院士领衔!江西农业大学,今年首篇Science!

# 编辑摘要

妊娠与胎儿发育是生命的关键阶段，对母体和子代后续健康影响深远。但由于样本获取困难，人们对这一时期的正常发育与病理机制仍知之甚少。

为弥补这一空白，江西农业大学黄路生、杨斌、Lin Rao、Qing Zhang等人构建了大规模单细胞图谱，分析了妊娠母猪及其胎儿，以及同一猪群中父本、半同胞等个体的母体与胎儿组织。研究揭示了妊娠诱导的母体心血管重塑、胎儿脑小胶质细胞发育，以及胎儿宫内生长受限（FGR）相关的病理变化。——Yevgeniya Nusinovich

# 结构化摘要

## 引言

解析同一个体全身所有组织的细胞功能，对揭示器官间如何协同与适应生理状态至关重要。尽管已有大规模单细胞图谱，但完整获取单一个体全身所有组织的图谱仍是重大挑战。

妊娠进一步增加了复杂性：母体需要快速生理调整、高效输送营养以支持胎儿生长。一旦营养运输障碍，会引发胎儿生长受限（FGR），对子代造成终身健康影响。由于难以获取人类健康的母体与胎儿组织，直接在人体研究受限。猪在解剖结构上与人类高度相似，是理想的模式动物。

## 研究思路

江西农业大学黄路生院士、杨斌、Lin Rao、Qing Zhang等人对一头妊娠母猪及其雄性胎儿进行了全身全覆盖的单细胞/单核测序：母体115种组织，胎儿119种组织。这种“同个体全覆盖”设计可精准比较细胞类型、转录因子与分子通路，完全排除遗传、表观、年龄、环境等混杂因素。

在此基础上开展两项核心研究：

1. 探究妊娠期间母体心脏如何重塑；

2. 利用同窝内既有正常体重又有生长受限胎儿的样本，结合单细胞转录组、代谢组、细胞系、类器官、大鼠与猪体内实验，解析FGR的细胞机制。

## 结果

本图谱共解析256万个细胞，在115种组织中鉴定出76种主要细胞类型与412种内皮细胞亚型。

内皮细胞在脑与外周器官间表现出增殖、免疫、代谢层面的显著差异。数据集支持鉴定组织/细胞类型特异性转录因子，为理解全身基因调控程序如何决定细胞身份提供了参考。

通过对比妊娠前、中、后期的半同胞母猪，我们在猪心脏中发现一类妊娠富集的毛细血管内皮亚型（Cap2）：

- 脂肪酸转运基因上调

- 葡萄糖转运基因下调

揭示了支持母体心脏能量需求的代谢转换。Cap2 丰度在产后恢复至基线，符合生理性心脏重塑特征。

在FGR研究中：

- 生长受限胎儿母胎界面的滋养层细胞中，氨基酸转运体SLC1A5、SLC38A2 表达显著下降；

- 胎儿血清中必需氨基酸L-亮氨酸减少；

- 胎儿肌核中对生长至关重要的II型肌纤维亚群比例降低。

通过体外细胞系、滋养层类器官、肌肉类器官，以及对妊娠猪与大鼠的饮食干预，我们证实：

L-亮氨酸转运不足通过减少II型肌纤维亚群导致胎儿生长受限；且宫内受限后的营养补充可部分改善结局，效果取决于发育窗口期。

## 结论

本研究基于“同个体全覆盖”策略，构建了妊娠母猪及其雄性胎儿的全身单细胞转录组图谱，为在可控遗传与表观条件下研究细胞身份、组织特化与转录因子调控网络奠定基础。

研究揭示了妊娠诱导的心脏内皮重塑，并阐明滋养层氨基酸转运受损 → 胎儿肌纤维发育不足 → 胎儿生长受限的分子机制。

# 摘要

尽管已有大规模细胞图谱，但构建单一个体全身所有组织的图谱仍极具挑战，尤其对胎儿与孕母。

江西农业大学黄路生、杨斌、Lin Rao、Qing Zhang等人构建了包含256万个单细胞的转录组图谱，分别覆盖一头胎儿猪的119种组织与妊娠母猪的115种组织。

我们发现：

- 心脏中一群脂肪酸转运能力增强的毛细血管内皮细胞在妊娠期富集，产后恢复；

- 滋养层中L-亮氨酸转运不足，通过减少胎儿II型肌纤维亚群导致胎儿生长受限。

本研究的“同个体全覆盖”策略实现了组织/细胞类型特异性转录因子的鉴定，为理解妊娠心脏适应与胎儿生长受限提供了关键见解。

黄路生：1965年生；博士、教授、博士生导师。中国科学院院士，发展中国家科学院院士，俄罗斯科学院外籍院士，中国畜牧兽医学会理事长，国家畜禽遗传资源委员会主任，德国哥廷根人文与科学学院通讯院士，德国洪堡学者，国家杰出青年基金获得者，全国杰出专业技术人才，科技部/江西省部省共建猪遗传改良与养殖技术国家重点实验室主任。中国共产党第二十届中央委员会候补委员，中国共产党第十八次、二十次全国代表大会代表。第十三届全国人民代表大会代表、主席团成员。中国共产党江西省第十四届、十五届委员会委员。省留联会（欧美同学会）副会长。

长期从事家猪的遗传育种研究。在猪重要经济性状的遗传机制解析及其分子育种的基础研究、技术创制、产品创造中取得了国际领先水平的系统性创新成果。全面研究了欧美商业猪种及中国地方猪种生长、繁殖、体型、毛色、抗病和肉质性状的种质遗传特性，并阐明了家猪脊椎数量、肉的品质、胴体长度、抗病能力、毛色、骨骼长短等经济性状的遗传机制，是国际上发现并鉴别家猪质量性状及复杂数量性状因果基因及其因果突变最多的专家。

创建的大体格、多排骨、雪花肉、抗病力强基因育种技术获国际发明专利，达国际领先水平并对民族企业全部免费无偿使用，对国家种业破卡发挥了重要作用。在基础研究上，组装了世界领先水平的分相、无盲区家猪基因组；以通讯作者身份发表中国畜牧学科目前唯一《Nature》研究长文。在技术创制上，研发的家猪育种基因芯片“中芯1号” 国际领先，并在全国所有24个生猪主产省份推广应用，成为国家生猪种业“破卡”的主流技术技术保障。在产品创造上，培育的中系大体格山下长黑猪综合生产性能处于国际先进水平。

 2020年获全国先进工作者(全国劳模)、全国创新争先奖。以第一主持人身份，获何梁何利基金科学与技术进步奖、国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖以及江西省科学技术特别贡献奖、江西省自然科学一等奖、江西省技术发明一等奖、江西省科技进步一等奖等国家以及省部级奖励10项。公开发表学术论文297篇，以通讯作者在Nature, Nature Genetics, Nature Communications, Microbiome等重要学术刊物发表研究论文133篇。是国际知名动物基因组及遗传育种学家。 

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu7265