近年來(lái)隨著單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)、空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)等高分辨度技術(shù)的出現(xiàn)，已經(jīng)將研究分辨度推進(jìn)到生命的基本單元—細(xì)胞水平，革新了以往的許多認(rèn)知。本期，小編帶來(lái)的是時(shí)空技術(shù)在豬研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用。
豬不僅是重要的經(jīng)濟(jì)家畜，還在科研中扮演重要角色。豬器官與人類器官高度相似，被廣泛用于臨床前研究。
2020年，馬斯克展示了植入腦機(jī)芯片的豬，展示了腦電波信號(hào)的變化；2021年以來(lái)，全球已完成豬器官移植到腦死亡患者的實(shí)驗(yàn)；2025年，空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院又一次成功實(shí)施了豬肝臟異種移植到人腦死亡患者體內(nèi)，與之前不一樣的是，這次是切除人類肝臟后只保留豬肝臟，探討豬肝能否完全替代人肝。
從時(shí)空實(shí)驗(yàn)應(yīng)用條件看，豬的器官組織特征與人類接近，實(shí)驗(yàn)開發(fā)難度較低。豬是二倍體生物，基因組質(zhì)量良好，有基因表達(dá)調(diào)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和單細(xì)胞數(shù)據(jù)，便于跨物種比較研究。綜上，時(shí)空技術(shù)的應(yīng)用可提升研究精度，為后續(xù)研究提供精準(zhǔn)參考。
生殖方向
1.豬早期卵子發(fā)生的時(shí)空?qǐng)D譜
英文標(biāo)題：Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs
發(fā)表期刊：Genome Biology
影響因子：10.1
發(fā)布時(shí)間：2025-01
DOI：10.1186/s13059-024-03464-8
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢（n=2）。
空間轉(zhuǎn)錄組，豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，10x Visium；E65胚胎卵巢，BMKMANU S1000。
百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)服務(wù)。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 該研究結(jié)合單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)(ST)探索在豬卵子發(fā)生早期卵巢微環(huán)境的空間組織，構(gòu)建時(shí)空基因表達(dá)譜。將卵子發(fā)生不同階段的生殖細(xì)胞簇投射到空間圖譜中，揭示了發(fā)育中的豬卵巢中生殖細(xì)胞的“皮質(zhì)-髓質(zhì)(C-M)”分布。豬和人之間的跨物種分析揭示了在卵子發(fā)生過(guò)程中生殖細(xì)胞的保守的C-M分布模式，提示豬可以作為人類早期卵子發(fā)生過(guò)程的理想研究模型。
② 利用ST數(shù)據(jù)進(jìn)行RNA速度分析，確定了豬卵巢皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)顆粒細(xì)胞系的分子特征和空間動(dòng)力學(xué)。通過(guò)空間共定位分析和細(xì)胞間通訊分析，揭示了皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)域生殖細(xì)胞和體細(xì)胞之間獨(dú)特的細(xì)胞-細(xì)胞通訊模式。
③ 值得注意的是，卵巢組織的體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)細(xì)胞間NOTCH信號(hào)傳導(dǎo)和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白在啟動(dòng)減數(shù)分裂和卵子形成程序中起關(guān)鍵作用，表明卵巢微環(huán)境對(duì)于生殖細(xì)胞的命運(yùn)調(diào)控起著重要作用。
圖1-基于Cell2location，使用scRNA-seq數(shù)據(jù)對(duì)ST數(shù)據(jù)進(jìn)行解卷積
2.時(shí)空技術(shù)解析豬滋養(yǎng)層類器官與母胎界面細(xì)胞多樣性
英文標(biāo)題：Defining Cellular Diversity at the Swine Maternal-Fetal Interface Using Spatial Transcriptomics and Organoids
發(fā)表期刊：bioRxiv
發(fā)布時(shí)間：2024-10
DOI：10.1101/2024.10.21.619461
