江西农业大学Science|解码家猪胎儿生长受限和妊娠心脏能量适应关键细胞类型及其分子机制

北京时间2026年3月27日，江西农业大学猪遗传改良与种质创新全国重点实验室黄路生院士团队，在Science发表题为 “Family single-cell atlases reveal pig pregnancy and fetal growth restriction critical cell types”的研究论文。

论文链接：www.science.org/doi/10.1126/science.adu7265

该研究基于“all-from-one”的设计构建了胎儿全身115个组织及其妊娠母猪119个组织的单细胞/单核转录图谱，系统鉴定不同组织及其细胞类型的特异性转录因子；并进一步揭示母胎界面中因胎儿尿囊绒毛膜滋养层细胞L-亮氨酸转运不足而导致胎儿生长受限（fetal growth restriction，FGR）的分子细胞学基础，以及妊娠期间母体心脏能量适应的新机制。

研究主要发现如下：

在我国规模化养猪生产中，弱仔发生率为5-20%。以全国7亿头生猪养殖规模弱仔发生率的下限5%计算，我国养猪产业每年产生的弱仔数量至少3500万头。

研究团队利用猪一胎多仔优势，系统研究同窝正常体重与生长受限胎猪的单细胞/单核转录组、代谢组与表型组数据，并结合体外细胞系、滋养层与肌肉类器官模型、妊娠大鼠与妊娠母猪L-亮氨酸挽救实验，系统揭示在胎儿的尿囊绒毛膜10种主要细胞类型中，滋养层细胞中的中性氨基酸转运蛋白SLC1A5和SLC38A2显著下调，导致胎儿血液循环中L-亮氨酸浓度降低，进而使得肌动蛋白和肌球蛋白合成减少，影响胎儿肌肉中特定肌纤维亚型TypeIIC1的增殖分化，最终造成胎儿发育受阻，体重减轻，生长受限。

这些发现不仅为通过猪遗传改良及营养调控减少规模化猪场弱仔发生率提供了宝贵信息，也为临床干预发生率达5-10%的人类胎儿生长受限提供了重要参考。

妊娠期是影响母猪生产性能的关键阶段，不仅关系到生产节律的稳定、仔猪的持续供应，也影响母猪的繁殖寿命。在这一阶段，母体会发生剧烈但可逆的变化。

以心脏为例，母体心脏在短时间内必须经历多层次生理重塑：血液输出量要增加30-50%、心脏发生生理性肥大、同时代谢和结构全面调整。研究团队通过比较母猪妊娠前、妊娠中和妊娠分娩后的心脏单核转录组发现，妊娠期心肌细胞呈现脂肪酸代谢显著增强的特征。随着心肌细胞代谢模式的转变，进一步鉴定出妊娠期间显著增加的一种毛细血管内皮亚型（Cap2），通过高表达脂肪酸转运、低表达葡萄糖转运相关基因，来适配心肌细胞“优先利用脂肪酸供能”的代谢需求。这一发现通过细胞基因干扰实验、原代细胞代谢组分析得到进一步验证。

本研究的发现揭示了母体孕期心脏能量适应的细胞与分子新机制，为促进健康妊娠、降低围产期死亡风险提供了重要理论依据。

尽管编码转录因子的基因数量仅占全基因组基因总数约7.5%，其基因突变对表型的影响却十分显著。如影响每窝0.5-1.5产活仔数的ESR1、影响6厘米体长的HMGA1、影响4公斤体重的PLAG1和影响一对排骨的VRTN均为转录因子。传统跨组织单细胞研究常受遗传背景、年龄、环境暴露等混杂因素干扰，使得同一或不同细胞类型转录因子的跨器官比较缺乏统一参照，难以区分目标基因表达差异是真正的“细胞类型特异”，还是由个体差异导致。

本研究采用“all-from-one”设计，通过构建母胎同一个体多达119个全身不同组织部位，涵盖256万个细胞、890种精细细胞类型、76种大类细胞类型的单细胞/单核全景图谱，在最大程度排除内、外在因素干扰的前提下，分别在胎猪和妊娠母猪中鉴定出355个和407个细胞类型特异性表达的转录因子，其中132个跨发育阶段保守。

本研究鉴定的组织与细胞类型特异性转录因子，对精准揭示影响重要经济性状的遗传位点所对应的特定组织和细胞类型，进而深入解析经济性状的分子调控机制并将其应用于精准分子设计育种具有重要意义。

本项目11位核心成员，从左到右依次为：蔡丽萍、黄菲、张青、邹霄霄、肖燕园、杨斌、黄路生、饶琳、姚天雄、杨思雨和谢磊。