关于猪在高海拔环境下胃肠道适应性变化的转录学研究

《Frontiers in Veterinary Science》：Transcriptional insights into gastrointestinal adaptations in pigs to high altitude

藏猪肠道及肌肉组织转录组分析揭示高海拔适应机制，发现免疫应答与脂代谢相关基因差异表达，并关联到肌肉中脂肪酸及氨基酸代谢特征。

　　
本研究聚焦于高海拔藏猪与低海拔黑猪肠道组织及骨骼肌的转录组差异，通过整合多组学数据揭示其代谢适应机制。首先，研究团队从同一海拔环境下饲养的藏猪（海拔3750米）和黑猪（海拔461米）中采集样本，涵盖胃、空肠、盲肠、结肠和直肠等五个肠道部位，以及三角肌等骨骼肌组织。所有样本均经过24小时空腹处理，确保代谢状态处于稳定状态。

在肠道转录组分析中，发现藏猪与黑猪在基因表达谱上存在显著差异。胃部差异最显著，检测到1394个差异表达基因（DEGs），这些基因主要涉及能量代谢相关通路，包括脂肪酸合成、氨基酸代谢等关键过程。值得注意的是，当比较相邻肠道组织（如胃与十二指肠、十二指肠与盲肠等）时，DEGs数量呈现递减趋势，表明肠道不同区域的功能趋同性增强。例如，盲肠与结肠之间仅检测到73个DEGs，提示后肠组织在功能调控上更为相似。

在免疫代谢方面，藏猪肠道组织普遍存在免疫相关基因的上调表达。例如，在十二指肠、盲肠、结肠和直肠中，免疫应答相关基因（如细胞因子受体、信号转导分子等）上调幅度达2-5倍。同时，脂肪代谢相关基因（如脂肪酸合成酶、载脂蛋白基因）在藏猪肠道中表达量显著高于黑猪，这与高海拔环境下能量需求增加的生理特征相符。通过功能富集分析发现，藏猪肠道中脂质代谢相关通路（如脂肪酸氧化、甘油磷脂合成）的基因富集度较黑猪高37.2%。

骨骼肌代谢研究揭示，藏猪三角肌中饱和脂肪酸（C20:1）和不饱和脂肪酸（C18:3n6）含量分别较黑猪高15.8%和12.3%。这些差异与肠道中调控脂质代谢的基因表达水平相关。例如，负责组蛋白修饰的SETD9基因在藏猪肠道中的表达量是黑猪的3.2倍，而该基因在骨骼肌中与C20:1合成呈正相关。此外，组氨酸合成酶HDC基因在藏猪肠道中的表达量较黑猪高41.7%，其与C20:1脂肪酸水平呈显著正相关（r=0.78，p<0.01）。

基因互作网络分析显示，藏猪肠道中存在以HUS1、RPSA为核心的代谢调控模块。HUS1基因在藏猪肠道中的表达量较黑猪高58.9%，该基因编码的蛋白参与脂肪酸代谢关键酶的调控。RPSA基因作为翻译起始因子，其表达量与肠道中脂肪酸合成酶活性呈正相关。值得注意的是，在盲肠和结肠中发现的HOX基因家族（如HOXA13、HOXC8等）表达量差异达2.3倍，这些基因通常与肠道形态发育相关，提示高海拔环境可能通过调控HOX基因表达影响肠道结构，进而优化营养吸收效率。

代谢组学分析发现，藏猪骨骼肌中富含C20:1和C18:3n6两种具有抗氧化特性的脂肪酸。C20:1脂肪酸的显著升高与藏猪肠道中HDC基因的高表达直接相关，该基因编码的组氨酸合成酶通过调控一氧化氮合酶活性影响脂肪酸代谢。而C18:3n6的富集则与SETD9基因的异常表达有关，该基因作为组蛋白甲基转移酶，可能通过调控脂肪酸合成关键酶（如FAS）的甲基化状态影响代谢路径选择。

在肠道-肌肉代谢轴研究中，发现18个基因（包括HDC、SETD9、HUS1等）在五个肠道部位的表达量与骨骼肌代谢物水平存在显著相关性。其中，HDC基因在胃部的表达量与肌肉中C20:1含量呈正相关（r=0.81），而SETD9基因在直肠的表达量与C18:3n6含量呈负相关（r=-0.79）。这种时空特异性表达模式提示，不同肠道组织可能通过分化调控的代谢基因网络影响肌肉营养物质的合成。

该研究首次系统揭示藏猪肠道代谢基因的时空分布特征，发现其肠道中存在独特的免疫-代谢协同调控网络。例如，在空肠和盲肠中，负责免疫球蛋白合成的基因（如IgG）与脂蛋白脂肪酶（LPL）基因形成共表达模块，这种跨系统的基因协同可能通过调节肠道菌群-宿主互作实现能量高效利用。此外，藏猪肠道中发现的异常甲基化基因（如DNMT3A）可能通过表观遗传调控影响脂肪酸合成酶的活性。

在应用层面，研究发现的DEGs中，有7个基因（如PLA2G2A、HUS1）已被证实与肉品品质相关。其中，HUS1基因敲除会导致肌肉中饱和脂肪酸含量下降23%，这与本研究中藏猪肌肉中C20:1含量显著升高的结果一致。基于此，研究者提出通过基因编辑技术调控HUS1等关键基因的表达，可能实现优质肉品性状的定向培育。

值得注意的是，在藏猪与黑猪的对比中，发现黑猪肠道中存在大量与糖酵解相关的基因（如LDHA、PFKM），而藏猪肠道中这些基因的表达量普遍低于黑猪，同时反刍酶相关基因（如MGL1）的表达量提升2.1倍。这种代谢路径的分化可能解释了藏猪在高海拔低氧环境下仍能保持正常生长的分子机制——通过抑制糖酵解过度活跃，促进脂肪氧化供能。

该研究在方法学上创新性地将肠道转录组与肌肉代谢组进行多维度关联分析。通过构建"肠道基因表达-代谢物浓度-肌肉组织特征"的三级调控模型，发现藏猪肠道中特有的免疫应答信号通路（如NF-κB）与肌肉中脂肪酸合成酶活性存在负向调节关系。这种跨组织的代谢调控网络为理解高原适应性动物提供了新的视角。

未来研究方向可聚焦于：（1）解析肠道菌群如何通过代谢物信号影响宿主基因表达；（2）建立基于肠道-肌肉代谢通路的优质肉品培育体系；（3）探索基因-表观修饰-代谢物的三维调控网络。这些研究将深化对高原适应性动物代谢调控机制的理解，并为肉质改良和疾病防控提供理论依据。