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编辑导读

妊娠与胎儿发育是生命关键阶段，会对母体和子代后续健康产生深远影响。但受样本获取实操难题限制，该阶段正常发育与各类病变的诸多机制尚不清晰。为弥补这一研究空白，蔡等人构建了覆盖妊娠母猪及其子代、公猪、半同胞等同一家系个体的大规模单细胞图谱。基于该数据集，研究人员解析了妊娠期母体心血管重塑、胎儿小胶质细胞发育，以及宫内生长受限相关病理改变。—Yevgeniya Nusinovich

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#家猪 #单细胞转录组 #单细胞核转录组 #同一体图谱 #妊娠心脏重塑 #胎儿生长受限 #滋养层 #亮氨酸转运 #内皮异质性 #肌纤维 #跨物种细胞图谱

同一家猪的全域单细胞图谱

揭示了妊娠诱导心脏适应性改变、胎儿生长受限背后的细胞学机制。

引言

解析同一个体内全部组织的细胞功能，是阐明不同生理状态下器官协同与适应性调控的基础。目前已有大量大规模单细胞图谱，但获取单一个体全套组织的完整图谱仍存在重大挑战。妊娠过程会进一步提升生理调控复杂度：母体需快速完成生理重塑，并高效转运营养以供给胎儿生长。一旦营养转运通路受损，就会引发胎儿生长受限（FGR），给子代带来终身健康损伤。人类健康母婴组织难以获取，无法直接开展相关机制研究；而家猪在解剖结构上与人类高度近似，是理想研究模型。

思路

本研究分别采集119份妊娠母猪组织、115份雄性胎儿组织，构建覆盖全身所有组织的单细胞与单细胞核转录组图谱。这套「单一个体全域」实验设计可排除遗传、表观、年龄、环境暴露带来的混杂干扰，实现细胞类型、转录因子、分子通路的精准对比。后续开展２项延伸研究：❶ 解析妊娠期母体心脏重塑的细胞机制；❷ 选取同窝同时存在正常体重、生长受限胎儿的孕猪，整合单细胞转录组、代谢组、体外细胞系、类器官，以及孕猪、孕大鼠体内实验，探究胎儿生长受限的细胞学基础。

结果

本图谱共解析256万个细胞，在115类组织中鉴定出76种主要细胞类型、412个内皮细胞亚群。脑部内皮细胞与外周器官内皮细胞在增殖、免疫、代谢相关特征上存在显著差异。依托该数据集，研究筛选出各类组织专属转录因子，为解析基因调控程序如何决定细胞身份提供参考依据。对半同胞母猪分孕前、妊娠晚期、产后３个时期测序，在家猪心脏中鉴定出１类妊娠特异性毛细血管内皮亚型Cap2。Cap细胞脂肪酸转运相关基因表达上调、葡萄糖转运基因表达下调，反映出适配母体心脏能量需求升高的代谢重编程特征；分娩后Cap2细胞丰度回落至孕前基线，符合生理性心脏重塑规律。针对胎儿生长受限的研究发现：生长受限胎儿母胎界面滋养层中氨基酸转运蛋白SLC1A5、SLC38A2表达水平下降；与营养转运受损结果一致，受限胎儿血清内必需L-亮氨酸含量降低。生长受限胎儿肌肉细胞核中，１类对机体生长至关重要的II型肌纤维亚群占比下降。结合体外细胞、滋养层类器官、肌肉类器官实验，以及孕猪、孕大鼠标准化饮食干预体内实验证实：L-亮氨酸转运不足会抑制肌纤维生成、降低胎儿体重；而在发育不同阶段补充亮氨酸，仅能部分修复上述异常表型。

单一个体全域细胞图谱构建

图12个家猪家系「单1个体全域」单细胞全景图谱总览

本研究共分析2个家猪家系、65个器官来源的144种组织。条形图展示每个个体各组织的测序细胞数量，按测序平台区分颜色：蓝色代表单细胞RNA测序（scRNA-seq），红色代表单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq）。144种组织划分为12大生理系统：神经系统（NS）、内分泌系统（ES）、心血管系统（CS）、免疫系统（IS）、呼吸系统（RS）、消化系统（DS）、雌性生殖系统（FRS）、母胎界面（MFI）、雄性生殖系统（MRS）、泌尿系统（US）、肌肉骨骼系统（MS）。ASA：腹部皮下脂肪；BSA：背部皮下脂肪。

全身76种主要细胞全局转录图谱

图2家猪细胞类型转录组全局UMAP图谱

对每个样本下采样500个细胞用于可视化，不同颜色标记76种核心细胞类型，完整呈现家猪全身细胞转录分群全貌。

多器官内皮细胞亚型异质性解析

图3各器官内皮细胞亚型内部异质性图谱

(A) 59个器官内皮细胞独立UMAP分群图，以不同颜色标注动脉、毛细血管、静脉、淋巴管4类内皮亚型；

(B) 20条KEGG免疫通路基因表达占比柱状图；

(C) 免疫相关基因、清道夫受体基因表达热图，按组织、血管类型、发育阶段分层展示表达差异。

妊娠期心脏内皮细胞生理性重塑机制

图4妊娠期心脏细胞分群与内皮代谢重塑特征

包含心脏4区域样本实验设计、全心脏细胞UMAP分群、不同妊娠阶段差异基因统计、心肌共表达通路富集、Cap1/Cap2毛细血管内皮亚型标志物与脂肪酸摄取体外验证结果。

胎儿生长受限的细胞与分子基础

图5胎儿生长受限相关母胎界面、骨骼肌细胞特征图谱

展示同窝正常/生长受限胎儿体重分布、滋养层氨基酸转运基因表达差异、背最长肌II型肌纤维亚群丰度对比，以及人滋养层/肌肉类器官亮氨酸体外功能实验结果。

亮氨酸干预体内动物验证实验

图6孕猪与孕大鼠亮氨酸饮食干预体内实验结果

分为亮氨酸正常组、限制组、补救修复组，统计3组胎儿体重、血清亮氨酸含量、II型肌纤维占比，搭配肌肉组织免疫荧光切片定量结果。

人、小鼠、家猪跨物种细胞保守性对比

图7人、小鼠、家猪跨物种单细胞整合对比图谱

整合3物种15类同源器官单细胞数据，绘制细胞相似度AUROC热图，筛选跨物种保守基因程序，并对比心脏内皮脂糖转运基因表达模式。

结论

本研究构建妊娠母猪及其雄性胎儿「单一个体全域」单细胞图谱，在统一遗传、表观背景条件下，为解析细胞身份、组织特化、转录因子调控网络奠定基础。研究揭示妊娠期心脏内皮重塑现象，并阐明滋养层氨基酸转运缺陷、胎儿肌纤维发育不足与胎儿生长受限之间的分子机制关联。

数据

单细胞/单细胞核测序原始数据存入国家基因组序列归档库GSA

登录号CRA010159

蛋白质组数据存入iProX

PXD071499

在线可视化平台

http://segtp.jxau.edu.cn/pca

全套分析代码开源

https://github.com/LushengHuang/pigCellAtlas

详细总结

思维导图

测序数据规模

参考

Science. 2026 Mar 26;391(6792):eadu7265. doi: 10.1126/science.adu7265.

Family single-cell atlases reveal pig pregnancy and fetal growth restriction critical cell types

注：AI辅助创作，如有不当欢迎指出。内容仅供参考，不构成任何建议。