农大新闻

近日，江西农业大学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国际知名学术期刊《SCIENCE CHINA Life Sciences》（影响因子9.5）发表了题为“Single-nucleus transcriptome profiling of wild boar and domestic pig intestines reveals the spatiotemporal dynamics of immunity and nutrient absorption”的重要研究成果。该研究综合应用单核转录组、空间转录组、代谢组和免疫荧光等技术手段，系统揭示了家猪与野猪肠道在免疫与营养吸收方面的时空动态特征，并阐明了驯化对猪肠道免疫功能和营养吸收的影响及其作用机制。该成果为深入理解猪肠道的生物学特性与功能多样性提供了新的细胞和分子层面见解。我校肖燕园博士后（兼第一作者），黄路生院士为通讯作者，博士研究生邹霄霄为共同第一作者，杨斌研究员在工作中给予了重要支持。

研究背景：

猪是重要的农业经济动物，其肠道不仅是主要的消化器官，也是最大的免疫器官，在营养吸收、健康维持以及抵御病原微生物入侵等方面发挥着关键作用。家猪是通过长期人工选择从野猪驯化而来，是人类最早驯化的家畜之一，其驯化历史可追溯至约9,000—10,500年前。长期的人工选择和管理，使家猪在形态、生长性能和行为上与野猪显著不同。野猪主要生活在森林和灌木丛中，独居且具攻击性，依赖多样化的天然食物，如根茎、坚果和昆虫，其肠道需要适应复杂多变的饮食结构和病原挑战。而家猪在驯化过程中逐渐适应圈养和标准化饲料，生活环境稳定，食物单一，环境压力相对较低。这种生活方式和饮食组成上的根本差异，很可能导致家猪与野猪在肠道细胞组成、免疫功能和代谢适应方面出现明显分化。此外，猪在出生后会经历断奶前、断奶后、生长高峰期和成年等关键发育阶段，其肠道细胞组成和功能也随之持续动态变化。然而，目前关于家猪与野猪在不同发育阶段肠道特征的系统性研究仍然有限，尤其缺乏基于单细胞分辨率的深入认知。

主要创新：

(1) 构建了迄今为止最全面系统的猪肠道单核转录组图谱

研究团队对来自断奶前（出生后30天）、断奶后（出生后42天）、生长高峰（出生后150天）和成年阶段（出生后730天）的野猪及家猪（大白猪和巴马香猪）回肠与盲肠进行了单核转录组测序。研究系统鉴定出19种主要细胞类型和58种细胞亚型，并首次报道了一些先前未表征的稀有细胞亚型，绘制出迄今最全面、最系统的猪肠道单核转录组图谱，为揭示猪肠道的细胞组成与功能提供了重要参考。

(2) 系统揭示了驯化对猪肠道免疫与营养吸收的影响及其分子机制

比较分析表明，相比家猪，野猪肠道具有更强的免疫功能，尤其是由浆细胞介导的体液免疫。研究显示，野猪肠道中多种免疫相关基因显著上调，免疫细胞比例普遍高于家猪，其中浆细胞比例约为家猪的两倍，并且参与体液免疫相关的基因在野猪浆细胞中明显增强。进一步分析发现，野猪的B细胞更易分化为浆细胞，而这一过程受到关键基因XBP1和SDC1的调控。结合肠道代谢组数据，研究团队揭示短链脂肪酸（丙酸和乙酸）通过诱导B细胞中XBP1和SDC1的表达，促进其向浆细胞分化，从而增加浆细胞比例并增强体液免疫相关基因的表达，为野猪更强的免疫功能提供了分子基础。

此外，研究团队还发现，野猪肠道在营养吸收方面同样表现出明显优势。对负责营养吸收的肠细胞分析发现，野猪体内一些关键基因更活跃，这些基因参与有机酸转运及调节细胞对营养水平的响应。通过基因调控网络分析，进一步鉴定出转录因子NR1H4和FOXO1在野猪肠细胞中显著高表达，并调控这些关键营养吸收基因的表达。免疫荧光实验结果进一步支持了这一发现。这一系列发现揭示了野猪高效营养吸收的分子基础，为未来提升家猪营养利用效率提供了科学依据。

图1 家猪与野猪肠道免疫和营养吸收的细胞与分子差异及野猪肠道细胞的发育特征

(3)系统揭示了出生后野猪肠道的发育动态与特征

发育是一个复杂而动态的过程，涉及多种细胞类型及其分子机制的精细调控。研究鉴定了野猪出生后肠道发育过程中持续变化的基因及相关功能通路，其中包括多种与炎症性肠病和囊性纤维化相关的风险基因。研究结果显示，随着发育推进，肠道的消化吸收功能和T细胞介导的免疫能力逐步增强，不同细胞类型呈现出特异性的发育模式，其中浆细胞的变化最为显著。该成果为深入理解肠道发育规律与功能调控提供了新的视角。

(4) 揭示了回肠与盲肠细胞的高度异质性，并阐明了回肠神经元调控炎症反应的机制

回肠和盲肠分别作为小肠和大肠的主要代表，研究发现，两者在细胞组成和基因表达上存在显著差异，其中回肠细胞免疫相关基因表达更高。回肠神经元高表达调控炎症反应的基因，显示其在炎症调控中的重要功能。进一步的细胞间通讯分析表明，回肠神经元通过NAMPT-INSR配体-受体对与树突状细胞和淋巴内皮细胞进行信号交流，从而调控炎症反应。空间转录组分析进一步验证了这些细胞间的相互作用，为深入理解小肠和大肠在免疫功能上的差异提供了新见解。

图2 回肠神经元通过NAMPT-INSR与树突状细胞和淋巴内皮细胞互作来调控炎症反应

(5)揭示了人和猪肠道中高度保守的细胞类型和基因

通过对人和猪肠道的比较分析，发现两者在细胞类型和特异性基因方面高度保守，其中涵盖关键转录因子及多种与炎症性肠病相关的风险基因，进一步凸显了猪在医学研究中的独特价值。

研究意义：

这项研究首次绘制了不同发育阶段野猪与家猪肠道的单核转录组图谱，系统揭示了猪肠道的细胞组成、分子特征及其发育动态。该成果不仅为解析驯化对猪肠道免疫和营养吸收的影响及其分子机制提供了新见解，也为提高家猪饲料利用效率，尤其是青绿饲料利用，推动健康养殖发展提供了重要参考。