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，滋養(yǎng)層細(xì)胞系類器官（n=3)?？臻g轉(zhuǎn)錄組：G65臍帶殘端附近1cm*1cm完整胎盤（包括母體和子代組織，n=4）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 研究者使用足月豬胎盤構(gòu)建的sTO（豬滋養(yǎng)層類器官）可以擴(kuò)增、凍存并成功復(fù)蘇，高表達(dá)滋養(yǎng)層標(biāo)志基因KRT18、ELF3以及GATA3，與豬胎盤表達(dá)標(biāo)志更相似。此外，在人工基底膜中培養(yǎng)立刻形成懸浮培養(yǎng)可逆的局部頂面，通過(guò)和體內(nèi)較為一致的基因表達(dá)和細(xì)胞通訊程序分化成不同滋養(yǎng)層細(xì)胞。與當(dāng)前其他可用的體外模型相比，研究者開發(fā)的sTO是更理想的體外研究模型。
② 使用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)定義妊娠中期豬母胎界面上滋養(yǎng)層原位轉(zhuǎn)錄組圖譜，無(wú)需依賴傳統(tǒng)標(biāo)志，揭示了豬子宮和胎盤的新marker，可用于精準(zhǔn)定義豬母胎界面組織學(xué)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)還包含以往未分析到的腺窩區(qū)（areola）和交界區(qū)，定義出3種腺窩細(xì)胞亞群，例如主要位于胎盤間質(zhì)附近而不明顯與交界區(qū)直接接觸的Areola-1?？傊?，該圖譜為后續(xù)豬生殖研究提供了基礎(chǔ)參考。
③ 空間數(shù)據(jù)可用于注釋sTO單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的細(xì)胞類型，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)sTO涵蓋了豬胎盤中滋養(yǎng)層細(xì)胞群的發(fā)育和功能差異，sTO和胎盤組織具有相同保守的關(guān)鍵信號(hào)通路。此外，由于sTO中有更多增殖干細(xì)胞，因而僅在sTO單細(xì)胞數(shù)據(jù)中觀察到增殖干細(xì)胞與其他滋養(yǎng)層間存在互作?？傊?，這些凸顯了sTO在研究豬胎盤發(fā)育中的用途。
圖2-空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)解析豬母胎界面的全局表達(dá)情況
3.豬竇卵泡的單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Deciphering Cellular Heterogeneity and Communication Patterns in Porcine Antral Follicles by Single-Cell RNA Sequencing
發(fā)表期刊：Animals
發(fā)布時(shí)間：2023-09
DOI：10.3390/ani13193019
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組：D210母豬（取樣前48h內(nèi)注射5 IU PMSG）竇卵泡（n=2）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 單細(xì)胞數(shù)據(jù)揭示了豬竇卵泡內(nèi)細(xì)胞的顯著異質(zhì)性，特別是顆粒細(xì)胞，研究者首次在豬中確認(rèn)壁顆粒細(xì)胞（mGC）和卵丘細(xì)胞（nGC）存在不同亞群，例如mGC1亞群在激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起到重要作用，而mGC2主要負(fù)責(zé)雌激素合成，cGC2負(fù)責(zé)糖酵解和卵丘擴(kuò)張，cGC1亞群具有mGC和cGC兩種顆粒細(xì)胞特征，表明卵泡內(nèi)存在多種狀態(tài)和功能的細(xì)胞。
圖3-豬竇狀卵泡中細(xì)胞的降維聚類結(jié)果
發(fā)育方向
4.豬皮膚早期發(fā)育的時(shí)空?qǐng)D譜
英文標(biāo)題：Integrating Single-Cell and Spatial Transcriptomics Reveals Heterogeneity of Early Pig Skin Development and aSubpopulation with Hair Placode Formation
發(fā)表期刊：Advanced Science
影響因子：14.3
發(fā)布時(shí)間：2024-04
DOI：10.1002/advs.202306703
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，E37胚胎（n=1，未知U），E41&E52&E85胚胎（每時(shí)期n=2，同窩有毛N、無(wú)毛H各1）。
