妊娠晚期大白猪和梅山猪子宫内膜代谢组学分析揭示与新生猪存活相关的关键生物学过程差异

《BMC Genomics》：Metabolomic analysis of the endometrium of Large White and Meishan pigs reveals differences in biological processes during late gestation

本研究针对猪遗传改良导致新生仔猪成熟度下降、围产期死亡率升高的问题，开展了妊娠晚期大白猪(LW)和梅山猪(MS)子宫内膜的代谢组学分析。研究人员通过1H NMR和GC-FID技术，发现D110时子宫内膜能量资源耗竭，琥珀酸盐积累可能调节缺氧和ROS；LW与MS比较显示谷胱甘肽代谢差异表明LW抗氧化防御较弱。该研究首次系统揭示了猪子宫内膜在妊娠末期的代谢状态，为改善猪繁殖性能提供了新见解。

　　

在养猪业中，遗传选育在提高母猪产仔数的同时，也带来了新生仔猪死亡率升高的严峻挑战。特别值得注意的是，高度选育的大白猪(Large White, LW)品种与我国地方品种梅山猪(Meishan, MS)相比，虽然产仔数更多，但新生仔猪的存活率却显著较低。这一差异背后的生物学机制，尤其是妊娠晚期子宫内膜这一关键组织如何调控胎儿成熟和新生仔猪存活，至今尚未完全阐明。

子宫内膜作为母胎界面的重要组成部分，在妊娠晚期通过胎盘为胎儿提供营养，对胎儿的最终成熟起着至关重要的作用。然而，由于技术限制，科学家们对妊娠晚期子宫内膜的代谢状态了解甚少。为了解决这一知识空白，由Agnes Bonnet和Laurence Liaubet领导的研究团队在《BMC Genomics》上发表了最新研究成果，首次对妊娠晚期猪子宫内膜进行了系统的代谢组学分析。

研究人员选取了妊娠90天(D90)和110天(D110)这两个关键时间点，比较了LW和MS这两个产仔存活率对比鲜明的猪种。研究团队运用核磁共振(¹H NMR)和气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)技术，对224份子宫内膜样本进行了非靶向代谢组学分析。样本来源于28头第二次妊娠的母猪(14头LW和14头MS)，这些母猪通过剖腹产手术获得，确保了样本的一致性和可比性。

主要研究方法

研究采用了多组学整合分析策略：通过¹H NMR技术鉴定和量化子宫内膜中的亲水性代谢物；使用GC-FID分析中性脂质谱；利用Ingenuity Pathway Analysis(IPA)进行通路富集分析；采用正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)和多块稀疏偏最小二乘判别分析(mbsPLS-DA)进行多变量统计分析；通过线性混合模型评估代谢物丰度的差异。

妊娠晚期的代谢变化

研究成功鉴定出46种代谢物和9种中性脂质。在D90与D110的比较中，发现22种代谢物存在显著差异。这些变化揭示了一个明显的代谢重编程过程：果糖和山梨醇含量显著降低，表明子宫内膜中能量储备的消耗；尿素循环氨基酸(天冬氨酸、谷氨酸和谷氨酰胺)减少，提示这些氨基酸可能被转移至胎儿；琥珀酸盐和次黄嘌呤积累，表明缺氧代谢增强；氧化型谷胱甘肽(GSH)和还原型谷胱甘肽(GSSG)变化，反映了氧化应激状态。

品种间代谢差异

LW和MS子宫内膜比较发现10种差异代謂物。LW子宫内膜中谷氨酰胺和苯丙氨酸积累，而谷胱甘肽代谢相关代谢物(谷氨酸、甘氨酸、GSH、GSSG)含量较低。三酰甘油(TAGs)和胆固醇含量在LW中较高，但蛋白质浓度在LW子宫内膜D110时显著下降，而MS中保持稳定。

功能通路分析

IPA分析显示，妊娠晚期显著富集的通路包括氨基酸代谢(苯丙氨酸和酪氨酸代谢、硫氨基酸代谢、天冬氨酸和天冬酰胺代谢、谷氨酸和谷氨酰胺代谢)、谷胱甘肽代谢和转运通路。上游调控因子分析预测了D-葡萄糖、低密度脂蛋白(LDL)、亨廷顿蛋白(HTT)和基质金属蛋白酶11(MMP11)等重要调控因子。

多组学整合分析

mbsPLS-DA整合分析发现，柠檬酸盐和TAG54是区分品种的最重要变量，而谷氨酰胺是区分妊娠天数的关键代谢物。脂质组学数据显示四种TAG(TAG50、TAG52、TAG54、TAG56)在D110时含量降低，在LW中含量较高。

研究结论与意义

这项研究首次绘制了猪妊娠晚期子宫内膜的代谢图谱，揭示了与胎儿成熟和新生仔猪存活相关的关键代谢特征。研究发现妊娠末期子宫内膜经历能量资源耗竭、缺氧应激和免疫调节变化，而品种间差异表明LW子宫内膜可能面临更大的氧化应激和免疫耐受挑战。

研究的重要意义在于：为理解母猪妊娠晚期代谢适应提供了新视角；鉴定的关键代谢物(琥珀酸盐、谷氨酰胺、苯丙氨酸)可能作为改善猪繁殖性能的潜在靶点；建立的代谢组学方法为研究其他物种的妊娠代谢提供了参考框架。这些发现不仅对提高养猪业经济效益具有实际意义，也为理解哺乳动物妊娠代谢调控提供了重要理论基础。

未来研究可结合转录组学和蛋白质组学数据，进一步验证这些代谢通路的调控机制，并探索通过营养干预调节这些代谢通路来提高新生仔猪存活率的可行性。