撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

盡管大規(guī)模的細(xì)胞圖譜已經(jīng)存在，但要獲取單個生物體內(nèi)所有組織的細(xì)胞圖譜，尤其是在胎兒和懷孕母體中，仍是一項挑戰(zhàn)。

2026 年 3 月 27 日，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)黃路生院士團(tuán)隊（楊斌研究員、饒琳博士、張青博士為論文共同通訊作者，蔡麗萍博士、張青博士、姚天雄博士和鄒霄霄博士為論文共同第一作者）在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了題為：Family single-cell atlases reveal pig pregnancy and fetal growth restriction critical cell type 的研究論文。

該研究構(gòu)建了全球首個“全家桶式”（All-from-one）豬單細(xì)胞時空圖譜。該研究利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序（scRNA-seq）與單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測序（snRNA-seq）技術(shù)，對一頭懷孕母豬（F1M1）及其雄性胎兒（F1S1）的 405 個樣本進(jìn)行了深度分析。圖譜涵蓋了胎兒 115 個組織位點(diǎn)和母體 119 個組織位點(diǎn)，總計包含 256 萬個細(xì)胞。這一規(guī)模宏大的數(shù)據(jù)不僅繪制了生命全景，更在細(xì)胞分辨率下精確解析了妊娠期的復(fù)雜生理重塑。

值得一提的是，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)為該論文唯一完成單位，獨(dú)立完成了全部研究工作。據(jù)悉，這也是Science創(chuàng)刊 100 多年以來，中國豬遺傳育種領(lǐng)域在該期刊發(fā)表的首篇研究論文（Research Article）。

了解單個生物體所有組織中細(xì)胞的功能對于揭示器官在不同生理條件下如何協(xié)調(diào)和適應(yīng)至關(guān)重要。盡管存在大規(guī)模的單細(xì)胞圖譜，但獲取單個個體所有組織的完整圖譜仍是一項重大挑戰(zhàn)。懷孕會帶來進(jìn)一步的復(fù)雜性，需要母體迅速進(jìn)行生理調(diào)整，并高效輸送營養(yǎng)以支持胎兒生長。當(dāng)營養(yǎng)輸送失敗時，胎兒生長受限（FGR）就可能發(fā)生，給后代帶來終身健康影響。由于健康母體和胎兒組織難以獲取，直接在人類身上研究這些過程受到限制。豬因其解剖結(jié)構(gòu)與人類相似，為研究這些機(jī)制提供了機(jī)會。

在這項最新研究中，研究團(tuán)隊從一頭懷孕母豬（F1M1）及其雄性胎兒（F1S1）后代身上分別采集了 115 個和 119 個組織樣本，生成了全身、全組織、單細(xì)胞和單核圖譜。這種“全家桶式”（All-from-one）的設(shè)計使得在不因遺傳、表觀遺傳、年齡和環(huán)境暴露差異而產(chǎn)生混淆的情況下，能夠?qū)?xì)胞類型、轉(zhuǎn)錄因子和分子通路進(jìn)行準(zhǔn)確比較。在后續(xù)研究中，首先，研究團(tuán)隊研究了母豬在懷孕期間心臟的重塑情況。其次，利用同一母豬所產(chǎn)的正常體重和生長受限胎兒的胎盤，通過整合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、體外細(xì)胞系、類器官以及對懷孕大鼠和豬的體內(nèi)實驗，探究了胎兒生長受限的細(xì)胞基礎(chǔ)。

該圖譜分析了256 萬個細(xì)胞，揭示了 115 種研究組織中的 76 種主要細(xì)胞類型和 412 種內(nèi)皮細(xì)胞亞型。內(nèi)皮細(xì)胞在大腦和外周器官之間表現(xiàn)出增殖、免疫和代謝方面的差異。該數(shù)據(jù)集能夠識別組織細(xì)胞類型特異性的轉(zhuǎn)錄因子，為基因調(diào)控程序如何塑造全身細(xì)胞身份提供了參考。

通過對半同胞母豬在未懷孕、妊娠晚期和產(chǎn)后的特征分析，研究團(tuán)隊在豬心臟中發(fā)現(xiàn)了一種妊娠期特異性富集的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞亞型——Cap2。Cap2 細(xì)胞表達(dá)的脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)基因增加，而葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)基因減少，這表明存在著一種代謝轉(zhuǎn)變以支持妊娠期母體心臟能量需求的增加。產(chǎn)后，Cap2 細(xì)胞的豐度恢復(fù)到基線水平，這與生理性的心臟重塑相一致。

在胎兒生長受限（FGR）的研究中，生長受限胎兒母胎界面的滋養(yǎng)層細(xì)胞中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SLC1A5和SLC38A2的表達(dá)水平降低。與營養(yǎng)物質(zhì)輸送受損相一致的是，胎兒血清中必需氨基酸 L-亮氨酸的含量減少。FGR 胎兒的背最長肌中對生長至關(guān)重要的特定 II 型肌纖維 C1 亞群的比例大幅降低。通過體外細(xì)胞系、滋養(yǎng)層類器官、肌肉類器官以及對懷孕母豬和大鼠的受控飲食干預(yù)，研究團(tuán)隊證實了 L-亮氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)減少會限制肌纖維形成和胎兒體重，并且在發(fā)育時間上有所依賴的情況下，生長受限后的補(bǔ)充可部分改善這些結(jié)果。

總的來說，該研究繪制了懷孕母豬及其雄性胎兒的“全家桶式”（All-from-one）、全身、單細(xì)胞圖譜，為在受控的遺傳和表觀遺傳條件下理解細(xì)胞身份、組織特化和轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控程序奠定了基礎(chǔ)。這些研究結(jié)果揭示了妊娠誘導(dǎo)的心臟內(nèi)皮重塑，以及胎盤滋養(yǎng)層氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)受損、胎兒肌纖維發(fā)育減少和胎兒生長受限之間的機(jī)制聯(lián)系。

論文鏈接：

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