空間轉(zhuǎn)錄組，E37胚胎（n=1），E41&E52&E85胚胎（每時(shí)期n=2，同窩有毛N、無(wú)毛H各1）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析得到7種主要細(xì)胞類型，空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析得到6種主要細(xì)胞類型，包括免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、施旺細(xì)胞等，且不同類型細(xì)胞空間分布與已知的皮膚組織解剖結(jié)構(gòu)相一致，相關(guān)性分析表明單細(xì)胞數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)中鑒定出的細(xì)胞類型一致性較高。
② 聯(lián)合已發(fā)表的人、小鼠皮膚單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)豬表皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞以及周細(xì)胞表達(dá)更多保守的特異性標(biāo)志基因，這些基因也與人類皮膚疾病相關(guān)，表明與小鼠相比，豬皮膚或許是一種更合適的人皮膚疾病研究模型。
③ 表皮細(xì)胞簇進(jìn)一步聚類得到9種亞型，OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞主要在E37U中存在，毛囊間表皮（IFE）基底層細(xì)胞與祖細(xì)胞從E41到E52表現(xiàn)出增加趨勢(shì)。擬時(shí)序分析結(jié)果顯示存在兩種分化軌跡，OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞—>IFE基底層細(xì)胞和真皮細(xì)胞前體（pre-DC）、OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞—>成熟毛囊基底（Pc）發(fā)育和毛囊（HF）及角質(zhì)細(xì)胞分化。真皮成纖維細(xì)胞簇進(jìn)一步聚類得到乳頭狀成纖維細(xì)胞和網(wǎng)狀成纖維細(xì)胞，進(jìn)一步分析在E37U中鑒定出成纖維祖細(xì)胞。
④ 有毛豬中Pc的形成時(shí)期為E37-E41，無(wú)毛豬中缺乏Pc細(xì)胞。CytoTRACE、逆時(shí)序分析等結(jié)果表明，無(wú)毛豬OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞增殖和遷移異常導(dǎo)致Pc不能正常形成，BMP和TGFβ是引起OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞形成Pc的首個(gè)信號(hào)通路。
圖4-ST和scRNA-seq鑒定的常見細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄組之間具有高度一致性
5.豬出生后肝臟發(fā)育的單細(xì)胞動(dòng)態(tài)圖譜
英文標(biāo)題：Single-cell dynamics of liver development in postnatal pigs
發(fā)表期刊：Science Bulletin
影響因子：18.8
發(fā)布時(shí)間：2023-09
DOI：10.1016/j.scib.2023.09.021
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，出生后不同胎齡豬肝臟，D30(n = 3)，D42 (n = 3)，D150(n = 1)，D730(n = 2)。
單細(xì)胞核ATAC，D240(n=1)。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 構(gòu)建迄今最全面的出生后豬肝臟單細(xì)胞發(fā)育圖譜，涵蓋斷奶前（30天）、斷奶后（42天）、生長(zhǎng)高峰（150天）和成年階段（730天）這四個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育重要階段，數(shù)據(jù)涵蓋單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組以及單細(xì)胞ATAC數(shù)據(jù)，共鑒定到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。
② 發(fā)現(xiàn)斷奶前仔豬和成年豬脂肪酸合成的差異，擬時(shí)序分析鑒定出5693個(gè)基因在三個(gè)發(fā)育階段表現(xiàn)出顯著表達(dá)水平變化，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)33個(gè)階段特異性轉(zhuǎn)錄因子，例如D30富集參與調(diào)節(jié)出生后肝細(xì)胞成熟的轉(zhuǎn)錄因子EZH2，D42富集參與調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的CLOCK，還首次鑒定出成年豬肝竇內(nèi)皮特異性的轉(zhuǎn)錄因子LUAP2。通路富集分析結(jié)果顯示不同發(fā)育階段肝竇內(nèi)皮細(xì)胞富集的通路不同，D40是免疫相關(guān)通路富集，D730中主要是代謝相關(guān)通路基因表達(dá)上調(diào)。
