胎兒生長受限（IUGR），即胎兒生長未達(dá)到預(yù)期，是與肝功能降低及成年后慢性肝病風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)的一個(gè)因素。利用早期發(fā)育的可塑性來逆轉(zhuǎn)不良胎兒編程的結(jié)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(tuán)隊(duì)在醫(yī)學(xué)著名期刊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(yùn)用多組學(xué)技術(shù)（脂質(zhì)組+轉(zhuǎn)錄組+單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄），發(fā)現(xiàn)IUGR仔豬在肝損傷中存在性別差異。雌性豬能更好地適應(yīng)缺氧，而雄性豬則受損更嚴(yán)重。研究還發(fā)現(xiàn)，APOA4可能是雄性豬缺氧應(yīng)激下的保護(hù)因子，而PPARα的激活有助于減輕肝損傷。這項(xiàng)研究為理解IUGR期間性別特異性肝損傷反應(yīng)提供了重要見解，并為未來的治療策略提供了潛在靶點(diǎn)。

邁維代謝為本研究提供廣泛靶向脂質(zhì)組檢測服務(wù)。

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(xiǎn)，包括低出生體重（LBW）和胎兒生長受限（IUGR）。IUGR通常指胎兒體重低于正常范圍，與宮內(nèi)缺氧等妊娠障礙相關(guān)，全球范圍內(nèi)發(fā)生率較高。肝臟作為關(guān)鍵器官，在不良宮內(nèi)環(huán)境下會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能變化。由于肝臟在代謝和生長中扮演重要角色，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(xiàn)，但性別特異性干預(yù)了解有限。

本研究通過單細(xì)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IUGR情況。發(fā)現(xiàn)兩者在LBW引起的肝功能指標(biāo)變化上相似，為理解IUGR的肝臟影響提供了新見解。同時(shí)，單細(xì)胞RNA測序技術(shù)為肝病研究帶來了革命性進(jìn)展，有助于更深入地理解肝臟細(xì)胞多樣性和功能。

研究結(jié)果

1.生化特征和RNA-seq數(shù)據(jù)再分析確認(rèn)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高于雄性，而天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶/丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶比率較低。低出生體重（LBW）組中，兩性均表現(xiàn)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(shù)與人類新生兒相似，IUGR仔豬生長能力顯著降低，IGF-1水平降低，高密度脂蛋白膽固醇顯著上調(diào)，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(biāo)顯示IUGR雄性和雌性個(gè)體的肝臟、腎臟和肺部指標(biāo)有不同程度的升高。RNA-seq數(shù)據(jù)再分析表明，IUGR雄性個(gè)體的轉(zhuǎn)錄紊亂程度較大，有1074個(gè)差異表達(dá)基因，而雌性只有192個(gè)，進(jìn)一步驗(yàn)證顯示IUGR個(gè)體出生后一周EPO和GAPDH表達(dá)增加。

2.仔豬與人肝臟綜合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄譜的高同源性

研究通過單細(xì)胞RNA測序分析了正常和宮內(nèi)生長受限豬仔的肝臟，發(fā)現(xiàn)豬和人類肝臟的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和分子特征高度相似。研究識(shí)別出22個(gè)主要細(xì)胞群，并使用經(jīng)典標(biāo)志物驗(yàn)證了細(xì)胞類型。將豬和人類的單細(xì)胞數(shù)據(jù)整合后，發(fā)現(xiàn)兩者在免疫和非免疫細(xì)胞中的基因表達(dá)模式有顯著重疊，且調(diào)控細(xì)胞分化的轉(zhuǎn)錄因子一致。盡管不同時(shí)間點(diǎn)的人類肝臟數(shù)據(jù)中主要細(xì)胞類型比例不同，但細(xì)胞周期分布非常相似。結(jié)果表明，豬肝可以作為研究人類肝臟疾病的有效模型。

3.IUGR雄性和雌性表現(xiàn)出不同的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平

研究者通過UMAP圖分析了宮內(nèi)生長受限（IUGR）對雌性和雄性個(gè)體不同細(xì)胞類型的影響。結(jié)果顯示，IUGR雌性和雄性個(gè)體的紅系細(xì)胞顯著增加，表明發(fā)育延遲。在IUGR雌性中，NK/NKT細(xì)胞、T細(xì)胞和單核細(xì)胞發(fā)生顯著變化，差異表達(dá)基因（DEGs）與免疫反應(yīng)和炎癥相關(guān)。相反，在IUGR雄性中，Kupffer細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和肝細(xì)胞受到顯著影響，差異表達(dá)基因與巨噬細(xì)胞活化、慢性炎癥和血管發(fā)育受損相關(guān)。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了IUGR引起的性別特異性細(xì)胞和功能變化。

4.雌性動(dòng)物表現(xiàn)出高級(jí)免疫適應(yīng)性以減輕IUGR引起的肝損傷

CellChat分析發(fā)現(xiàn)，IUGR雌性淋巴細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞之間的相互作用很強(qiáng)，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(xì)胞活化對淋巴細(xì)胞分化有影響。在IUGR雌性中觀察到生長因子（HGF、VEGF、FGF、PTN、EGF）的信息流較高，肝臟HGF蛋白表達(dá)和血清E2含量升高。盧萬聚類分析確定了不同的T細(xì)胞亞群，其發(fā)育分化軌跡是從幼稚T細(xì)胞到Treg T細(xì)胞。Monocle軌跡分析證實(shí)了這一途徑，特定的基因表達(dá)模式標(biāo)志著分化階段。在IUGR雌性中檢測到與免疫耐受相關(guān)的Treg細(xì)胞比例較高，這表明肝臟組織向免疫耐受過渡，以減輕產(chǎn)后IUGR誘發(fā)的肝臟炎癥。

