五大联赛买球官网(中国)有限公司黄路生院士团队揭示单细胞分辨率下出生后猪肝脏的动态发育

发布者:yuanjia发布时间:2023-11-01浏览次数:10

近日,五大联赛买球官网(中国)有限公司猪遗传改良与种质创新全国重点实验室黄路生院士团队在Science Bulletin在线发表了题为“Single-cell dynamics of liver development in postnatal pigs”的重要研究成果。该成果构建了迄今最全面的出生后猪肝脏单细胞发育图谱,表征了肝脏细胞类型在四个不同发育阶段的异质性,鉴定了主要细胞类型特异的转录因子并揭示了其发育过程中基因表达的动态变化。

图 出生后四个不同阶段猪肝脏的单细胞特征

该研究以断奶前(30天)、断奶后(42天)、生长高峰(150天)和成年阶段(730天)四个生长发育重要阶段、不同性别、健康巴马香猪肝脏作为研究材料,综合使用scRNA-seq, snRNA-seqsnATAC-seq技术,深入研究了猪肝脏不同发育阶段代谢和免疫功能的动态变化,主要创新包括:

一、绘制了迄今为止所有哺乳动物中最新最全面的出生后肝脏单细胞发育图谱,鉴定并验证了稀有细胞类型

在来自四个发育阶段的共84,824个肝脏单细胞或单核中鉴定到23种细胞类型,包括肝脏中的三种稀有细胞类型:浆细胞样树突状细胞(pDCs),CAVIN3+IGF2+内皮细胞和EBF1+成纤维细胞,并且通过多重荧光免疫组化实验进行了验证。

二、发现了肝实质细胞呈现高度的发育阶段异质性,揭示了与肝实质细胞发育或功能相关的阶段特异的转录因子编码基因

研究发现断奶前仔猪和成年猪脂肪酸合成的差异,作者进一步通过拟时序分析构建了出生后肝细胞的发育轨迹,鉴定到5693个基因在三个发育阶段的肝细胞中表现出显著的表达变化,并结合基因调控网络分析进一步揭示了33个发育阶段特异性转录因子,其中30天富集的转录因子编码基因EZH2参与调节出生后肝细胞成熟,42天富集的CLOCK调节昼夜节律,730天富集的NFIL3调节胆汁和异生素代谢。

三、首次鉴定到LUZP2是成年猪肝窦内皮细胞特异的转录因子编码基因,提示其发挥阶段特异性功能

作者首次发现LUZP2是成年猪肝窦内皮特异的转录因子编码基因,并且通过单细胞多组学技术(snRNA-seqsnATAC-seq)在不同时间点、不同组织部位得到验证,多重荧光免疫组化的结果也支持了这一发现点。

四、揭示了肝窦内皮细胞发育阶段特异性的功能变化,尤其是清道夫功能

通路分析表明,40天上调的基因富集在免疫相关通路,730天上调的基因富集代谢相关通路,提示断奶后仔猪活跃的免疫反应以及肝窦内皮细胞在成年猪肝脏代谢中扮演着重要角色。从肝窦内皮细胞主要受体基因的表达特征中,作者发现MRC1, STAB2, STAB1, CLEC4G, FCGR2B是猪肝窦内皮细胞发育过程中主要的胞吞受体基因。

五、发现了淋巴系免疫细胞(NKT)出生后30天即主导肝脏免疫系统,其中肝脏组织驻留NK细胞(trNKs)表现出与人类更保守的转录因子表达模式

前人报道髓系细胞在新生小鼠免疫系统中占主导,作者发现从出生后30天开始NKT即主导了猪肝脏的免疫系统,从髓系免疫细胞到淋巴系免疫细胞的转变提示肝脏适应免疫系统,以应对出生后胃肠道抗原和微生物产物等挑战。其中猪trNKs表现出与人类相似的转录因子表达特征,提示研究trNKs在健康和疾病中的功能和特征,猪是理想的动物模型。

对健康家猪、雌性以及雄性个体不同发育阶段肝脏单细胞及单核转录组的系统研究,不仅对于提高家猪生产效率及饲料利用效率具有重要意义,同时,也为人类健康肝脏不同发育阶段的单细胞组成与功能提供了重要参考。

中国科学院院士、中国畜牧兽医学会理事长黄路生为通讯作者,五大联赛买球官网(中国)有限公司饶琳博士为第一作者兼共同通讯作者,五大联赛买球官网(中国)有限公司蔡丽萍博士为共同第一作者。

 

综稿:宣传部