③ 豬D30免疫細(xì)胞主要是NK（自然殺傷細(xì)胞）和T細(xì)胞，以往有報(bào)道表明新生小鼠免疫系統(tǒng)重髓系細(xì)胞占比更大，出生D30豬肝臟免疫系統(tǒng)可能發(fā)生了從髓系細(xì)胞到淋巴系細(xì)胞的免疫系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。此外，豬trNK（組織駐留自然殺傷細(xì)胞）具有與人類相似的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)特征，或表明豬可以作為研究人trNK的理想模型。
圖5-單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）和單核RNA測(cè)序（snRNA-seq）鑒定發(fā)育中肝臟細(xì)胞類型
免疫方向
6.豬腎異種移植排異的時(shí)空?qǐng)D譜
英文標(biāo)題：Spatiotemporal immune atlas of a clinicalgrade gene-edited pig-to-human kidney xenotransplant
發(fā)表期刊：Nature Communications
影響因子：14.7
發(fā)布時(shí)間：2024-04
DOI：10.1038/s41467-024-47454-7
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組，移植前豬腎穿刺組織，移植后24h/72h/74h豬腎穿刺組織（n=4）。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，移植74h后切除的腎組織CD45+細(xì)胞（n=1）；
空間轉(zhuǎn)錄組，移植前豬腎穿刺組織，移植后24h/72h/74h豬腎穿刺組織（n=4）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 基因編輯豬腎移植給腦死亡且雙腎切除患者。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，未在異種移植后的豬腎組織中發(fā)現(xiàn)急性細(xì)胞排異或IgM/IgG/配體蛋白結(jié)合的證據(jù)，但發(fā)現(xiàn)急性腎小管壞死和病因不明的血栓性微血管病變。
② 移植后豬腎中髓系細(xì)胞是人和豬腎中檢測(cè)到的最多的免疫細(xì)胞，移植3天內(nèi)人B細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞很少檢測(cè)到，3天后檢測(cè)到的人免疫細(xì)胞增多但豐度遠(yuǎn)小于豬免疫細(xì)胞。
③ 移植3天后發(fā)現(xiàn)人類中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞主要與豬內(nèi)皮細(xì)胞共定位，人巨噬細(xì)胞主要與豬基質(zhì)細(xì)胞共定位，表明人免疫細(xì)胞對(duì)豬腎皮質(zhì)浸潤(rùn)有限。
④ 移植豬腎中人和豬巨噬細(xì)胞更傾向于激活抗炎癥基因表達(dá)。
圖6-人髓系細(xì)胞對(duì)豬腎異種移植的有限浸潤(rùn)
7.豬空腸免疫細(xì)胞單細(xì)胞圖譜
?
英文標(biāo)題：Single-Cell Transcriptional Analysis of Lamina Propria Lymphocytes in the Jejunum Reveals Innate Lymphoid Celllike Cells in Pigs
發(fā)表期刊：The Journal of Immunology
發(fā)布時(shí)間：2024-01
DOI：10.4049/jimmunol.2300463
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，4周大仔豬，空腸固有層淋巴細(xì)胞（n=3），空腸先天淋巴樣細(xì)胞（n=3）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
② 豬空腸ILC標(biāo)志基因與人基因相似，包括IL-23R、AHR、NCR2等。此外，研究者發(fā)現(xiàn)ILC3可能分化成ILC2、ILC1和NK細(xì)胞。ILC3亞群種，ILC3b沒(méi)有明顯高表達(dá)基因，是ILC亞群中具有更高轉(zhuǎn)分化可塑性的亞群，IKZF1和TGFB1可能與該過(guò)程有關(guān)。
③ 豬ILC3表達(dá)TAC3基因，該基因編碼蛋白的受體是NK3R，可以促進(jìn)釋放促性腺激素釋放激素，繼而促進(jìn)性激素釋放，因此TAC3在促性腺激素軸上起到重要作用，因而可能存在腸/性腺軸，暗示豬腸道ILC3或調(diào)控性腺發(fā)育。
圖7-豬空腸中l(wèi)LC3s的分型研究
8.感染PEDV仔豬的空腸單細(xì)胞圖譜
?
