Adv Sci | 喜訊！浙江大學(xué)汪海峰團隊發(fā)現IUGR仔豬在肝損傷中存在性別差異

胎兒生長(cháng)受限（IUGR），即胎兒生長(cháng)未達到預期，是與肝功能降低及成年后慢性肝病風(fēng)險增加相關(guān)的一個(gè)因素。利用早期發(fā)育的可塑性來(lái)逆轉不良胎兒編程的結果仍是一個(gè)未被探索的領(lǐng)域。

2024年6月13日，浙江大學(xué)的汪海峰研究員團隊在醫學(xué)著(zhù)名期刊Advanced Science雜志上發(fā)表了題為“Sexually Dimorphic Response to Hepatic Injury in NewbornSuffering from Intrauterine Growth Restriction”的研究論文。本研究運用多組學(xué)技術(shù)（脂質(zhì)組+轉錄組+單細胞轉錄），發(fā)現IUGR仔豬在肝損傷中存在性別差異。雌性豬能更好地適應缺氧，而雄性豬則受損更嚴重。研究還發(fā)現，APOA4可能是雄性豬缺氧應激下的保護因子，而PPARα的激活有助于減輕肝損傷。這項研究為理解IUGR期間性別特異性肝損傷反應提供了重要見(jiàn)解，并為未來(lái)的治療策略提供了潛在靶點(diǎn)。

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研究背景

“健康與疾病的發(fā)育起源”理論指出，妊娠期間的不良事件和產(chǎn)后早期環(huán)境會(huì )影響胎兒，增加成年后慢性疾病的風(fēng)險，包括低出生體重（LBW）和胎兒生長(cháng)受限（IUGR）。IUGR通常指胎兒體重低于正常范圍，與宮內缺氧等妊娠障礙相關(guān)，全球范圍內發(fā)生率較高。肝臟作為關(guān)鍵器官，在不良宮內環(huán)境下會(huì )發(fā)生結構和功能變化。由于肝臟在代謝和生長(cháng)中扮演重要角色，研究其在IUGR中的變化至關(guān)重要。此外，性別差異在肝臟代謝和IUGR中顯現，但性別特異性干預了解有限。

本研究通過(guò)單細胞RNA測序技術(shù)，對比了正常出生體重（NBW）和IUGR仔豬的肝臟樣本，以豬為模型，模擬人類(lèi)IUGR情況。發(fā)現兩者在LBW引起的肝功能指標變化上相似，為理解IUGR的肝臟影響提供了新見(jiàn)解。同時(shí)，單細胞RNA測序技術(shù)為肝病研究帶來(lái)了革命性進(jìn)展，有助于更深入地理解肝臟細胞多樣性和功能。

研究結果

1.生化特征和RNA-seq數據再分析確認了IUGR雄性個(gè)體的肝損傷

新生兒生化特征和出生體重分析顯示，雌性新生兒總蛋白和白蛋白水平顯著(zhù)高于雄性，而天冬氨酸氨基轉移酶/丙氨酸氨基轉移酶比率較低。低出生體重（LBW）組中，兩性均表現出較低的總蛋白和白蛋白水平，但僅在雄性中，堿性磷酸酶和AST/ALT比率增加，球蛋白和膽堿酯酶水平降低。NBW和IUGR仔豬的血清參數與人類(lèi)新生兒相似，IUGR仔豬生長(cháng)能力顯著(zhù)降低，IGF-1水平降低，高密度脂蛋白膽固醇顯著(zhù)上調，而甘油三酯水平在雄性和雌性IUGR個(gè)體中變化不同。器官指標顯示IUGR雄性和雌性個(gè)體的肝臟、腎臟和肺部指標有不同程度的升高。RNA-seq數據再分析表明，IUGR雄性個(gè)體的轉錄紊亂程度較大，有1074個(gè)差異表達基因，而雌性只有192個(gè)，進(jìn)一步驗證顯示IUGR個(gè)體出生后一周EPO和GAPDH表達增加。

