长江江豚年龄相关血液转录组分析揭示免疫、代谢与发育关键基因的动态变化

本研究针对极危物种长江江豚，通过血液转录组测序技术，系统分析了不同年龄阶段（幼体、成年与老年）的基因表达差异。研究发现478、442和739个差异表达基因（DEGs），富集分析表明这些基因显著参与免疫缺陷、细胞因子互作、代谢和信号传导等通路，揭示了江豚随年龄增长出现的免疫功能变化与疾病易感性增加。该研究为理解江豚衰老机制、疾病防控与种群保护提供了重要分子依据。

　　

长江江豚（Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis）是我国特有的极危淡水豚类，仅分布于长江中下游及鄱阳湖、洞庭湖等毗连水域。受水利工程、采砂活动、航运交通等多重人为干扰，其种群数量急剧下降，2013年被世界自然保护联盟（IUCN）列为“极危”物种，2021年升级为国家一级保护野生动物。尽管2022年其种群数量出现23.4%的回升，但栖息地退化与人类活动威胁仍未解除。在这一背景下，深入研究江豚的生物学特性，尤其是与年龄相关的免疫变化，对制定科学保护策略、推动迁地保护与人工繁殖具有重要意义。

以往研究表明，血液可表达动物80%以上的功能基因，是研究生理状态、发育与衰老过程的理想样本。然而，受限于珍稀物种样本获取难度，针对江豚年龄相关分子标记与免疫功能的研究仍较为有限。为此，本研究团队利用RNA测序（RNA-Seq）技术，对13头不同年龄江豚的血液样本进行转录组分析，系统揭示年龄对基因表达、免疫功能与代谢通路的影响。该研究成果发表于《Comparative Immunology, Microbiology and Infectious Diseases》。

研究团队从湖北天鹅洲故道——目前最大的江豚迁地保护群体中，采集了13个血液样本，并根据体长和年龄估算方法将个体划分为三组：幼年组（1–6岁，n=6）、成年组（7–12岁，n=4）和老年组（≥13岁，n=3）。使用PAXgene Blood RNA Kit提取总RNA，经质量检测合格后，利用MGI-2000平台进行双端150 bp测序。原始数据经SOAPnuke过滤低质量与接头序列，获得高质量清洁读段（clean reads）后，使用HISAT2比对至江豚参考基因组，并通过RSEM软件以FPKM（Fragments Per Kilobase of transcript per Million mapped fragments）值量化基因表达水平。差异表达基因（DEGs）筛选采用DEseq2，标准为 |log2FoldChange| ≥ 1 且 q ≤ 0.001。基因功能注释与富集分析依托GO（Gene Ontology）与KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）数据库，趋势分析则通过STEM（Short Time-series Expression Miner）软件完成。

研究首先通过主成分分析（PCA）发现，三个年龄组可明显区分，但同一组内个体间存在表达差异，如成年组中T21F12样本表达模式更接近幼年组，提示同龄个体可能存在生理状态异质性。测序共获得455.56 M原始读段，过滤后得到444.82 M清洁读段，各样本Q20与Q30均高于98%与95%，唯一比对率平均达67.27%，数据质量可靠。

差异表达分析显示，幼年vs成年组、幼年vs老年组、成年vs老年组分别筛选出478、442与739个DEGs。 Venn图分析进一步揭示三组共有与特有基因。GO富集表明，DEGs主要参与免疫反应、B细胞受体信号通路、抗原结合与吞噬作用等生物学过程。KEGG通路分析显示，幼年vs成年组DEGs富集于原发性免疫缺陷、IgA生成肠道免疫网络、NF-κB信号通路等；幼年vs老年组显著富集于自身免疫疾病、病毒/细菌感染相关通路；成年vs老年组则主要与细胞因子-细胞因子受体互作及胆汁分泌相关。

趋势分析通过STEM将1638个DEGs划分为8种表达模式，其中Profile 1、2、4显著富集（p < 0.05）。Profile 1基因随年龄上升，富集于免疫球蛋白复合体、补体激活等GO条目，以及原发性免疫缺陷、钙信号通路等KEGG通路；Profile 2基因与阳离子结合、癌症微RNA等相关；Profile 4基因则与白细胞介素-1受体活性、细胞因子信号通路密切相关。

研究进一步挖掘了关键基因的表达模式。例如，CD79B（B细胞受体复合物成分）、JCHAIN（免疫球蛋白连接链）、ITGA8（整合素亚基）、RYR1（兰尼碱受体）、KITLG（干细胞因子配体）等在幼年至成年阶段下调，提示幼年江豚的B细胞功能、细胞粘附、肌肉收缩与造血发育相关基因更为活跃；而GPAT3（甘油-3-磷酸酰基转移酶）在成年组上调，可能与神经发育调控相关。在幼年vs老年组中，CCR7（趋化因子受体，参与T细胞迁移）、OASL（寡腺苷酸合成酶样蛋白，抗病毒应答）等基因下调，而CXCL8（白细胞介素8，炎症标志物）、LY96（淋巴细胞抗原96，先天免疫）、S100蛋白（炎症相关钙结合蛋白）等基因上调，表明老年江豚呈现炎症状态增强、抗病毒能力下降的特征。成年vs老年组中，IL18R1、IL18RAP、IL1R1、IL1R2、TNFSF8（肿瘤坏死因子超家族成员8）等促炎细胞因子受体基因显著上调，提示老年个体易患炎症性肠病（IBD）、狼疮或冠状动脉疾病。

研究结论表明，长江江豚随年龄增长呈现免疫系统功能的显著变化：从幼年至成年，先天免疫快速成熟；而至老年阶段，则出现免疫衰老（Immunosenescence），表现为适应性免疫增强、炎症反应上升、抗感染能力下降。代谢与发育相关基因（如PTGIS、GPX7、PLA2G4F等）的表达变化进一步提示脂质代谢与生长发育在幼年至成年阶段尤为活跃。STEM趋势分析佐证了这些年龄相关模式，并突出免疫、代谢与疾病通路的核心作用。

该研究首次系统揭示了长江江豚血液转录组随年龄的动态变化，为理解其免疫发育、衰老机制以及疾病风险提供了宝贵数据。结果提示，老年江豚可能更易罹患病毒、细菌感染、自身免疫病与癌症，这对其种群健康管理具有重要警示意义。未来需扩大样本量，并结合蛋白质组、代谢组等多组学数据，深入解析分子机制，为江豚的保护生物学与疾病防控策略提供理论支持。