英文標(biāo)題：Identification of Cell Types and Transcriptome Landscapes of Porcine Epidemic Diarrhea VirusInfected Porcine Small Intestine Using Single-Cell RNA Sequencing
發(fā)表期刊：The Journal of Immunology
發(fā)布時(shí)間：2023-02
DOI：10.4049/jimmunol.2101216
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，口服2ml PEDV-24h的3天大仔豬（n=1,4只豬樣本混合），口服對(duì)照液體-24h的3天大仔豬（n=1,4只豬樣本混合）
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 首次繪制感染PEDV（豬流行性腹瀉病毒）的仔豬小腸單細(xì)胞圖譜，使用人小腸細(xì)胞類型marker鑒定出12種細(xì)胞類型，發(fā)現(xiàn)豬小腸tuft細(xì)胞新特異性標(biāo)志基因DNAH11，結(jié)果表明多數(shù)人小腸特異性marker也可以用到豬研究中。此外，豬小腸Th17細(xì)胞（3和9簇）特異性高表達(dá)IL17A、IL7F和IL22，但不高表達(dá)T細(xì)胞代表性CD3，這可能與豬T細(xì)胞分化有關(guān)。
② 抗菌肽（AMP）相關(guān)基因分析結(jié)果顯示，僅DEFB115和REG3G在仔豬空腸部分的腸細(xì)胞中最為豐富，PEDV感染會(huì)導(dǎo)致REG3G顯著上調(diào)。REG3G表達(dá)與IL33、MyD88、STAT3等相關(guān)，在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)感染PEDV后IPEC-J2細(xì)胞IL33表達(dá)水平以及STAT3磷酸化水平顯著增加，表明IL33-STAT3信號(hào)通路可能在PEDV感染誘導(dǎo)的REG2G表達(dá)中起到重要作用。
③ 功能富集分析結(jié)果顯示，病毒感染導(dǎo)杯狀細(xì)胞、tuft細(xì)胞和腸內(nèi)分泌細(xì)胞中緊密連接和粘附連接通路水平顯著降低，體外實(shí)驗(yàn)確認(rèn)PEDV感染的IPEC-J2細(xì)胞中，緊密連接通路相關(guān)基因表達(dá)顯著降低，但感染晚期粘附連接通路相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)水平表達(dá)顯著增加，這可能是由于不同腸細(xì)胞類型對(duì)PEDV感染的不同響應(yīng)導(dǎo)致的。冠狀病毒受體分析結(jié)果表明，豬小腸上皮細(xì)胞高表達(dá)多種不同的冠狀面病毒受體，這一發(fā)現(xiàn)支持豬易受冠狀病毒感染并表現(xiàn)感染相關(guān)腸道癥狀。
圖8-豬小腸空腸段細(xì)胞類型的測(cè)定
同源器官比較
9.脊椎動(dòng)物肺單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Origin and stepwise evolution of vertebrate lungs
發(fā)表期刊：Nature ecology & evolution
影響因子：14.1
發(fā)布時(shí)間：2025-2
DOI：10.1038/s41559-025-02642-6
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序：
塞內(nèi)加爾多鰭魚，肺（n=2），腦/食管/鰓/心臟/腸/肌肉/胃（各器官，n=1）；
非洲肺魚，肺（n=2），腦/食管/鰓/心臟/腸/腎/肌肉/皮膚/胃（各器官，n=1）；
條紋斑竹鯊，壺腹/魚鰭/心臟/腸/胰腺/鰓/牙（各器官，n=3），腦/食管/腎（各器官，n=2），脾臟（n=6），眼睛（n=1）；雞肺，E6/E7/P3（各時(shí)期，n=1）；
非洲牛蛙肺（n=2）；鬃獅蜥肺（n=1）。
人/小鼠/大鼠/豬的肺數(shù)據(jù)使用已有的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)。
百邁客生物為塞內(nèi)加爾多鰭魚和非洲肺魚除肺以外的組織，提供了百創(chuàng)DG1000單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析9種動(dòng)物的成體/胚胎肺組織及其他組織，發(fā)現(xiàn)軟骨魚具有多個(gè)肺發(fā)育所必須得遺傳組分，包括肺特異性基因，但不同物種中這些基因的表達(dá)模式和功能可能有差異，表明軟骨魚距離擁有肺在“進(jìn)化上只差一步之遙”；軟骨魚食管和胃中，少量細(xì)胞共表達(dá)對(duì)呼吸脊椎動(dòng)物肺功能十分重要的sftpb和abca3基因，暗示頜類脊椎動(dòng)物最近共同祖先（LCA）經(jīng)歷顯著的演化變化，不僅發(fā)育出重要特征如頜和成對(duì)附件，還為肺最終出現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。