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

通過單細(xì)胞RNA測序和流式細(xì)胞術(shù)驗(yàn)證了IUGR雄性中T細(xì)胞減少和庫普弗細(xì)胞增加的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)IUGR雄性的肝臟組織中免疫細(xì)胞與非免疫細(xì)胞之間的信號(hào)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(xì)胞的招募和炎癥反應(yīng)有關(guān)。進(jìn)一步分析表明，IUGR雄性的庫普弗細(xì)胞數(shù)量顯著增加，并處于炎癥狀態(tài)，這與TNFα通過NFκB信號(hào)傳導(dǎo)和甘油脂代謝有關(guān)。研究還表明，庫普弗細(xì)胞中存在三個(gè)亞型：炎癥型、非炎癥型和增殖型，并發(fā)現(xiàn)IUGR雄性的炎癥型庫普弗細(xì)胞比例較高，表明這些細(xì)胞在炎癥反應(yīng)中起重要作用。

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

在研究IUGR（宮內(nèi)生長受限）對雄性肝臟非免疫細(xì)胞的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)炎癥環(huán)境破壞了這些細(xì)胞亞群之間的通信網(wǎng)絡(luò)。通過Louvain聚類分析，識(shí)別出包括七種內(nèi)皮細(xì)胞、四種成纖維細(xì)胞、兩種肝細(xì)胞和膽管細(xì)胞在內(nèi)的14個(gè)細(xì)胞簇。研究顯示，IUGR雄性個(gè)體中，炎癥相關(guān)信號(hào)顯著上調(diào)，而上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞的通信則下調(diào)。此外，IUGR雄性個(gè)體中，抗炎因子（如IL-10和CSF）、生長調(diào)節(jié)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(hào)（如IL-6、TNF-α和MIF）被激活。IUGR導(dǎo)致雄性個(gè)體的肝臟再生依賴的WNT2和HGF表達(dá)顯著減少，表明IUGR引起的炎癥顯著擾亂了肝臟非免疫細(xì)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(xiàn)，胎兒生長受限（IUGR）雄性小鼠比雌性小鼠在肝臟中表現(xiàn)出更顯著的甘油三酯（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)積累和線粒體退化顯著。具體表現(xiàn)為肝細(xì)胞損傷、ATP代謝過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(yùn)輸和清除。此外，IUGR雄性小鼠肝臟中APOA4基因表達(dá)顯著上調(diào)，可能與肝損傷和炎癥反應(yīng)有關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)表明，缺氧誘導(dǎo)的肝損傷促進(jìn)了巨噬細(xì)胞向M1型分化，增加了炎癥因子和轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，表明代謝紊亂和炎癥反應(yīng)之間存在密切聯(lián)系。

8.APOA4通過介導(dǎo)PPAR信號(hào)通路來調(diào)節(jié)TG沉積

研究表明，APOA4在肝細(xì)胞中的過表達(dá)可能通過調(diào)節(jié)PPAR信號(hào)通路，在緩解缺氧誘導(dǎo)的肝細(xì)胞損傷中發(fā)揮重要作用。通過使用CRISPR-Cas9技術(shù)生成APOA4特異性敲除的HepG2細(xì)胞系，研究發(fā)現(xiàn)，APOA4的缺失顯著加速了缺氧條件下肝細(xì)胞內(nèi)甘油三酯（TG）的沉積。RNA-seq和基因表達(dá)分析顯示，APOA4的缺失導(dǎo)致了PPAR信號(hào)通路的持續(xù)紊亂，影響了脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達(dá)，包括脂肪分解、合成和運(yùn)輸途徑，表明APOA4可能通過這些途徑保護(hù)肝臟免受缺氧引起的脂質(zhì)紊亂的影響。

9.調(diào)節(jié)PPAR信號(hào)通路可修復(fù)IUGR誘導(dǎo)的肝損傷

IUGR（宮內(nèi)生長遲緩）雄性小豬仔口服ICA（20 mg kg?1 BW）每天，從第7天到第28天，顯著改善了生長表現(xiàn)，并提高了血清中的IGF-1水平。ICA作為PPAR的激動(dòng)劑，通過調(diào)節(jié)PPAR信號(hào)通路，有效降低了肝臟TG含量，減輕了肝損傷和炎癥反應(yīng)，同時(shí)顯著下調(diào)了APOA4的表達(dá)，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(biāo)志物的重要性。

研究結(jié)論

綜上，本研究通過單細(xì)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(yīng)。與IUGR雌性不同，雄性在面對肝損傷時(shí)無法適應(yīng)性調(diào)節(jié)炎癥，因此早期干預(yù)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(yù)應(yīng)集中于增強(qiáng)脂質(zhì)代謝，這是減輕過度炎癥、從而減少更嚴(yán)重肝損傷的前提。本研究結(jié)果可能為開發(fā)針對IUGR引起的性別特異性早期干預(yù)策略提供有用參考。

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