2.仔豬與人肝臟綜合單細胞轉錄譜的高同源性

研究通過(guò)單細胞RNA測序分析了正常和宮內生長(cháng)受限豬仔的肝臟，發(fā)現豬和人類(lèi)肝臟的細胞結構和分子特征高度相似。研究識別出22個(gè)主要細胞群，并使用經(jīng)典標志物驗證了細胞類(lèi)型。將豬和人類(lèi)的單細胞數據整合后，發(fā)現兩者在免疫和非免疫細胞中的基因表達模式有顯著(zhù)重疊，且調控細胞分化的轉錄因子一致。盡管不同時(shí)間點(diǎn)的人類(lèi)肝臟數據中主要細胞類(lèi)型比例不同，但細胞周期分布非常相似。結果表明，豬肝可以作為研究人類(lèi)肝臟疾病的有效模型。

3.IUGR雄性和雌性表現出不同的細胞轉錄水平

研究者通過(guò)UMAP圖分析了宮內生長(cháng)受限（IUGR）對雌性和雄性個(gè)體不同細胞類(lèi)型的影響。結果顯示，IUGR雌性和雄性個(gè)體的紅系細胞顯著(zhù)增加，表明發(fā)育延遲。在IUGR雌性中，NK/NKT細胞、T細胞和單核細胞發(fā)生顯著(zhù)變化，差異表達基因（DEGs）與免疫反應和炎癥相關(guān)。相反，在IUGR雄性中，Kupffer細胞、內皮細胞和肝細胞受到顯著(zhù)影響，差異表達基因與巨噬細胞活化、慢性炎癥和血管發(fā)育受損相關(guān)。這些結果強調了IUGR引起的性別特異性細胞和功能變化。

4.雌性動(dòng)物表現出高級免疫適應性以減輕IUGR引起的肝損傷

CellChat分析發(fā)現，IUGR雌性淋巴細胞、成纖維細胞和內皮細胞之間的相互作用很強，PTN-NCL和CXCL2-CXCR4等關(guān)鍵配體-受體相互作用的活性增加，表明成纖維細胞活化對淋巴細胞分化有影響。在IUGR雌性中觀(guān)察到生長(cháng)因子（HGF、VEGF、FGF、PTN、EGF）的信息流較高，肝臟HGF蛋白表達和血清E2含量升高。盧萬(wàn)聚類(lèi)分析確定了不同的T細胞亞群，其發(fā)育分化軌跡是從幼稚T細胞到Treg T細胞。Monocle軌跡分析證實(shí)了這一途徑，特定的基因表達模式標志著(zhù)分化階段。在IUGR雌性中檢測到與免疫耐受相關(guān)的Treg細胞比例較高，這表明肝臟組織向免疫耐受過(guò)渡，以減輕產(chǎn)后IUGR誘發(fā)的肝臟炎癥。

5.雄性在宮內發(fā)育受限導致的肝損傷中招募更多庫普弗細胞并引發(fā)炎癥

通過(guò)單細胞RNA測序和流式細胞術(shù)驗證了IUGR雄性中T細胞減少和庫普弗細胞增加的現象。研究發(fā)現IUGR雄性的肝臟組織中免疫細胞與非免疫細胞之間的信號交流減弱，并激活了重要的配體-受體對，如PTPRC和MRC1，后者與庫普弗細胞的招募和炎癥反應有關(guān)。進(jìn)一步分析表明，IUGR雄性的庫普弗細胞數量顯著(zhù)增加，并處于炎癥狀態(tài)，這與TNFα通過(guò)NFκB信號傳導和甘油脂代謝有關(guān)。研究還表明，庫普弗細胞中存在三個(gè)亞型：炎癥型、非炎癥型和增殖型，并發(fā)現IUGR雄性的炎癥型庫普弗細胞比例較高，表明這些細胞在炎癥反應中起重要作用。

6.炎癥環(huán)境破壞了IUGR男性肝臟非免疫細胞亞群間的通信網(wǎng)絡(luò )

