概述
家猪是生物医学研究的理想动物模型，也是中国人类食用的大部分肉类。猪肌内脂肪含量与人类健康和疾病有关，并且对猪肉品质也至关重要。
本研究旨在探讨不同猪品种（Lantang猪和Landrace猪）在脂质代谢中的分子机制通过采用单细胞RNA测序、脂质组学和宏基因组学等多组学技术，对比分析了两个品种猪空肠、结肠、肝脏和背最长肌的组织驻留细胞类型的基因特征及脂肪代谢过程。研究发现，Landrace猪（瘦肉型）表现出更强的脂肪氧化和胆固醇逆向转运能力，而Lantang猪（肥肉型）则具有更强的脂肪积累潜力，尤其是在肌肉组织中。此外，肠道菌群在脂质代谢中起着关键作用，且不同猪品种的肠道菌群组成差异与脂肪代谢密切相关。研究增强了对脂质代谢细胞生物学的理解，并为改善动物生产和人类疾病开辟了新的途径。
技术路线
01、单细胞RNA测序（scRNA-seq）
通过对猪的空肠、结肠、肝脏和issimus dorsi（最长背肌）组织利用10×Genomics Chromium 3'平台进行单细胞转录组分析，共计获得了60,514个高质量的单细胞数据，分析获得40个细胞聚类。
02、脂质组学（lipidomics）
通过血清样本的脂质代谢物检测，揭示了不同品种猪在脂质代谢中的差异。尤其是在Lantang猪（肥肉型）和Landrace猪（瘦肉型）之间，脂质的代谢差异显著。
03、宏基因组学（metagenomics）
分析了猪肠道菌群的组成，发现了肠道菌群在脂肪代谢中的重要作用，并揭示了不同品种猪在肠道菌群组成上的差异。
研究结论
1.Landrace猪在脂肪吸收与氧化&Lantang猪在脂肪积累和肌肉组织脂肪生成的优势
通过应用单细胞RNA测序（scRNA-seq）和脂质组学（lipidomics）技术，研究者分析了Landrace猪不同组织的脂肪代谢情况。结果显示在Landrace猪的小肠上皮细胞中，脂肪酸转运相关基因如FABP1和FABP2的表达较高，显示其在脂肪吸收过程中发挥了关键作用。同时，在肝脏中，脂肪酸氧化相关基因的高表达，如ACOX1和ACADM，表明Landrace猪具有较强的脂肪酸β-氧化能力。表明Landrace猪在脂肪吸收与氧化方面的优势是其瘦肉特征的分子基础，这种特性有助于其高效代谢脂肪，维持较低的脂肪储存。
而在Lantang猪种的肌肉组织内，脂肪生成相关的前体细胞（如肌纤维成脂前体细胞FAPs）表现出较高的活性，推动了脂肪的积累。且包括较高的血清三酰甘油水平和较强的脂肪生成能力，表明Lantang猪的肥肉型特征与其较强的脂肪积累和脂肪生成潜力密切相关，尤其是在肌肉组织中的脂肪生成潜力更强。
图1.基于单细胞转录组图谱的猪肠道细胞转录组学和差异营养吸收偏好
2.肠道菌群在脂质代谢中的关键作用
通过宏基因组学分析技术发现不同猪品种的肠道菌群组成存在显著差异。Lantang猪和Landrace猪的肠道菌群在种类和丰度上有所不同，且这些差异与脂质代谢密切相关。在Lantang猪中，肠道菌群的变化促进了脂肪的积累，而Landrace猪的肠道菌群则倾向于促进脂肪的高效吸收和氧化。通过这种方式，肠道菌群不仅在能量获取和脂质代谢中起着重要作用，而且对不同猪品种的脂肪代谢特征产生了深远的影响。研究结论表明，肠道菌群在猪脂质代谢中的作用不可忽视，其通过影响脂肪吸收、转运和沉积过程，进一步强化了不同品种猪的脂肪代谢特征。
图2.猪小肠肠上皮细胞脂质消化和吸收所涉及的品种特异性差异
3.脂肪代谢、肠道吸收与脂肪代谢通路的品种特异性差异
研究通过结合单细胞RNA测序和KEGG通路分析，对比Lantang猪和Landrace猪的脂肪代谢过程，揭示了两者在脂肪酸代谢通路中的显著差异。发现Lantang猪的脂肪酸代谢路径主要集中在脂肪酸合成和三酰甘油积累，而Landrace猪则在脂肪酸氧化、胆固醇转运以及逆向胆固醇转运方面表现出优势。这些差异反映了两种猪在能量供应和脂肪储存方面的不同策略，Landrace猪倾向于通过更高效的脂肪酸氧化和胆固醇代谢来维持较低的脂肪储存，而Lantang猪则通过更强的脂肪生成和三酰甘油合成机制，促进脂肪的积累。进一步揭示了Lantang猪和Landrace猪在肠道脂肪代谢过程中的品种特异性，反映了它们在能量代谢和脂肪储存上的不同生理需求和适应策略，这与其肉质特性密切相关。
