《Nature Communications》：Dynamic single-cell transcriptomics reveals lsamp-guided neural network formation in male S. japonicum driving female reproduction
编辑推荐：
本研究针对血吸虫雌雄配对调控雌性生殖成熟的细胞机制不明这一关键问题，通过构建日本血吸虫高分辨率单细胞转录组图谱，发现雄性特异性N4.3神经元及其关键基因lsamp。研究表明lsamp缺失会破坏腹侧神经网络，影响信息素BATT前体递送，最终阻碍雌虫生殖发育。该工作首次在单细胞水平解析血吸虫两性互作机制，为阻断寄生虫繁殖提供了新策略。
血吸虫病作为一种严重危害人类健康的人畜共患寄生虫病，其病原体血吸虫的繁殖完全依赖于雌雄成虫的持续配对。雌虫只有在与雄虫长期配对后，才能发育成熟并产卵，这些虫卵是血吸虫病病理损害的主要原因。然而，雄虫究竟通过何种细胞和分子机制引导雌虫的性成熟，这一基本生物学问题至今尚未阐明。深入理解血吸虫两性互作的分子基础，对于开发阻断寄生虫传播的新策略具有重要意义。
发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上的这项研究，通过构建日本血吸虫(Schistosoma japonicum)的高分辨率单细胞转录组图谱，揭示了雄虫神经系统在促进雌虫生殖发育中的关键作用。研究人员发现了一种位于雄虫抱雌沟(gynecophoric canal)的特定神经元亚型——N4.3神经元，并鉴定出lsamp基因作为该神经元中与神经肽受体(nrps)协同表达的关键因子。研究进一步证明，lsamp基因对于维持雄虫腹侧神经网络的完整性至关重要，该网络负责将信息素BATT前体靶向递送至N4.3神经元，从而驱动雌虫的生殖成熟。
关键技术方法包括：对日本血吸虫四个发育阶段的104104,671个细胞进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)，构建了包含76个细胞群体的转录组图谱；通过细胞谱系追踪和基因表达分析鉴定神经元亚型；利用基因功能缺失实验研究lsamp基因在神经网络形成和雌虫生殖发育中的作用。
研究结果部分：
细胞图谱构建与神经元亚型鉴定
研究人员通过对雄性、雌性日本血吸虫四个发育阶段的104,671个细胞进行单细胞转录组测序，构建了包含76个不同细胞群体的高分辨率图谱。通过分析神经系统的细胞谱系，研究团队成功鉴定出多种神经元亚型，特别值得注意的是，在雄虫抱雌沟区域发现了一种雄性特异性的神经元亚群——N4.3神经元。这种神经元在雌虫中完全缺失，提示其可能在雄虫特异性功能中发挥重要作用。
lsamp基因在N4.3神经元中的特异性表达
通过基因共表达网络分析，研究人员发现lsamp基因在N4.3神经元中与神经肽受体基因nrps呈现高度协同表达模式。原位杂交实验进一步证实了lsamp转录本在雄虫腹侧神经索中的特异性定位，特别是在抱雌沟区域的N4.3神经元中表达最为丰富。这种特异表达模式表明lsamp可能参与调控雄虫神经系统的特定功能。
lsamp缺失对神经网络完整性的影响
为了探究lsamp基因的功能，研究采用RNA干扰技术敲低lsamp表达。结果显示，lsamp缺失导致雄虫腹侧神经索的轴突完整性严重受损，神经网络结构出现明显紊乱。免疫荧光染色显示，神经网络关键标志物的表达模式发生异常，轴突导向和连接出现缺陷，表明lsamp对于维持雄虫腹侧神经网络的正常结构和功能至关重要。
信息素递送与雌虫生殖成熟的调控机制
进一步研究发现，lsamp缺失会显著减少信息素BATT前体向N4.3神经元的靶向递送。通过质谱分析检测BATT前体在虫体内的分布，发现干扰lsamp表达后，BATT前体在雄虫神经系统的积累明显减少。更重要的是，与这些lsamp缺陷雄虫配对的雌虫，其生殖器官发育和卵子产生均受到显著抑制，表明雄虫通过lsamp依赖的神经网络正常行使功能是促进雌虫生殖成熟的前提。
研究结论与讨论部分强调，这项工作首次在单细胞分辨率上绘制了血吸虫两性互作的分子图谱，揭示了一个全新的生殖调控机制：雄虫通过特定的腹侧神经网络，以lsamp基因为关键调控因子，确保信息素BATT前体的正确递送，从而促进配对雌虫的生殖发育。这一发现不仅深化了对寄生虫生殖生物学的理解，更重要的是为开发新型抗血吸虫病策略提供了潜在靶点。通过干扰lsamp基因功能或破坏雄虫神经网络的形成，可能有效阻断血吸虫的繁殖周期，为控制血吸虫病的传播开辟了新的途径。