在研究IUGR（宮內生長(cháng)受限）對雄性肝臟非免疫細胞的影響時(shí)，發(fā)現炎癥環(huán)境破壞了這些細胞亞群之間的通信網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)Louvain聚類(lèi)分析，識別出包括七種內皮細胞、四種成纖維細胞、兩種肝細胞和膽管細胞在內的14個(gè)細胞簇。研究顯示，IUGR雄性個(gè)體中，炎癥相關(guān)信號顯著(zhù)上調，而上皮細胞、內皮細胞和間充質(zhì)細胞的通信則下調。此外，IUGR雄性個(gè)體中，抗炎因子（如IL-10和CSF）、生長(cháng)調節因子（如IGF、BMP和TGF-β）和促進(jìn)肝再生的因子（如WNT和HGF）的活性較低，但促炎信號（如IL-6、TNF-α和MIF）被激活。IUGR導致雄性個(gè)體的肝臟再生依賴(lài)的WNT2和HGF表達顯著(zhù)減少，表明IUGR引起的炎癥顯著(zhù)擾亂了肝臟非免疫細胞的通信網(wǎng)絡(luò )。

7.由肝功能障礙引起的TG沉積是加劇炎癥的必要因素

研究發(fā)現，胎兒生長(cháng)受限（IUGR）雄性小鼠比雌性小鼠在肝臟中表現出更顯著(zhù)的甘油三酯（TG）積累和肝損傷。肝臟組織學(xué)分析和脂質(zhì)代謝組學(xué)顯示，IUGR雄性小鼠的肝臟中脂質(zhì)代謝紊亂，脂質(zhì)積累和線(xiàn)粒體退化顯著(zhù)。具體表現為肝細胞損傷、ATP代謝過(guò)程改變和胰島素抵抗。IUGR雄性小鼠的極低密度脂蛋白（VLDL）水平降低，影響了肝臟TG的運輸和清除。此外，IUGR雄性小鼠肝臟中APOA4基因表達顯著(zhù)上調，可能與肝損傷和炎癥反應有關(guān)。體外實(shí)驗表明，缺氧誘導的肝損傷促進(jìn)了巨噬細胞向M1型分化，增加了炎癥因子和轉錄因子的表達，表明代謝紊亂和炎癥反應之間存在密切聯(lián)系。

8.APOA4通過(guò)介導PPAR信號通路來(lái)調節TG沉積

研究表明，APOA4在肝細胞中的過(guò)表達可能通過(guò)調節PPAR信號通路，在緩解缺氧誘導的肝細胞損傷中發(fā)揮重要作用。通過(guò)使用CRISPR-Cas9技術(shù)生成APOA4特異性敲除的HepG2細胞系，研究發(fā)現，APOA4的缺失顯著(zhù)加速了缺氧條件下肝細胞內甘油三酯（TG）的沉積。RNA-seq和基因表達分析顯示，APOA4的缺失導致了PPAR信號通路的持續紊亂，影響了脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達，包括脂肪分解、合成和運輸途徑，表明APOA4可能通過(guò)這些途徑保護肝臟免受缺氧引起的脂質(zhì)紊亂的影響。

9.調節PPAR信號通路可修復IUGR誘導的肝損傷

IUGR（宮內生長(cháng)遲緩）雄性小豬仔口服ICA（20 mg kg?1 BW）每天，從第7天到第28天，顯著(zhù)改善了生長(cháng)表現，并提高了血清中的IGF-1水平。ICA作為PPAR的激動(dòng)劑，通過(guò)調節PPAR信號通路，有效降低了肝臟TG含量，減輕了肝損傷和炎癥反應，同時(shí)顯著(zhù)下調了APOA4的表達，表明其在減輕IUGR引起的肝損傷中的潛在治療作用和作為生物標志物的重要性。

研究結論

綜上，本研究通過(guò)單細胞RNA測序進(jìn)一步解析了出生后一周經(jīng)歷IUGR的肝臟的性別相關(guān)反應。與IUGR雌性不同，雄性在面對肝損傷時(shí)無(wú)法適應性調節炎癥，因此早期干預對于減輕雄性IUGR個(gè)體成年后肝臟的脆弱性和敏感性至關(guān)重要。這些干預應集中于增強脂質(zhì)代謝，這是減輕過(guò)度炎癥、從而減少更嚴重肝損傷的前提。本研究結果可能為開(kāi)發(fā)針對IUGR引起的性別特異性早期干預策略提供有用參考。

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