图3.猪大肠肠上皮细胞和Paneth细胞中涉及脂质代谢功能的品种特异性差异
4.肠道菌群的差异与脂肪代谢的关系
研究通过宏基因组学技术分析了Lantang猪和Landrace猪的肠道菌群，发现在Lantang猪的肠道菌群中，促脂肪积累的细菌种类（如某些Fusobacteria和Proteobacteria的细菌）较为丰富，这些细菌可能通过代谢产物（如短链脂肪酸）来促进脂肪的积累。而在Landrace猪中，肠道菌群更倾向于促进脂肪酸的高效吸收和脂肪酸氧化，相关细菌（如Firmicutes和Bacteroidetes）在肠道中的丰度较高。表明肠道菌群在脂肪代谢中发挥着重要作用，不同品种的肠道菌群差异不仅影响脂肪的吸收和积累，还通过与宿主的代谢相互作用，调节脂肪代谢的整体过程。
图4.LT和LW仔猪肠道微生物群和脂质组的组成、丰度和注释
5.肝脏中脂质代谢的品种特异性差异
通过单细胞RNA测序和脂质组学技术，研究者进一步探讨了Lantang猪和Landrace猪在肝脏中的脂质代谢差异。研究发现，在Lantang猪的肝脏中，脂肪生成相关基因如ACOX1、DGAT1的表达较高，表明Lantang猪在肝脏中更倾向于脂肪的积累和储存。而Landrace猪的肝脏中与脂肪酸氧化和胆固醇逆向转运相关的基因（如ABCA1、CYP7A1、LIPC）高度表达，这表明Landrace猪的肝脏在脂肪酸的β-氧化和胆固醇代谢中具有更强的功能。研究结论表明，肝脏在脂质代谢中的差异性调控反映了两种猪在脂肪储存与能量代谢上的适应性差异，Landrace猪通过更高效的脂肪酸氧化来维持较低的脂肪储存，而Lantang猪则通过增强脂肪生成机制来促进脂肪的积累。
图5.猪肝组织中与胆固醇代谢和胆汁分泌相关的基因的不同表达模式
6.猪最长背肌（Longissimus Dorsi Muscle）组织的scRNA-seq分析
通过单细胞RNA测序技术，研究者对猪的最长背肌进行了深入分析。识别到多个细胞群体，包括与肌肉生成、脂肪生成和成纤维细胞相关的细胞类型。其中，猪的背肌中存在大量肌纤维成脂前体细胞（FAPs），这些细胞具有较强的脂肪生成潜力，并在脂肪的积累过程中发挥关键作用。此外，研究还发现，Lantang猪和Landrace猪在背肌中脂肪积累的细胞特征也存在显著差异，前者表现出较高的脂肪生成能力，而后者则更倾向于进行脂肪的氧化和代谢。研究结论表明，背肌组织中的细胞群体结构和功能差异可能是造成不同猪品种在脂肪储存和代谢上的品种特异性差异的原因之一。
图6.细胞聚类与伪时序分析确定了猪肌肉组织的转录动力学
展望
基于本研究，未来可进一步深入研究不同猪品种在脂质代谢中的分子机制，尤其是通过整合单细胞RNA测序、脂质组学和宏基因组学等多组学技术，揭示脂肪代谢各个环节之间的复杂调控网络。其次，研究肠道菌群对脂质代谢的影响是一个重要的方向，作者认为可以进一步探讨不同品种猪肠道菌群的差异，以及这些差异如何调节脂肪吸收、代谢和储存过程。最后，鉴于猪在脂质代谢方面与人类的相似性，作者建议将来可拓展至物种比较研究，利用猪作为动物模型加深对人类脂质代谢疾病的理解，并为相关疾病的治疗提供新的思路。同时，还可进一步探索如何通过调控脂肪代谢来改善猪肉品质和提高动物生产效率。
参考文献：
Sun J,Xie F,Wang J,et al.Integrated meta-omics reveals the regulatory landscape involved in lipid metabolism between pig breeds.Microbiome.2024;12(1):33.Published 2024 Feb 20.doi:10.1186/s40168-023-01743-3
