江西农业大学黄路生院士团队最新Science:构建全球首个“全家桶式”猪单细胞时空图

2026年3月10日，江西农业大学黄路生团队在Science在线发表题为“Family single-cell atlases reveal pig pregnancy and fetal growth restriction critical cell types”的研究论文。该研究构建了全球首个“全家桶式”（All-from-one）猪单细胞时空图谱。该研究利用单细胞转录组测序（scRNA-seq）与单细胞核转录组测序（snRNA-seq）技术，对一头怀孕母猪（F1M1）及其雄性胎儿（F1S1）的405个样本进行了深度分析。图谱涵盖了胎儿115个组织位点和母体119个组织位点，总计包含256万个细胞。这一规模宏大的数据不仅绘制了生命全景，更在细胞分辨率下精确解析了妊娠期的复杂生理重塑。

一、研究背景

单细胞图谱的局限：现有单细胞图谱多整合自不同个体，受遗传、年龄、环境等因素干扰，难以实现对细胞类型、转录因子等的精准比较。

妊娠研究的技术瓶颈：人类妊娠期母体与胎儿组织难以获取，且小鼠等模型在心脏生理（如心率）上与人类差异大，限制了机制研究。

FGR的临床重要性：FGR影响5-10%的人类妊娠，是围产期死亡和疾病的重要原因，但其细胞与分子机制尚不明确。

猪作为理想模型：猪在解剖、生理、基因组等方面与人类高度相似，且FGR发生率更高（15-20%），为研究妊娠适应与发育异常提供了独特优势。

二、研究方法

“all-from-one”实验设计：从一头怀孕母猪（115个组织）及其胎猪（119个组织）中同时采集样本，控制遗传与环境变量。

多组学技术整合：单细胞/单核RNA测序（scRNA-seq/snRNA-seq）：覆盖256万个细胞。代谢组学、体外细胞系、类器官（滋养层、肌肉）、基因编辑猪、大鼠模型等。

多阶段心脏分析：比较非孕、晚孕、产后母猪的心脏组织，识别妊娠特异性细胞亚型。

FGR研究策略：利用同窝正常体重（NW）与生长受限（GR）胎猪，结合转录组、代谢组、功能实验（如L-亮氨酸补充）解析机制。

三、研究结果

构建全身单细胞图谱：识别出76种主要细胞类型，412种内皮细胞亚型。发现内皮细胞在免疫调控、代谢等功能上存在组织与发育阶段特异性，尤其脑与外周差异显著。

妊娠期心脏适应性重塑：发现妊娠特异性心脏毛细血管内皮亚型（Cap2），其在妊娠期富集，表达脂肪酸转运基因，产后恢复。Cap2通过促进脂肪酸利用、抑制葡萄糖代谢，支持妊娠期心肌能量需求。

FGR的关键机制：FGR胎猪的滋养层细胞中氨基酸转运蛋白（SLC1A5、SLC38A2）表达下调，导致L-亮氨酸转运不足。胎猪肌肉中特定II型肌纤维亚型（type IIC1）比例下降，影响肌肉发育与体重增长。L-亮氨酸补充实验（猪、大鼠、人源类器官）证实其可部分恢复肌纤维发育与体重。

跨物种保守性：猪与人心脏Cap2亚型、滋养层细胞、肌纤维亚型等在基因表达与功能上高度保守。

四、研究结论

“all-from-one”策略的有效性：成功构建了首个同一个体全身单细胞图谱，为研究细胞身份、转录因子调控等提供了“纯净”背景。妊娠心脏适应的细胞基础：揭示了Cap2内皮细胞在妊娠期心脏代谢重塑中的关键作用。FGR的机制链：明确了“滋养层氨基酸转运障碍 → L-亮氨酸缺乏 → 特定肌纤维发育受损 → 胎儿体重下降”的因果路径。跨物种保守性：猪模型在心脏、胎盘、肌肉等组织层面与人类高度一致，支持其作为人类妊娠与发育研究的理想模型。

技术推广与标准化：该“all-from-one”策略可推广至其他物种或疾病模型，为构建高质量参考图谱提供范式。图 2. “一体化”单细胞图谱的构建以及胎儿和成年猪全身器官中内皮细胞（EC）全景的特征描述。

五、未来研究前景

人类妊娠疾病机制研究：利用猪模型进一步探究妊娠期高血压、心肌病等疾病的细胞机制。

FGR早期诊断与干预：基于氨基酸转运通路开发生物标志物或营养干预策略，优化L-亮氨酸补充时机与剂量。

细胞类型特异性转录因子功能研究：如IRX6在微胶质细胞中的作用，可深入探索其在神经发育与疾病中的功能。

跨物种比较与转化医学：利用该图谱与人类、小鼠等数据整合，构建跨物种细胞调控网络，推动猪在异种移植、药物评估等领域的应用。

技术推广与标准化：该“all-from-one”策略可推广至其他物种或疾病模型，为构建高质量参考图谱提供范式。

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