宿主血液成分诱导的捻转血矛线虫幼虫体外转录组与蛋白质组图谱解析

《Scientific Data》：In vitro transcriptome and proteome of Haemonchus contortus larvae exposed to host blood components

本刊推荐：为解决血食性寄生虫适应机制不明的问题，研究人员开展了捻转血矛线虫幼虫暴露于宿主血液成分（100μM血红素氯化物、10%血清、10%脱纤血）的体外多组学研究，通过RNA-seq和LC-MS/MS技术揭示了血液成分特异性转录重编程模式，发现HRG-1等关键基因在血红素利用中的核心作用，为优化体外培养系统及抗寄生虫药物靶点发现提供了关键数据集。

　　

在寄生虫研究领域，捻转血矛线虫（Haemonchus contortus）作为重要的胃肠道线虫模型，因其快速发展的抗药性而备受关注。这种被称为"巴伯波尔虫"的寄生虫主要感染反刍动物，成虫寄生在宿主的真胃内，以血液为食，每天可产卵数千枚。血食性行为为寄生虫提供了必需营养，但也导致宿主出现贫血、水肿等严重病理变化，给畜牧业造成巨大经济损失。然而，由于寄生虫从自由生活的感染期幼虫（L3）向血食性寄生期幼虫（L4）的发育转变必须在体内完成，除非提供高浓度宿主血液补充物，否则无法在体外实现这一过程，这严重制约了对血食性适应机制的深入研究。

尽管基因组学研究已经揭示了捻转血矛线虫的生物学特性和抗药性机制，但血食性行为的具体分子机制仍然知之甚少。例如，大多数血食性寄生虫缺乏从头合成血红素的途径，必须依赖宿主来源的血红素。在捻转血矛线虫中，血红素应答基因（hrg-1）的同源基因已被证明在血红素利用中起关键作用，是潜在的药物靶点候选者。近年来有证据表明，宿主血清在捻转血矛线虫体外培养系统中具有生理相关性，能够刺激一系列细胞色素P450基因和核激素受体基因的表达，但全面的分子响应机制仍有待阐明。

为了解决这一知识空白，浙江大学的研究团队在《Scientific Data》上发表了题为"In vitro transcriptome and proteome of Haemonchus contortus larvae exposed to host blood components"的研究论文，通过整合转录组学和蛋白质组学分析，系统揭示了捻转血矛线虫幼虫对宿主血液成分的分子响应特征。

研究团队采用了几项关键技术方法：从感染捻转血矛线虫的湖羊（实验动物使用获浙江大学实验动物伦理委员会批准，许可证号ZJU20241015）收集粪便样本，通过浮选法获得虫卵，在含DMEM营养液的2%琼脂平板上培养7天获得感染性L3幼虫；通过体外脱鞘和CO₂激活获得脱鞘L3幼虫（xL3s），分别暴露于100μM血红素氯化物、10%灭活血清和10%脱纤全血处理72小时；使用Illumina平台进行链特异性RNA测序，通过Trimmomatic进行质量控制，RSEM进行基因组比对和定量，DESeq2进行差异表达分析；利用QExactive Plus Orbitrap质谱仪进行蛋白质组分析，MaxQuant进行肽段鉴定和定量。

研究结果从多个层面揭示了寄生虫对血液成分的响应机制：

技术验证结果表明数据质量可靠。所有样本的log₂(FPKM+1)值中位数紧密聚集（2.1-2.3），基因检测数量一致（15,800-16,200个基因，FPKM>1）。层次聚类和t-SNE分析显示生物重复样本聚集良好，处理组间分离明显，证明观察到的变异主要来源于血液成分驱动的转录程序而非技术误差。

差异表达分析揭示了各处理的特异性响应模式。与对照组相比，血液、血清和血红素处理分别鉴定出大量差异表达基因（DEGs），其中血清处理显著上调了细胞色素P450基因（如daf-9、cyp-14A家族成员）和核激素受体基因（如nhr-8、nhr-35、nhr-173）。这些基因可能参与寄生虫的发育调节和代谢适应。

加权基因共表达网络分析（WGCNA）识别出与血液成分处理相关的关键模块。研究人员构建了共表达网络，识别出与血液、血清和血红素处理显著相关的三个主要转录模块。模块-性状关联分析显示各模块与特定处理存在强相关性，KEGG富集分析进一步揭示了各模块的功能特征，表明不同血液成分激活了 distinct 的生物学通路。

基因集富集分析（GSEA）从通路水平揭示了全局转录变化。不同于单基因分析，GSEA能够识别协调的 pathway 水平变化，即使单个基因效应未达到严格显著性阈值。分析发现血液成分处理影响了多个代谢和信号转导通路，反映了寄生虫为适应血食性生活方式而进行的系统重编程。

共表达网络复合体（CNC）分析识别出枢纽基因。在每个关键模块中，研究人员根据模块内连接性排名，将前20个基因定义为枢纽基因，并通过Cytoscape进行可视化。这些基因在寄生虫对血液成分的响应网络中可能处于核心调控地位。

蛋白质组分析揭示了转录-翻译水平的不一致性。对血清处理的幼虫进行蛋白质组分析发现，部分基因在mRNA水平显著上调但蛋白质丰度却明显降低，这种现象可能与捻转血矛线虫发育转变过程中存在的严格转录后调控机制有关，提示在分析基因功能时需要考虑多层次的调控。

研究结论表明，宿主血液成分在捻转血矛线虫的体外发育和血食性适应中起着关键作用。不同血液成分（全血、血清、血红素）诱导了特异性的转录重编程，激活了包括营养代谢、解毒机制和发育信号在内的多种生物学过程。核激素受体家族基因可能作为分子传感器，介导寄生虫对宿主血液环境的感知和响应。

这项研究的创新性在于首次在控制条件下系统描绘了血食性线虫对宿主血液成分的多组学响应图谱。数据集不仅为理解寄生虫血食性适应的分子机制提供了宝贵资源，也为优化体外培养系统、提高药物筛选准确性奠定了基础。鉴定出的血液响应基因和蛋白可作为潜在的干预靶点，为开发新型抗寄生虫策略提供方向。此外，研究中观察到的转录-翻译水平不一致现象提示，在寄生虫发育过程中可能存在复杂的调控网络，值得进一步深入研究。

未来研究可整合多组学数据，结合基因功能验证实验，深入解析关键基因在血食性适应中的具体作用机制。同时，跨物种比较分析（如与秀丽隐杆线虫的比较）也有助于揭示血食性寄生虫的特化适应特征。这些工作将共同推动对寄生虫-宿主互作机制的理解，为控制寄生虫病提供新思路。