ACSS1在乳腺发育与泌乳中的核心作用：基于基因共表达网络分析的关键调控机制与功能验证

《BMC Genomics》：The key role of acss1 in mammary gland development and lactation: a study based on gene co-expression network analysis

本研究通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）和KEGG通路分析，揭示了乙酰辅酶A合成酶短链家族成员1（ACSS1）作为乳腺泌乳分化的关键调控因子。实验验证表明ACSS1通过调控三酰甘油（TAG）分泌和乳源性分化影响泌乳效率，为改善哺乳期乳腺功能提供了潜在治疗靶点。

　　

背景

哺乳期乳腺腺体在子代营养供给中发挥核心作用，其发育过程受遗传和环境因素多重调控。当前针对泌乳相关疾病（如产后泌乳不足和乳腺炎）的临床治疗多局限于症状缓解，缺乏对潜在生物学机制的深入探索。乳腺腺体在妊娠和泌乳阶段经历显著的发育变化，但分子调控网络仍未完全阐明。本研究旨在通过基因共表达网络分析揭示乳腺发育过程中的关键调控基因和通路。

方法

研究采用加权基因共表达网络分析（WGCNA）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析技术，对微阵列数据（NCBI登录号：GDS1805；GSE12247）进行挖掘。数据来源包括FVB小鼠妊娠12天（P12）、P17以及泌乳第1天（L1）、L2和L9的乳腺组织基因表达谱。通过主成分分析（PCA）评估数据重复性，利用GEO2R筛选差异表达基因（DEGs），并使用WGCNA包（版本1.51）构建基因共表达网络。模块识别采用无标度拓扑结构（功率β=12 for GDS1805, β=16 for GSE12247），最小模块规模设为30。基因 ontology（GO）和KEGG富集分析通过David在线工具完成。实验验证包括定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）、免疫组化染色、乳源性分化试验和三酰甘油（TAG）分泌检测。HC11细胞系用于体外功能验证，通过慢病毒介导的shRNA敲低和CRISPR协同激活介质（SAM）系统调控ACSS1表达。

结果

基因表达模块分析

研究鉴定出23个基因模块，其中8个模块在妊娠和泌乳阶段特异性激活。模块1（P12激活）涉及蛋白酶体组装和凋亡负调控；模块2（P17激活）富集转录调控和乳酸代谢过程；模块3（L1激活）与细胞氧化还原稳态和葡萄糖代谢相关；模块4（L2激活）参与细胞分化和磷酸化过程；模块5（L9激活）调控干细胞分化；模块6（P12/P17高表达）涉及上皮细胞分化；模块7（L1/L2/L9高表达）富集脂质代谢和Wnt信号通路；模块8（3975个基因）显示从妊娠到泌乳的渐进性表达增加，与乳腺发育和能量稳态调控密切相关。

通路富集与核心基因识别

KEGG分析显示，模块6富集FOXO、Wnt和AMPK信号通路（妊娠期调控），模块7富集类固醇生物合成和脂肪酸代谢（泌乳期功能），模块8涉及MAPK、PI3K-Akt和Hippo等跨阶段调控通路。从中筛选出ACSS1作为模块8的核心基因，其与312个基因连接权重＞0.5，GO分析提示其参与分泌调控、激素水平调节和发育过程。独立数据集（GSE12247）验证显示ACSS1在泌乳期显著高表达。

实验验证

qRT-PCR检测证实ACSS1、CEACAM10、EFHD1、NUPR1和SLC27A3在泌乳期mRNA表达显著上调（ACSS1约12倍）。免疫组化显示ACSS1蛋白在妊娠和泌乳期表达增加。HC11细胞分化模型中，ACSS1激活使乳腺穹窿形成增加60倍，TAG分泌显著提升，同时XDH（黄嘌呤脱氢酶）和Perilipin2表达上调。敲低ACSS1则导致分化能力和脂质代谢功能下降。

讨论

本研究系统揭示了乳腺发育过程中基因表达的动态变化，首次将ACSS1确定为泌乳分化的关键正调控因子。ACSS1通过影响乙酰辅酶A合成参与线粒体能量代谢，进而调控乳脂合成和分泌相关基因（如XDH和Perilipin2）的表达。其在多种物种（小鼠、山羊、牛）泌乳期的高表达保守性提示跨物种功能重要性。未来研究需通过条件性基因敲除模型深入解析ACSS1的体内功能，并探索其临床转化潜力。

结论

ACSS1作为乳腺泌乳分化的核心调控因子，通过协调脂质代谢和分泌过程影响泌乳效率。该发现为改善哺乳期乳腺功能障碍提供了新的分子靶点和理论依据。