺和儿茶酚类化合物诱导的交联反应。尽管该团队此前的研究已经发现多巴醛合成酶能够将左旋多巴转化为多巴醛，但对于该酶如何精确调控这一过程，其结构与催化功能之间的关系，以及它在蚊虫生理功能中的具体作用，一直是一个未解之谜。

为了深入探究多巴醛合成酶的功能与结构特征，研究团队以埃及伊蚊和黑腹果蝇为研究模型，综合运用了基因敲低、固态核磁共振和X射线晶体学等多种前沿技术。在生理功能方面，通过RNA干扰技术敲低多巴醛合成酶基因后，研究人员发现，雌蚊在注射生理盐水后的腹部破裂概率从对照组的5%大幅上升至25%，表皮的机械韧性显著下降；蚊虫产卵后的孵化率从90%降至53%，部分未孵化的卵因脱水而失去活性，胚胎保护受到了明显影响；敲低后的蚊虫血餐摄入量减少了近50%，这可能是由于表皮柔性变化影响了其摄食量。在分子结构研究方面，团队与日本科学家合作应用固态核磁共振技术在蚊虫表皮中检测到了与儿茶酚环结构匹配的化学位移信号，从而证实了多巴醛参与了表皮的交联过程。此外，研究人员解析的果蝇多巴醛合成酶晶体结构（分辨率达到2.2 Å，PDB ID: 6JRL）显示，其活性位点与同源酶多巴脱羧酶（与多巴醛合成酶共享底物，但酶产物不同）存在明显差异。关键区域的有序结构能够稳定疏水通道，有利于氧气输送至磷酸吡哆醛辅酶，从而促进催化反应的进行。分子动力学模拟进一步表明，多巴醛合成酶的特定残基能够维持通道的开放状态，这与多巴脱羧酶的对应残基作用截然不同，从而解释了二者在功能上的差异。

图2. Comparison of DHPAAS and L-DOPA decarboxylase crystal structures and reactions.

Structures of DHPAAS (dark green) and L-DOPA decarboxylase (DDC; dark grey) were shown. Potential oxygen tunnels (blue spheres) are observed to lead into the active site of DHPAAS. This Figure was adapted from Figure 7 of the article.

未来，研究团队将继续深入解析蚊虫表皮组装的酶学与结构机制，重点探究柔性表皮形成的生化基础。本研究揭示的结构特征不仅为开发新型蚊虫防控策略奠定了坚实的基础，同时也为设计氧分子依赖性酶促反应生产高价值芳香化合物提供了新的思路。

海南大学生命健康学院博士研究生陈静、东京农业大学Christopher J. Vavricka副教授以及海南大学生命健康学院副教授韦双双为该论文的共同第一作者。海南大学生命健康病媒生物学团队的韩谦教授、廖承红教授以及东京农业大学Christopher J. Vavricka副教授为该论文的共同通讯作者。此外，海南科技职业大学，美国弗吉尼亚理工大学和日本神户大学的研究人员也参与了研究工作。该研究获得了国家自然科学基金项目（31472186，31960703，31860702）和国家高端外国专家引进计划项目（G2021034003L）的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59723-0