② 許多保守的非編碼組分（CNE）來(lái)源于頜類脊椎動(dòng)物祖先，暗示肺的遺傳基礎(chǔ)可能在脊椎動(dòng)物演化很早就出現(xiàn)，但無(wú)肺蠑螈中缺失的CNE與其促肺活性無(wú)關(guān)，表明這些組分可能還具有除肺發(fā)育以外的多種功能；硬骨魚祖先來(lái)源的CNE在無(wú)肺蠑螈表現(xiàn)出更高的丟失率，也反映出這些CNE具有顯著的肺功能特異性，強(qiáng)調(diào)了復(fù)雜器官起源中調(diào)控組分演化的重要性。這些證據(jù)暗示肺起源的兩個(gè)階段過(guò)程，最開始頜類脊椎動(dòng)物L(fēng)CA出現(xiàn)基礎(chǔ)的肺相關(guān)遺傳組分，隨后譜系演化出更特異性的肺增強(qiáng)子產(chǎn)生硬骨魚；功能完全的肺可能在軟骨魚和硬骨魚譜系分開后演化而來(lái)。
③ 全基因組復(fù)制對(duì)肺演化很重要，1866個(gè)肺相關(guān)直系同源基因中有776個(gè)是脊椎動(dòng)物兩輪全基因組復(fù)制（2R-WGD）的產(chǎn)物；哺乳動(dòng)物譜系特異的基因復(fù)制也十分重要，sfta2-/-小鼠表現(xiàn)出明顯的呼吸疾病，包括顯著的炎癥。
④ 研究成果支持了兩個(gè)關(guān)于復(fù)雜器官的前期假設(shè)。首先，肺進(jìn)化是一個(gè)逐步過(guò)程，與達(dá)爾文預(yù)測(cè)相一致，與眼睛和其他器官類似，肺演化似乎是隨時(shí)間逐漸發(fā)生的。其次，反映了Jacob定律，即演化類似“修補(bǔ)匠”，使用已有的遺傳基礎(chǔ)，包括招募、征用已經(jīng)存在的基因和調(diào)控組分?？傊?，這些結(jié)果表明調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的修改對(duì)肺的起源和演化是十分重要的，新基因或基因重復(fù)的出現(xiàn)提供了基礎(chǔ)材料，即使這些基因并不會(huì)立刻發(fā)揮作用。
10.野豬/萊蕪豬/杜洛克豬新生骨骼肌單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Single-Cell RNA-Sequencing Provides Insight into Skeletal Muscle Evolution during the Selection of Muscle Characteristics
發(fā)表期刊：Advanced Science
影響因子：14.3
發(fā)布時(shí)間：2023-10
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)繪制了野豬、萊蕪豬和杜洛克豬新生骨骼肌駐留細(xì)胞圖譜，鑒定出9種細(xì)胞類型，包括成肌細(xì)胞、肌細(xì)胞、衛(wèi)星細(xì)胞等，定義兩種新亞型，MT豐富FAP（?bro-adipogenic progenitors）以及肌細(xì)胞樣FAP。
② 與不同物種的胎兒和成體骨骼肌相比，豬新生骨骼肌細(xì)胞組成類型更豐富。例如，豬新生骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞不僅包含衛(wèi)星干細(xì)胞（PAX7+），還包括兩個(gè)有不同肌源性潛能的亞群（HES1+和TRIB1+衛(wèi)星細(xì)胞）；少有研究可解答骨骼肌中FAP的異質(zhì)性，但本研究發(fā)現(xiàn)4種FAP亞群。與人、小鼠骨骼肌數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)豬骨骼肌駐留細(xì)胞的通用marker和物種特異性的marker。
③ 豬新生骨骼肌中發(fā)現(xiàn)增殖分化活性狀態(tài)的干性樣細(xì)胞，如pro-NK/T、間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）、間質(zhì)細(xì)胞等，且MSC和FAP間存在一群具有典型標(biāo)志基因如CD73、CD90和PDGFRA的連續(xù)態(tài)細(xì)胞亞群。此外，擬時(shí)序分析揭示杜洛克豬新生骨骼肌中的成肌譜系干細(xì)胞處于初始階段，野豬的成肌譜系已處于分化末期和成熟期，萊蕪豬位于中間態(tài)。
④ 不同品種豬具有不同骨骼肌表型，它們骨骼肌駐留細(xì)胞譜系存在一定差異。與家豬相比，野豬缺少兩種FAP亞群，但存在THY1+衛(wèi)星細(xì)胞；發(fā)現(xiàn)品種特異性細(xì)胞類型，例如萊蕪豬具有COL13A1+ 腱細(xì)胞；與萊蕪豬和野豬相比，杜洛克豬新生肌肉中具有更多增殖的前體脂肪細(xì)胞，或意味杜洛克豬未來(lái)選育后可積累更高的IMF（肌內(nèi)脂肪）。
圖9-野豬、萊蕪豬和杜洛克豬骨骼肌細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄譜分析
11.人/小鼠/大鼠/豬胃竇跨物種比較單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Cross-species single-cell transcriptomic analysis of animal gastric antrum reveals intense porcine mucosal immunity
發(fā)表期刊：Cell Regeneration
發(fā)布時(shí)間：2023-08
DOI：10.1186/s13619-023-00171-w
