传染性疟原虫由雌性按蚊传播。在感染脊椎动物宿主后，疟原虫必须首先进入肝脏并在那里进行大量复制——分化和复制7天以上，这可视为寄生虫生命周期的瓶颈。这一瓶颈使得肝脏阶段成为研发针对该疾病的有效持久疫苗的最佳靶标。斯德哥尔摩大学的研究人员利用空间转录组学和单细胞RNA测序技术，首次创建了小鼠肝脏中疟疾感染的时空图谱。他们的研究发表在《Nature Communications 》杂志上，题为““Host-pathogen interactions in the Plasmodium-infected mouse liver at spatial and single-cell resolution.”

基于他们此前建立的第一个小鼠肝组织的空间转录组学图谱，作者利用空间转录组学和snRNA-seq技术，对伯氏疟原虫感染的小鼠肝脏在感染期间(感染后12、24和38小时(hpi))进行了多个时间点的空间基因表达分析，以绘制肝脏组织中参与宿主-寄生虫相互作用的基因和遗传途径。他们使用了原始的空间转录组学2K阵列(以下简称ST)和Visium阵列(10X Genomics Inc.)的组合。来自ST的空间数据使他们能够研究大样本量(n = 38个组织切片)，而Visium阵列(n = 8个组织切片)允许提高表达分析的分辨率。此外，他们对相同的组织样本进行了单核RNA测序(snRNA-seq)，以鉴定和反卷积细胞类型。这种综合的方法允许对伯氏单胞杆菌感染的肝脏切片进行全面的转录组学分析，包括完整的细胞类型信息。结合单细胞RNA测序，研究人员第一次绘制了宿主和寄生虫在伯氏疟原虫感染的小鼠肝脏组织中的全局基因表达图谱，揭示了疟疾感染组织中空间基因表达的显著变化。这些变化包括疟原虫感染部位附近脂质代谢的变化，小叶区之间不同的炎症程序，以及不同炎症细胞富集的区域——所谓“炎症热点”，强调了影响寄生虫生长和免疫逃避的空间因素——包括组织范围和局部炎症反应，脂质稳态和肝脏分区。此外，研究还评估髓系和淋巴系免疫细胞以及其他肝驻留细胞在疟疾感染中的作用。

研究人员发现，这种寄生虫会以一种时间依赖性的方式引起宿主细胞基因表达的变化。在早期肝脏感染期间，他们发现促炎基因程序位于靠近寄生虫位置的组织位置。相反，在肝脏感染的后期阶段，他们发现与寄生虫社区免疫反应相关的基因程序下调。

特别值得注意的是在感染部位发现了参与脂质稳态的基因的差异表达，这可能表明寄生虫的免疫逃避策略。脂肪酸在肝脏后期大量寄生虫复制过程中是必不可少的。研究数据显示，与脂质代谢有关的基因，如Fabp5，在靠近寄生虫位置的地方表达更高。已知Fabp5可以选择性地增强PPARß/∂和PPARγ37的活性。PPAR可以通过表现出抗炎潜能来减轻炎症。因此，诱导的Fabp5表达上调可能表现出由寄生虫诱导的脂质代谢依赖的逃避策略。同时，Insig1的表达随着与寄生虫距离的增加而增加。Insig1的缺失增强了脂质和胆固醇的合成，可能为其附近的寄生虫提供更多的脂质和胆固醇。

研究为疟疾感染和肝脏发育过程中宿主组织的时空反应提供了高度信息性的资源。

作者视角：

Wenner Gren研究所(MBW)分子生物科学系副教授、该研究的作者之一Johan Ankarklev博士解释说：“在应对寄生虫感染的肝脏组织切片中确定差异表达基因的确切位置的可能性，对推动疟疾研究向前发展具有巨大的潜力。它为在真实组织环境下研究宿主-病原体相互作用提供了一个全新的平台。这最终可以帮助研究人员确定疟疾药物开发和疫苗策略的新靶点，而且也可以用于感染人体组织的更广泛的病原体。”

这项研究的主要作者、Ankarklev实验室的博士生Franziska Hildebrandt博士说，“以前的研究已经确定，一些寄生虫会在肝脏中成功地发展到血液中，而另一些寄生虫则会被宿主的免疫系统成功地靶向并消灭。因此，我们推测这些结构可能代表了成功消灭寄生虫的位置。”