撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
尽管大规模的细胞图谱已经存在，但要获取单个生物体内所有组织的细胞图谱，尤其是在胎儿和怀孕母体中，仍是一项挑战。
2026 年 3 月 27 日，江西农业大学黄路生院士团队（杨斌研究员、饶琳博士、张青博士为论文共同通讯作者，蔡丽萍博士、张青博士、姚天雄博士和邹霄霄博士为论文共同第一作者）在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为：Family single-cell atlases reveal pig pregnancy and fetal growth restriction critical cell type 的研究论文。
该研究构建了全球首个“全家桶式”（All-from-one）猪单细胞时空图谱。该研究利用单细胞转录组测序（scRNA-seq）与单细胞核转录组测序（snRNA-seq）技术，对一头怀孕母猪（F1M1）及其雄性胎儿（F1S1）的 405 个样本进行了深度分析。图谱涵盖了胎儿 115 个组织位点和母体 119 个组织位点，总计包含 256 万个细胞。这一规模宏大的数据不仅绘制了生命全景，更在细胞分辨率下精确解析了妊娠期的复杂生理重塑。
值得一提的是，江西农业大学为该论文唯一完成单位，独立完成了全部研究工作。据悉，这也是Science创刊 100 多年以来，中国猪遗传育种领域在该期刊发表的首篇研究论文（Research Article）。
了解单个生物体所有组织中细胞的功能对于揭示器官在不同生理条件下如何协调和适应至关重要。尽管存在大规模的单细胞图谱，但获取单个个体所有组织的完整图谱仍是一项重大挑战。怀孕会带来进一步的复杂性，需要母体迅速进行生理调整，并高效输送营养以支持胎儿生长。当营养输送失败时，胎儿生长受限（FGR）就可能发生，给后代带来终身健康影响。由于健康母体和胎儿组织难以获取，直接在人类身上研究这些过程受到限制。猪因其解剖结构与人类相似，为研究这些机制提供了机会。
在这项最新研究中，研究团队从一头怀孕母猪（F1M1）及其雄性胎儿（F1S1）后代身上分别采集了 115 个和 119 个组织样本，生成了全身、全组织、单细胞和单核图谱。这种“全家桶式”（All-from-one）的设计使得在不因遗传、表观遗传、年龄和环境暴露差异而产生混淆的情况下，能够对细胞类型、转录因子和分子通路进行准确比较。在后续研究中，首先，研究团队研究了母猪在怀孕期间心脏的重塑情况。其次，利用同一母猪所产的正常体重和生长受限胎儿的胎盘，通过整合单细胞转录组学、代谢组学、体外细胞系、类器官以及对怀孕大鼠和猪的体内实验，探究了胎儿生长受限的细胞基础。
该图谱分析了256 万个细胞，揭示了 115 种研究组织中的 76 种主要细胞类型和 412 种内皮细胞亚型。内皮细胞在大脑和外周器官之间表现出增殖、免疫和代谢方面的差异。该数据集能够识别组织细胞类型特异性的转录因子，为基因调控程序如何塑造全身细胞身份提供了参考。
通过对半同胞母猪在未怀孕、妊娠晚期和产后的特征分析，研究团队在猪心脏中发现了一种妊娠期特异性富集的毛细血管内皮细胞亚型——Cap2。Cap2 细胞表达的脂肪酸转运基因增加，而葡萄糖转运基因减少，这表明存在着一种代谢转变以支持妊娠期母体心脏能量需求的增加。产后，Cap2 细胞的丰度恢复到基线水平，这与生理性的心脏重塑相一致。
在胎儿生长受限（FGR）的研究中，生长受限胎儿母胎界面的滋养层细胞中氨基酸转运蛋白SLC1A5和SLC38A2的表达水平降低。与营养物质输送受损相一致的是，胎儿血清中必需氨基酸 L-亮氨酸的含量减少。FGR 胎儿的背最长肌中对生长至关重要的特定 II 型肌纤维 C1 亚群的比例大幅降低。通过体外细胞系、滋养层类器官、肌肉类器官以及对怀孕母猪和大鼠的受控饮食干预，研究团队证实了 L-亮氨酸转运减少会限制肌纤维形成和胎儿体重，并且在发育时间上有所依赖的情况下，生长受限后的补充可部分改善这些结果。
总的来说，该研究绘制了怀孕母猪及其雄性胎儿的“全家桶式”（All-from-one）、全身、单细胞图谱，为在受控的遗传和表观遗传条件下理解细胞身份、组织特化和转录因子调控程序奠定了基础。这些研究结果揭示了妊娠诱导的心脏内皮重塑，以及胎盘滋养层氨基酸转运受损、胎儿肌纤维发育减少和胎儿生长受限之间的机制联系。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu7265
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