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，人（n=4），小鼠（n=3），大鼠（n=3），豬（n=3）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)構(gòu)建人、豬、大鼠和小鼠的胃竇單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，鑒定出9種類型的細(xì)胞，包括小凹黏膜細(xì)胞、小凹祖細(xì)胞、基底腺粘液細(xì)胞等。絕大多數(shù)類型的細(xì)胞存在于兩個(gè)或者多個(gè)物種中，F(xiàn)3和CLCA1低表達(dá)水平的祖細(xì)胞僅在人類和豬的胃竇上皮中發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)F3的基底粘液腺細(xì)胞僅在豬胃竇上皮中發(fā)現(xiàn)，通路富集分析表明F3+細(xì)胞類群可能與細(xì)胞遷移、細(xì)胞增殖以及蛋白穩(wěn)定維持相關(guān)。
② 功能富集分析結(jié)果表明，人的胃竇上皮高表達(dá)金屬離子穩(wěn)態(tài)相關(guān)基因，豬的胃竇上皮高表達(dá)免疫相關(guān)基因，大鼠和小鼠的胃竇上皮高表達(dá)脂代謝相關(guān)基因，這種差異可能是由于飲食習(xí)慣導(dǎo)致的。豬胃竇上皮類器官bulk RNA-seq數(shù)據(jù)也確認(rèn)這一發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步的豬胃竇上皮細(xì)胞類器官體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TNFα能夠特異性地上調(diào)T細(xì)胞和B細(xì)胞活化相關(guān)基因，這些結(jié)果表明，正常生理狀態(tài)下豬胃竇上皮細(xì)胞具有強(qiáng)免疫能力，可能與其復(fù)雜飲食習(xí)慣和居住環(huán)境有關(guān)。
③ 進(jìn)一步分析人和豬胃竇中的免疫細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)人胃竇免疫細(xì)胞高表達(dá)B細(xì)胞/T細(xì)胞激活和功能相關(guān)基因，而豬胃竇顯著高表達(dá)B細(xì)胞/T細(xì)胞細(xì)胞增殖相關(guān)基因；細(xì)胞通訊分析結(jié)果顯示，人胃竇中上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞間高表達(dá)或特異性表達(dá)免疫細(xì)胞產(chǎn)生、成熟、維持和功能相關(guān)受配體對(duì)，而豬中主要是與上皮細(xì)胞生長(zhǎng)分化、抗炎癥和抗菌、免疫細(xì)胞增殖相關(guān)。
圖10-scRNA-seq分析揭示了人、豬大鼠和小鼠胃竇細(xì)胞組成及基因表達(dá)譜
基礎(chǔ)圖譜
12.豬器官全景單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Endothelial cell heterogeneity and microglia regulons revealed by a pig cell landscape at single-cell level
發(fā)表期刊：Nature Communications
影響因子：14.7
發(fā)布時(shí)間：2022-06
DOI：10.1038/s41467-022-31388-z
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，6個(gè)月大豬，肝（n=1），血液PBMC（n=1），視網(wǎng)膜（n=1），脾臟（n=1），腸道（n=1），肺（n=1），脂肪組織（n=2）。
單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組，6個(gè)月大豬，腦（n=9），視網(wǎng)膜（n=1)，腎臟（n=1），心臟（n=1），脾臟（n=1），肝臟（n=1），肺（n=1）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，構(gòu)建首個(gè)家豬多器官單細(xì)胞圖譜，得到234種降維聚類簇，鑒定出58種細(xì)胞類型及其相關(guān)的顯著富集標(biāo)志基因，搭建了可視化家豬單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)（Pig Single Cell Atlas Database）。
② 對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，鑒定出21種具有特異表達(dá)特征和功能的血管內(nèi)皮細(xì)胞類型，包括脂肪組織中依賴于TGF-b2信號(hào)通路內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化亞型；人/豬肝臟、腎臟和心臟組織中，內(nèi)皮細(xì)胞主要通過(guò)VEGF、PDGF，TGF-β和BMP通路與其他細(xì)胞類型互作，但不同細(xì)胞類型的互作通路有差異，例如豬內(nèi)皮細(xì)胞可與肝臟免疫細(xì)胞、心臟所有細(xì)胞細(xì)胞類型通過(guò)PDGF交流，但在腎臟中可通過(guò)PDGF通路與內(nèi)皮細(xì)胞交流的僅有足細(xì)胞?？傊?，這些結(jié)果表明家豬單細(xì)胞圖譜為研究豬或人組織中細(xì)胞間互作提供了有參考價(jià)值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
③ 對(duì)家豬、人、小鼠、猴、倉(cāng)鼠、栗鼠、鼴鼠等13個(gè)物種的大腦小膠質(zhì)細(xì)胞單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1590個(gè)保守的轉(zhuǎn)錄組因子（TF）靶向?qū)Γ渲蠱EF2C、SPI1、IRF8、ZFP36L1在13個(gè)物種的小膠質(zhì)細(xì)胞中均高表達(dá)，這些結(jié)果表明家豬單細(xì)胞圖譜為研究不同物種小膠質(zhì)細(xì)胞保守和差異的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)腦小膠質(zhì)細(xì)胞功能研究發(fā)展具有重要意義。
