《The Journal of Nutritional Biochemistry》：Prenatal nutrition modulates hepatic long non-coding RNA regulatory elements in Nellore cattle offspring
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本研究探索了母体孕期营养策略对内洛尔牛后代肝脏长链非编码RNA（lncRNA）表达谱的长期影响。研究人员设置了三种营养干预方案，并在后代近两岁时采集肝脏样本进行RNA测序分析。结果发现，与仅补充矿物质的对照组（NP）相比，在妊娠后期补充蛋白质-能量（PP）引发了最显著的lncRNA表达变化，并鉴定出关键lncRNA TU7296，其调控网络涉及能量代谢和免疫功能相关基因。该研究为理解母体营养如何通过lncRNA介导的表观遗传机制，对后代肝脏功能产生长期编程效应提供了新见解。
“吃什么补什么”这句老话，如今在生命科学领域有了更深刻的含义。科学家们发现，生命早期的营养环境，尤其是母体孕期的营养状况，不仅影响胎儿和新生儿的健康，还可能对个体成年后的代谢、免疫乃至整体生理功能产生深远影响，这种现象被称为“发育编程”或“健康与疾病的发育起源”。在畜牧业中，这一现象直接影响着牲畜的生长性能、肉质和生产效率，具有重要的经济意义。然而，母体营养这种“早期印记”究竟是如何跨越漫长的时间，持续影响后代生理功能的？其背后的分子机制，特别是表观遗传调控机制，仍是科学界努力探索的谜题。其中，长链非编码RNA（long non-coding RNA， lncRNA）作为一类不编码蛋白质但具有重要调控功能的RNA分子，被认为是连接环境刺激与持久性基因表达改变的关键桥梁之一。为了揭示母体营养如何通过lncRNA调控后代的长期生理状态，一项发表于《The Journal of Nutritional Biochemistry》的研究，以内洛尔牛为模型，深入探究了不同孕期营养策略对后代近两岁时肝脏lncRNA表达谱的影响。
研究者采用了RNA测序（RNA-Seq）等关键技术方法。研究涉及126头怀孕内洛尔母牛，被分为三组接受不同营养干预：NP组（仅矿物质补充）、PP组（妊娠后期蛋白质-能量补充）和FP组（整个妊娠期蛋白质-能量补充）。其后代在约676日龄时被屠宰，从每组随机选取5头公牛采集肝脏样本用于总RNA提取和高通量测序。随后，利用FEELnc和CPC2软件鉴定新的lncRNA，使用DESeq2进行差异表达分析，并通过部分相关与信息理论（PCIT）、调控影响因子（RIF）分析构建共表达网络和识别关键调控因子，同时进行基因本体（GO）富集分析以明确相关的生物学过程。
3.1. 新型肝脏长链非编码RNA（lncRNA）的分类
研究人员在公牛肝脏中总共鉴定出3257个新型lncRNA。对这些lncRNA的特征分析显示，大多数（57.4%）为反义转录，71.9%为基因区lncRNA（与参考基因有重叠）。亚型分类中以嵌套型（42.2%）和重叠型（25.9%）为主。不同染色体上lncRNA的数量分布差异显著，18号和19号染色体上数量最多。
3.2. 主成分分析（PCA）和长链非编码RNA（lncRNAs）重叠
主成分分析显示，不同营养处理组（NP、PP、FP）的后代肝脏lncRNA表达谱没有形成完全独立的聚类，但PP组表现出最广泛的离散度。分析发现没有lncRNA是某个处理组所独有的，但在两两比较中，存在一些该对比特有的lncRNA。例如，FPxNP比较有7个特有lncRNA，PPxNP比较有2个，FPxPP比较有5个。
3.3. 差异表达的长链非编码RNA（DELs）
在所有三组对比中，共鉴定出17个差异表达的lncRNA。其中，PPxNP对比显示了最多的变化，有10个DELs（4个下调，6个上调）。FPxNP对比有6个DELs（3个下调，3个上调），而FPxPP对比仅有1个下调的lncRNA。值得注意的是，lncRNA TU30697、TU7735和TU51515在蛋白质-能量补充组（PP和FP）中相对于NP组持续上调；TU34503和TU34506则持续下调。通过基因组邻近性分析，还预测了部分DELs可能具有顺式调控作用的邻近基因，例如与TU7296邻近的RBM26基因，与TU222邻近的NSUN3基因等。
3.4. 共表达网络、调控机制以及与差异表达lncRNA（DELs）和基因（DEGs）相关的过表征基因本体（GO）术语
通过整合DELs和先前研究中鉴定出的差异表达基因，研究人员为FPxNP和PPxNP对比构建了共表达网络。在PPxNP对比中观察到了最显著的差异。网络分析显示，lncRNA TU7296是PP组网络中唯一具有显著调控影响因子（RIF1=2.15）的分子，表明它是一个关键的调控枢纽。在NP和PP两组中，TU7296对ACSM5和LOC519737等基因的调控方向完全相反。基因本体富集分析进一步揭示，PP组调控网络富集到的分子功能术语与肉碱转运和氧化还原酶活性相关，暗示了线粒体脂肪酸氧化和代谢效率的增强；而NP组仅富集到肌氨酸脱氢酶活性相关术语。
本研究得出结论，母体营养补充的时机对后代肝脏的lncRNA调控网络具有关键影响。妊娠后期补充蛋白质-能量（PP）产生了最显著的“营养表观遗传”效应，在PPxNP对比中发现了最多的差异表达lncRNA以及富集的分子功能。其中，lncRNA TU7296被确定为肝脏调控网络中的一个关键枢纽，它通过反式调控影响ACSM5（与中链脂肪酸活化有关）和LOC519737（与免疫补体系统相关）等基因的表达，并且其基因组位置邻近RNA结合蛋白基因RBM26，提示其也可能参与局部的顺式调控。TU7296的调控作用将能量代谢和免疫功能通路联系起来。相应的GO富集分析也表明，PP组后代的肝脏网络在肉碱转运和氧化还原酶活性方面功能增强，这指向了更高效的线粒体脂肪酸氧化和代谢状态。相比之下，整个孕期补充（FP）与后期补充（PP）的两组间lncRNA表达谱差异极小，说明补充时长并非决定因素，而补充发生的发育阶段（妊娠后期）更为重要。FPxNP对比虽然也显示出独特的调控模式（如TU30697对脂肪酸转运基因SLC22A5和氧化蛋白折叠基因ERO1B的不同调控），但未发现显著富集的生物学过程。
这项研究的意义在于，它首次在内洛尔牛中系统描绘了母体营养对后代肝脏lncRNA表达谱的长期影响，并鉴定出TU7296等关键调控分子。这为“发育编程”理论提供了来自lncRNA视角的新证据，深化了我们对母体营养如何通过表观遗传机制“编程”后代肝脏代谢和免疫功能的分子理解。从应用角度看，该研究提示优化母牛妊娠后期营养，可能通过影响特定的lncRNA调控通路，来改善后代肉牛的生长性能、代谢健康和肉品质，为通过营养策略精准调控牲畜生产性状提供了潜在的表观遗传学靶点，推动了功能基因组学在反刍动物管理中的应用。
