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IF45.8!打破校史!江西农业大学登顶《Science》,实现第一单位的零突破!

  • 2026-11-02 00:38:52
IF45.8!打破校史!江西农业大学登顶《Science》,实现第一单位的零突破!

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引言

怀孕时,妈妈的心脏如何“加足马力”供应能量?胎儿长不大,问题出在哪儿?

一个覆盖2.56 million个细胞、115个胎儿组织和119个母体组织的猪全身单细胞图谱,给出了答案。

江西农业大学黄路生院士团队在《Science》发表重磅研究,首次构建了“一家子”猪的全组织单细胞图谱——包括一头孕母猪、她的胎儿、公猪及半同胞,并以此揭示了妊娠期心脏内皮细胞的代谢转换,以及胎盘氨基酸转运障碍导致胎儿肌肉发育不良的全新机制。

一、文献解读

标题:家族单细胞图谱揭示了猪怀孕和胎儿生长受限的关键细胞类型

发表期刊:Science

发表时间:2026年3月26日

影响因子:IF45.8

一、研究背景

人Cell Atlas取多供体存遗传/表观异质;妊娠与FGR机制缺健康母-胎配对组织;猪同窝多仔含正常/受限双表型是理想模型。需全身尺度单细胞图谱解析器官共享与特异程序。

二、研究方法

1.取样与解离

从一头孕母猪及其胎猪采集样本,16小时内完成组织解离或单核分离。

2.测序与质控

Singleron/10x建库、Illumina测序;过滤后获256万高质量细胞。

3.注释与整合

按器官聚类,人工注释76种主细胞类型;内皮细胞整合出412种亚型;结合snATAC-seq、基因编辑猪验证IRX6。

4.功能验证

人滋养层类器官敲低SLC1A5/SLC38A2测L-亮氨酸摄取;人肌原祖细胞及肌肉类器官行L-亮氨酸梯度处理;妊娠猪/鼠L-亮氨酸饮食干预,检测胎儿体重、血清代谢及肌肉单核。

二、研究结果

01

  建立AI平台

研究团队从一头妊娠110天的母猪(F₁M₁)和她的一个公胎(F₁S₁)身上,分别采集了119个和115个组织,覆盖神经、循环、免疫、生殖、消化等12大系统。所有组织在16小时内完成解离和测序,最终获得2,561,479个高质量单细胞。【图1】

图1.两个猪家系 “单一来源” 单细胞全景图谱概述

复现建议:取组织前先固定好解离方案,不同器官酶配比差异大。我们提前配好足量消化液,120人分头行动,16小时内完成275个样本。建议先做预实验摸条件,不然样品容易降解。

02

  建立AI平台

全局UMAP展示76种主细胞类型,内皮细胞进一步分为55个亚群。增殖内皮C22和C26高表达TOP2A等标志,C26仅见于胎儿大脑。免疫荧光证实乳腺、空肠等成人组织中存在增殖内皮。【图2】

图2.构建猪胎儿与成年个体全身器官的一体化单细胞图谱,并解析全身器官内皮细胞的分布特征

复现建议:鉴定增殖内皮时,CD31和KI67共染背景高,建议用TSA放大信号。内皮亚群定义需结合动脉/静脉/淋巴标志基因,我们参考了小鼠内皮图谱,跨物种对比能提高可信度。

03

  候选化合物验证

59个器官的内皮亚型UMAP共鉴定412个内皮亚型(动脉、毛细血管、静脉、淋巴等)。183个免疫基因在超80%亚型中普遍表达,富集于抗原呈递和白细胞迁移。脑内皮几乎不表达CD36和MHC II基因。【图3】

图3.59 种器官中内皮细胞的器官内异质性与免疫调节功能多样性

复现建议:每个器官内皮单独聚类再整合,避免大整合掩盖低频亚型。免疫基因集用KEGG pathway,清道夫受体从HGNC批量获取。跨器官比较时注意批次校正,我们用了Harmony。

04

  建立AI平台

利用“一人一图”的优势,研究识别出355个胎儿和407个成年细胞类型特异性转录因子。其中,IRX6在所有11个脑区的小胶质细胞中高表达,而在其他细胞中几乎不表达。通过基因编辑猪和snATAC-seq验证,IRX6调控突触修剪和细胞因子产生通路。这是首次在大型哺乳动物中确认IRX6为小胶质细胞的核心转录因子。【图4】

图4.细胞类型特异性转录因子的鉴定与特征分析

复现建议:细胞特异TF用tau>0.9筛选。验证IRX6功能需构建基因编辑猪,我们做了起始密码子突变和exon4敲除两种。snATAC-seq用ArchR分析,注意不同细胞类型峰背景噪声差异大。

05

  细胞模型清除病理蛋白

妊娠心脏snRNA-seq发现Cap2毛细血管亚群在孕期富集,产后消失。Cap2高表达脂肪酸转运基因,Cap1高表达葡萄糖转运基因。FOXO3和FBXO32孕期上调,抑制钙调磷酸酶-NFAT通路,避免病理性肥厚。心肌细胞代谢基因PDK4、ACADM等孕期上调,糖酵解基因下调。【图5】

图5.猪心脏在 NP、LP 和 PP 阶段的动态细胞及功能适应性变化

复现建议:妊娠心脏样本难获取,建议用半同胞母猪对照减少遗传干扰。Cap2和Cap1的分选可用FABP3和SORBS1抗体。脂肪酸摄取用BODIPY-C16,葡萄糖功能通过敲低转运基因后测代谢物验证。

06

 线虫模型神经保护

生长受限胎儿胎盘滋养层中SLC1A5和SLC38A2表达降低,胎血亮氨酸减少。肌肉IIC1亚簇比例下降,ACTN3等基因表达降低。人滋养层类器官、肌原祖细胞及猪/鼠体内补充实验验证亮氨酸缺乏限制肌纤维发育。【图6】

图6.解析胎儿生长受限的细胞作用机制

复现建议:FGR模型利用同窝内自然差异即可,不需额外造模。滋养层类器官用基质胶培养,亮氨酸摄取用Cy3标记的L-亮氨酸。肌肉类器官构建时注意基质胶配方和分化时机,挽救试验时间点很关键。

07

  小鼠模型改善认知

整合人、小鼠、猪单细胞数据,免疫、内皮、基质、脑细胞跨物种高度保守。人心肌也存在Cap1/Cap2亚型,且Cap2高表达LPL/FABP3。人胎儿脑中HLA-DRA和CD36表达极低,与外周组织一致。【图7】

图7.对比分析结果表明,猪、人类和小鼠的细胞类型以及基因表达模式在物种间具有保守性

复现建议:跨物种整合前,先把基因名统一为同源基因。cNMF分析建议设多次随机种子,选稳定程序。比较人心肌内皮时,直接用公开数据集,复现我们的分析流程即可。

三、总结与展望

这项研究创下了多个“第一”:

  • 第一个“全个体、全组织”单细胞图谱,消除了遗传/环境噪音;

  • 第一个大型哺乳动物小胶质细胞特异TF(IRX6);

  • 第一个妊娠心脏动态内皮亚型(Cap2),揭示脂肪酸供能切换;

  • 第一个从胎盘转运到肌肉纤维亚型的完整FGR机制链条,并验证了L-亮氨酸补充的治疗潜力。

未来,该图谱将成为猪作为生物医学模型和农业动物的重要参考数据库,也为人类妊娠疾病(如围产期心肌病、胎儿生长受限)提供了可转化的靶点和思路。

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