圖11-豬20種組織單細(xì)胞圖譜
從以上文章可以看到，豬相關(guān)研究除了養(yǎng)殖、繁育、品種優(yōu)化、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、表型性狀、遺傳演化等方面，生殖、發(fā)育、衰老、損傷與修復(fù)、異種移植、神經(jīng)學(xué)等方向研究成果也具有較高參考和轉(zhuǎn)化價(jià)值。未來(lái)，可能會(huì)出現(xiàn)豬睪丸、胚胎發(fā)育、心血管組織、腦組織、疾病模型、異種移植/同種異體移植、鼻嗅覺(jué)、舌味覺(jué)、免疫系統(tǒng)等方向的研究成果。
Ps：關(guān)注時(shí)空組學(xué)在豬領(lǐng)域研究請(qǐng)聯(lián)系當(dāng)?shù)貥I(yè)務(wù)經(jīng)理獲取原文~
1. Ge W, Niu YL, et al. Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs. Genome Biol. 2025 Jan 2;26(1):2.
2. Cole R. McCutcheon, et al. Defining Cellular Diversity at the Swine Maternal-Fetal Interface Using Spatial Transcriptomics and Organoids. bioRxiv. 2024.
3. Chen N, et al. Deciphering Cellular Heterogeneity and Communication Patterns in Porcine Antral Follicles by Single-Cell RNA Sequencing. Animals (Basel). 2023 Sep 26;13(19):3019.
4. Wang Y, et al. Integrating Single-Cell and Spatial Transcriptomics Reveals Heterogeneity of Early Pig Skin Development and a Subpopulation with Hair Placode Formation. Adv Sci (Weinh). 2024 May;11(20):e2306703.
5. Rao L, et al. Single-cell dynamics of liver development in postnatal pigs. Sci Bull (Beijing). 2023 Nov 15;68(21):2583-2597.
6. Cheung MD, et al. Spatiotemporal immune atlas of a clinical-grade gene-edited pig-to-human kidney xenotransplant. Nat Commun. 2024 Apr 11;15(1):3140.
7. Wang J, et al. Single-Cell Transcriptional Analysis of Lamina Propria Lymphocytes in the Jejunum Reveals Innate Lymphoid Cell-like Cells in Pigs. J Immunol. 2024 Jan 1;212(1):130-142.
8. Fan B, et al. Identification of Cell Types and Transcriptome Landscapes of Porcine Epidemic Diarrhea Virus-Infected Porcine Small Intestine Using Single-Cell RNA Sequencing. J Immunol. 2023 Feb 1;210(3):271-282.
9. Li, Y., et al. Origin and stepwise evolution of vertebrate lungs. Nat Ecol Evol (2025).
10. Xu D, et al. Single-Cell RNA-Sequencing Provides Insight into Skeletal Muscle Evolution during the Selection of Muscle Characteristics. Adv Sci (Weinh). 2023 Dec;10(35):e2305080.
11. Wang X, et al. Cross-species single-cell transcriptomic analysis of animal gastric antrum reveals intense porcine mucosal immunity. Cell Regen. 2023 Aug 1;12(1):27.
12. Wang F, et al. Endothelial cell heterogeneity and microglia regulons revealed by a pig cell landscape at single-cell level. Nat Commun. 2022 Jun 24;13(1):3620.
京公網(wǎng)安備 11011302003368號(hào)