《Theriogenology》：Single-cell Analysis Reveals the Metabolic Characteristics of Porcine Trophoblast Cells during Early Pregnancy
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单细胞代谢组学揭示妊娠早期猪胎盘滋养层细胞高活性氨基酸和鞘脂代谢特征及其与内皮细胞通讯机制。
邱宇浩|臧旭鹏|艾俊英|丁月|王永忠|顾婷|徐如海|蔡庚元|戴立和|洪林军
广东省岭南现代农业实验室，国家生猪与家禽育种产业重点实验室，国家生猪育种产业工程技术研究中心，广东省农业动物基因组学与分子育种重点实验室，华南农业大学动物科学学院，广州，510642，中国
摘要
胎盘是妊娠期间一个至关重要的临时器官，其正常发育对于妊娠的建立至关重要。猪的胎盘属于非侵入性上皮绒毛膜胎盘，着床期（妊娠第12-30天）是整个妊娠过程中的关键阶段，决定了妊娠的成功与否。在此期间，胎盘经历了强烈的细胞增殖和迁移过程，这些过程需要大量的能量支持。然而，胎盘在这一阶段的代谢特征仍然很大程度上未被探索。本研究整合了妊娠第16天、20天、24天和28天的猪胎盘单细胞数据，以阐明妊娠早期胎盘的代谢特征。研究结果表明，滋养层细胞是胎盘中最活跃的细胞类型之一。此外，滋养层细胞表现出高度活跃的氨基酸代谢和鞘脂代谢，不同的滋养层亚群具有不同的代谢特征。通过Cellchat和MEBOCOST分析发现，不同的滋养层亚群可能通过不同的代谢信号来调节其他滋养层亚群的正常功能。此外，还发现滋养层细胞与内皮细胞之间存在鞘氨醇-1-磷酸（S1P）介导的通讯。我们的分析为理解妊娠早期滋养层细胞代谢的动态变化提供了新的见解，并有助于从分子动态水平上理解滋养层细胞发育过程中的代谢机制。
引言
胎盘是哺乳动物中连接母体和胎儿的重要器官，具有输送营养物质、分泌激素以及调节防御和免疫等关键功能。在现代养猪业中，每年每头母猪产仔数的目标不断提高。胎盘的发育及其功能的完整性是确保胎儿正常生长发育的前提。
在猪的妊娠过程中，有两个高自然胚胎/胎儿丢失的关键时期，这严重影响了繁殖效率：第一个高峰出现在着床期（妊娠第12-30天），此时胚胎伸长并附着在子宫壁上，大约有20%-45%的胚胎在此阶段丢失[1]；第二个高峰出现在妊娠中期（妊娠第50-70天）[2]，由于胎儿的快速生长，大约有10%-15%的胎儿在附着位点发生空间竞争，导致相邻胎儿的发育停滞[3]，[4]。
值得注意的是，在着床期间，胎盘经历了大量的细胞增殖和迁移，这伴随着巨大的能量需求。这一时期的高胚胎丢失率（高达20%-45%）表明，ATP的供应不足可能是导致胚胎丢失的一个重要因素[5]。除了ATP外，葡萄糖、氨基酸和脂质也在胎盘的生长发育中起着重要作用：滋养外胚层可以通过糖酵解利用子宫腔中的葡萄糖来产生能量分子[6]；脂肪酸对胎盘血管化至关重要[7]，进而影响胎盘功能；饮食中补充精氨酸可以通过促进胎盘生长来改善妊娠结果[8]，所有这些都突显了能量代谢在胎盘发育中的核心作用。
相关研究的结果表明，在宫内生长受限（IUGR）的胎儿猪模型中，胎盘组织中与能量代谢和营养运输相关的蛋白质显著下调[9]，这表明胎盘代谢功能障碍可能导致能量供应不足和物质交换受损。作为关键器官，胎盘组织中核心代谢途径的异常活动或特定细胞亚型的代谢功能障碍可能导致胎盘发育异常和妊娠期间胎盘功能受损，从而增加胚胎丢失的风险。然而，目前仍缺乏关于妊娠期间猪胎盘代谢特征的单细胞分辨率分析，以及更精细的细胞亚群在能量代谢和其他关键途径中的功能分化研究。
单细胞RNA测序（scRNA-seq）是一种在单细胞水平上操作的高通量测序技术。它能够准确识别不同细胞亚型之间的异质性，并在基因水平上研究主要代谢途径的活性。在这项研究中，通过整合妊娠早期猪胎盘（P16、P20、P24和P28）的scRNA-seq数据集，我们研究了滋养层细胞在胎盘发育中的代谢重要性，表征了妊娠早期滋养层细胞的代谢特征，并识别了不同滋养层亚群之间以及滋养层细胞与内皮细胞之间的潜在信号模式。我们的发现有望为滋养层细胞的发育以及滋养层细胞与内皮细胞（ECs）之间的复杂相互作用提供新的见解。
数据收集与处理
妊娠第16天、20天、24天和28天的猪胎盘scRNA-seq数据来源于我们研究小组之前发表的数据集[10]。后续分析使用了R包Seurat（v4.4.0）[11]进行。随后对数据进行了严格的质量控制（QC），以去除低质量细胞。具体来说，排除了检测到的基因少于500个且线粒体基因表达百分比超过15%的细胞，仅保留了在更多细胞中表达的基因
单细胞数据揭示滋养层细胞的活跃代谢
我们利用scRNA-seq数据研究了胎盘的代谢情况，发现滋养层细胞在胎盘组织中表现出高代谢活性。利用妊娠早期猪胎盘数据和经典标记基因，共鉴定出七种细胞类型（图1A-B，图S1），即滋养层细胞、基质细胞（SC）、平滑肌细胞（SMC）、内皮细胞（EC）、免疫细胞（Imm）、红细胞（Ery）和内脏内胚层（VE）。
通过细胞周期分析，滋养层细胞在
讨论
在畜牧业中，由于胎盘在雌性动物妊娠期间的关键作用，对其进行了广泛的研究。滋养层细胞是胎盘的重要组成部分[24]。在胚胎着床期间，滋养层细胞的增殖和迁移进一步扩大了母体-胎儿的表面积，从而为胎儿提供足够的营养[33]。为了研究着床期间滋养层细胞的代谢特征，我们
CRediT作者贡献声明
邱宇浩：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，方法学，研究，数据管理。臧旭鹏：撰写 – 审稿与编辑，验证，软件应用，研究，数据管理。洪林军：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，方法学，资金获取，概念构思。王永忠：撰写 – 审稿与编辑，方法学，数据管理。艾俊英：撰写 – 原稿，验证，方法学。丁月：撰写 –
数据可用性声明
本研究中分析的scRNA-seq数据集来源于我们研究小组之前发表的数据集，这些数据集已在国家基因组数据中心（NGDC）的基因组序列档案（GSA）中公开，访问号为CRA014591。
资助
本研究得到了广东省重点领域研究与开发计划（2021B0707010007）、浙江省农业重大技术协作推广计划项目（2025ZDXT13-03）、金华市科学技术计划项目（2023-2-09）、中国博士后科学基金会（2024M760977）以及中国博士后科学基金会的博士后奖学金项目（B级）（GZB20250818）的支持。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
