學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)

近日，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)豬遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃路生院士團(tuán)隊(duì)在Science Bulletin在線發(fā)表了題為“Single-cell dynamics of liver development in postnatal pigs”的重要研究成果。該成果構(gòu)建了迄今最全面的出生后豬肝臟單細(xì)胞發(fā)育圖譜，表征了肝臟細(xì)胞類型在四個(gè)不同發(fā)育階段的異質(zhì)性，鑒定了主要細(xì)胞類型特異的轉(zhuǎn)錄因子并揭示了其發(fā)育過程中基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)變化。

圖 出生后四個(gè)不同階段豬肝臟的單細(xì)胞特征

該研究以斷奶前（30天）、斷奶后（42天）、生長高峰（150天）和成年階段（730天）四個(gè)生長發(fā)育重要階段、不同性別、健康巴馬香豬肝臟作為研究材料，綜合使用scRNA-seq, snRNA-seq和snATAC-seq技術(shù)，深入研究了豬肝臟不同發(fā)育階段代謝和免疫功能的動(dòng)態(tài)變化，主要?jiǎng)?chuàng)新包括：

一、繪制了迄今為止所有哺乳動(dòng)物中最新最全面的出生后肝臟單細(xì)胞發(fā)育圖譜，鑒定并驗(yàn)證了稀有細(xì)胞類型

在來自四個(gè)發(fā)育階段的共84,824個(gè)肝臟單細(xì)胞或單核中鑒定到23種細(xì)胞類型，包括肝臟中的三種稀有細(xì)胞類型：漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞（pDCs），CAVIN3+IGF2+內(nèi)皮細(xì)胞和EBF1+成纖維細(xì)胞，并且通過多重?zé)晒饷庖呓M化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

二、發(fā)現(xiàn)了肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞呈現(xiàn)高度的發(fā)育階段異質(zhì)性，揭示了與肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞發(fā)育或功能相關(guān)的階段特異的轉(zhuǎn)錄因子編碼基因

研究發(fā)現(xiàn)斷奶前仔豬和成年豬脂肪酸合成的差異，作者進(jìn)一步通過擬時(shí)序分析構(gòu)建了出生后肝細(xì)胞的發(fā)育軌跡，鑒定到5693個(gè)基因在三個(gè)發(fā)育階段的肝細(xì)胞中表現(xiàn)出顯著的表達(dá)變化，并結(jié)合基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)一步揭示了33個(gè)發(fā)育階段特異性轉(zhuǎn)錄因子，其中30天富集的轉(zhuǎn)錄因子編碼基因EZH2參與調(diào)節(jié)出生后肝細(xì)胞成熟，42天富集的CLOCK調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律，730天富集的NFIL3調(diào)節(jié)膽汁和異生素代謝。

三、首次鑒定到LUZP2是成年豬肝竇內(nèi)皮細(xì)胞特異的轉(zhuǎn)錄因子編碼基因，提示其發(fā)揮階段特異性功能

作者首次發(fā)現(xiàn)LUZP2是成年豬肝竇內(nèi)皮特異的轉(zhuǎn)錄因子編碼基因，并且通過單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)(snRNA-seq和snATAC-seq)在不同時(shí)間點(diǎn)、不同組織部位得到驗(yàn)證，多重?zé)晒饷庖呓M化的結(jié)果也支持了這一發(fā)現(xiàn)點(diǎn)。

四、揭示了肝竇內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)育階段特異性的功能變化，尤其是清道夫功能

通路分析表明，40天上調(diào)的基因富集在免疫相關(guān)通路，730天上調(diào)的基因富集代謝相關(guān)通路，提示斷奶后仔豬活躍的免疫反應(yīng)以及肝竇內(nèi)皮細(xì)胞在成年豬肝臟代謝中扮演著重要角色。從肝竇內(nèi)皮細(xì)胞主要受體基因的表達(dá)特征中，作者發(fā)現(xiàn)MRC1, STAB2, STAB1, CLEC4G, FCGR2B是豬肝竇內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)育過程中主要的胞吞受體基因。

五、發(fā)現(xiàn)了淋巴系免疫細(xì)胞(NK和T)出生后30天即主導(dǎo)肝臟免疫系統(tǒng)，其中肝臟組織駐留NK細(xì)胞(trNKs)表現(xiàn)出與人類更保守的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)模式

前人報(bào)道髓系細(xì)胞在新生小鼠免疫系統(tǒng)中占主導(dǎo)，作者發(fā)現(xiàn)從出生后30天開始NK和T即主導(dǎo)了豬肝臟的免疫系統(tǒng)，從髓系免疫細(xì)胞到淋巴系免疫細(xì)胞的轉(zhuǎn)變提示肝臟適應(yīng)免疫系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)出生后胃腸道抗原和微生物產(chǎn)物等挑戰(zhàn)。其中豬trNKs表現(xiàn)出與人類相似的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)特征，提示研究trNKs在健康和疾病中的功能和特征，豬是理想的動(dòng)物模型。

對(duì)健康家豬、雌性以及雄性個(gè)體不同發(fā)育階段肝臟單細(xì)胞及單核轉(zhuǎn)錄組的系統(tǒng)研究，不僅對(duì)于提高家豬生產(chǎn)效率及飼料利用效率具有重要意義，同時(shí)，也為人類健康肝臟不同發(fā)育階段的單細(xì)胞組成與功能提供了重要參考。

中國科學(xué)院院士、中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)理事長黃路生為通訊作者，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)饒琳博士為第一作者兼共同通訊作者，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)蔡麗萍博士為共同第一作者。

綜稿：宣傳部