江西農(nóng)業(yè)大學(xué)黃路生院士團(tuán)隊(duì)重磅成果再發(fā)Science！

妊娠期母體心臟如何適應(yīng)巨大的生理負(fù)荷？胎兒生長受限為何發(fā)生？這些問題長期困擾著科學(xué)家，因?yàn)殡y以獲取健康孕婦的心臟組織和胎兒樣本。如今，一項(xiàng)利用豬模型開展的大規(guī)模單細(xì)胞研究，為解答這些問題提供了全新視角。

2026年3月26日，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)黃路生院士團(tuán)隊(duì)在國際頂級期刊《Science》上發(fā)表題為《Family single-cell atlases reveal pig pregnancy and fetal growth restriction critical cell types》的研究論文。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了包含一頭懷孕母豬及其胎豬共計(jì)234個組織的“全家桶式”（All-from-one）豬單細(xì)胞時空圖譜，覆蓋256萬個細(xì)胞，并在此基礎(chǔ)上揭示了妊娠期心臟適應(yīng)性重塑的細(xì)胞機(jī)制，以及胎盤中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)障礙導(dǎo)致胎兒生長受限的分子通路。

研究團(tuán)隊(duì)從一頭懷孕母豬和它的雄性胎豬身上分別采集了119個和115個組織，在16小時內(nèi)完成所有樣本的消化和解離，構(gòu)建了涵蓋全身主要器官的單細(xì)胞圖譜。通過對2.56萬個細(xì)胞的分析，他們鑒定出76種主要細(xì)胞類型和412種內(nèi)皮細(xì)胞亞型。令人意外的是，內(nèi)皮細(xì)胞在腦與外周器官之間表現(xiàn)出顯著的增殖、免疫和代謝差異。這一數(shù)據(jù)集還為識別組織細(xì)胞類型特異性轉(zhuǎn)錄因子提供了重要資源。

在分析內(nèi)皮細(xì)胞時，研究人員發(fā)現(xiàn)腦組織中免疫相關(guān)基因如SLA-DRA和CD36的表達(dá)顯著低于外周組織。這種低免疫狀態(tài)可能正是血腦屏障維持免疫特權(quán)的關(guān)鍵機(jī)制。此外，腦內(nèi)皮細(xì)胞中趨化因子CXCL12的表達(dá)模式與外周截然不同，提示其在神經(jīng)發(fā)育中可能具有特殊功能。

為了解妊娠期心臟的適應(yīng)性變化，團(tuán)隊(duì)分析了非妊娠期、妊娠晚期和產(chǎn)后母豬的心臟樣本。結(jié)果顯示，妊娠晚期心肌細(xì)胞中脂肪酸氧化相關(guān)基因上調(diào)，而糖酵解基因下調(diào)。更關(guān)鍵的是，他們發(fā)現(xiàn)了一種妊娠期富集的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞亞型Cap2。這類細(xì)胞高表達(dá)脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)基因，低表達(dá)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)基因，其豐度在妊娠期顯著增加，產(chǎn)后恢復(fù)正常。這一發(fā)現(xiàn)揭示了妊娠期母體心臟通過改變能量底物利用來滿足增高的代謝需求。

針對胎兒生長受限，研究團(tuán)隊(duì)利用同一窩中存在正常體重和生長受限胎豬的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)生長受限胎豬的滋養(yǎng)層細(xì)胞中兩種氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SLC1A5和SLC38A2的表達(dá)顯著降低。相應(yīng)的，胎豬血清中亮氨酸水平下降。通過單細(xì)胞核測序，他們發(fā)現(xiàn)生長受限胎豬的肌肉中一類特定II型肌纖維亞型比例減少。

進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在滋養(yǎng)層類器官中敲低SLC1A5或SLC38A2會顯著減少亮氨酸攝取。在肌源性祖細(xì)胞和肌肉類器官中，低亮氨酸條件抑制細(xì)胞增殖和分化，減少II型肌纖維形成。通過在孕期母豬和孕鼠中進(jìn)行亮氨酸補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)產(chǎn)后補(bǔ)充亮氨酸能部分恢復(fù)胎兒體重和肌纖維發(fā)育，但恢復(fù)程度受干預(yù)時機(jī)影響。

最后，通過跨物種比較分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)豬、人、小鼠在免疫細(xì)胞、上皮細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞和腦細(xì)胞等關(guān)鍵細(xì)胞類型上具有高度保守的基因表達(dá)程序。人心臟中也存在與豬Cap2相似的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞亞型，人滋養(yǎng)層細(xì)胞同樣高表達(dá)SLC1A5和SLC38A2，而人胎兒肌肉中也存在與豬生長受限相關(guān)的II型肌纖維相似亞型，表明這些發(fā)現(xiàn)在人類中具有潛在的轉(zhuǎn)化價值。

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