Cell：在世界上首次构建出蚊子细胞图谱

全球最危险的动物如今变得更易于研究——或许有朝一日能被战胜。洛克菲勒大学神经遗传学与行为实验室的研究人员与全球蚊子专家合作，创建了史上首个埃及伊蚊（Aedes aegypti）的细胞图谱。这种蚊子传播的疾病比任何其他蚊种都多。

这份“蚊子细胞图谱（Mosquito Cell Atlas）”以细胞级分辨率呈现了蚊子从触角到足部所有组织中的基因表达情况。该数据集向所有研究人员（以及好奇的公众）免费开放。研究团队近期在《细胞》杂志上发表了该图谱。

"这是对蚊子每个细胞在基因表达层面活动的全面快照，"实验室负责人Leslie Vosshall说，她研究埃及伊蚊已近二十年。"这是一项真正的成就，因为我们分析了雄性和雌性蚊子中许多不同类型的组织。"

该图谱已经揭示了埃及伊蚊遗传秘密的新见解，包括新型细胞类型、雄性和雌性蚊子之间的细微差异与意外相似性，以及雌蚊在吸血后大脑中发生的基因表达剧变。

资深作者Nadav Shai预计，以该图谱为起点，许多研究人员将获得新发现。"我们相信这个庞大的数据集将真正推动蚊子生物学的发展，"他表示，"对媒介生物学家来说，这是一个极好的工具，可以从中选取任何感兴趣的方向，开展自己的研究路线。"

器官层面的解析

过去几年中，科学家们已利用单细胞测序技术识别了黑腹果蝇、秀丽隐杆线虫和小鼠等模式生物的细胞类型并阐明其基因表达模式，为每个物种构建了全生物体的单细胞图谱。

蚊子研究人员也一直在跟进，但方式是零散的：在不同的研究中，逐个器官、逐个组织地进行。此前部分工作由Vosshall的团队及"埃及伊蚊蚊子细胞图谱联盟"的其他成员完成，该全球科学家合作组织是为本项目而组建的。

大多数先前研究都聚焦于雌蚊，忽略了雄蚊。"雄性和雌性蚊子在日常生活中都以花蜜为食，但雌蚊需要血液中的蛋白质来发育卵子并繁衍下一代，"第一作者Olivia Goldman解释道。

"因为雌蚊是传播所有病原体的元凶，所以研究存在巨大的偏向性，大量关注雌蚊生物学，而关于雄蚊的信息非常少，"Vosshall说。"所以我们希望包容全面，填补这一空白。"

"我们还希望利用先进且统一的测序技术，将蚊子细胞生物学的最新进展整合到一个资源中，"Shai说。

为此，该团队使用单核RNA测序技术（该技术相比单细胞方法更能捕捉所有昆虫细胞类型的生物学特性），创建了一个包含超过367,000个细胞核的大型数据集。这些细胞核来自根据五大生物学主题选取的19种蚊子组织：主要体段；感觉与宿主寻找；病毒感染；繁殖；以及中枢神经系统。

用腿品尝甜味

他们发现了归为14个主要细胞类别的69种细胞类型，其中许多是前所未见的。

最引人注目的发现之一是"多模式感觉神经元"的普遍存在——这些"超级细胞"能接收多种环境信号，包括温度和味道。Vosshall实验室先前的研究发现触角和下颚须中充满了这类神经元，但现在他们能够在全生物体范围内观察，发现它们无处不在，包括鼻、舌和腿。

"就像触角和下颚须一样，腿和口器拥有非常强大的感知世界的工具，"Shai说。"它们共同使蚊子极其擅长其所做的事——寻找宿主、吸血和繁殖。"

这些多功能化学感受器使它们能够（除其他功能外）检测甜味和淡水。

"能用腿品尝甜味可能有助于检测糖分，这是雌雄蚊子生存所必需的，"Shai说。"但这只是它们感知周围环境（可叮咬的人类、作为糖源的花朵或产卵的适宜水源）的味觉组合的一部分。我们相信，众多传感器的组合对它们的生存至关重要。"

伴随行为转变的大脑变化

吸血后，雌蚊对人类和其他宿主完全失去兴趣；它的焦点转向发育和产卵。"这种强烈叮咬人的驱动力是如何被关闭的？"Vosshall说。

"我们根据自己实验室及他人之前的研究知道，吸血后大脑的转录本会发生变化，我们原假设或许会发现不同亚型的神经元其上调或下调了其转录本，"Shai说。

为了找出答案，他们检测了雌蚊在吸血后3、12、24和48小时的大脑基因表达。他们发现在所有时间段基因表达都发生了剧烈变化，这种变化在最初几小时达到顶峰，然后逐渐减弱。大多数早期表达变化是基因上调，而后期时间段则显示上调和下调混合的情况。

引人注目的是，这些变化以一种完全出乎意料的方式发生。神经元约占蚊子脑细胞的90%，但发生基因表达巨大变化的却是胶质细胞——这些支持细胞占比不到10%。

"在雌蚊对人类失去兴趣的这段时间里，胶质细胞被完全重构了，"Vosshall说。"这是一个巨大的惊喜，"Shai说。"这证明胶质细胞不仅对支持脑细胞和功能至关重要，而且在生理上与行为相关。"

有限的性别二态性

另一个富有启发性的发现是，尽管雌雄蚊子存在所有已记录的形态和行为差异，但除了小簇性别特异性细胞和生殖器官外，它们的细胞构成大体相同。

"我们原本预期这会是一个'两个基因组'的故事，但事实并非如此，"Vosshall说。"总的来说，大多数细胞看起来是一样的，它们表达的转录本也相似，"Shai指出。"然而，这并不意味着调控和表达水平相同，这些很可能驱动了差异。另一个因素可能是不同基因表达如何协同工作以产生新功能。"

一个例外仅在雄蚊触角中发现，而这基本上仍是未探索的领域。"一小群细胞以一个在雌性任何组织中都不表达的单一基因的表达为标志，"Vosshall说。"如果我们没有比较雄性和雌性的基因表达，我们永远也不会发现它们。"它们的功能仍有待确定。

未来方向

Vosshall实验室将深入挖掘蚊子单细胞图谱，以进一步研究埃及伊蚊通过其卓越且广泛分布的多功能感觉神经元来寻找宿主和感知环境等行为。"实验室的不同成员会将它带到不同的研究方向，"Shai说。

他们希望全球的研究人员都能从中获得同样的启发。"数据集的庞大规模开辟了许多新的研究途径，这些是以前人们因为缺乏此工具而无法研究的，"Shai说。"这是一个全球性资源，自2021年项目启动之初就已向所有人开放，所以已经有很多人在使用它，"Vosshall补充道。"我们期待看到由此产生的发现。"（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Olivia V. Goldman et al, A single-nucleus transcriptomic atlas of the adult Aedes aegypti mosquito, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.10.008.