猪背膘沿颅尾轴的区域异质性——肩部、胸部、腰部与臀部脂肪库的脂质组-转录组景观及脂质代谢编程

《Journal of Food Composition and Analysis》：Lipidomic and transcriptomic landscapes of porcine backfat along the cranial-caudal axis from shoulder, thoracic, waist, to hip depots: Insights into lipid metabolism programming

研究人员在肩部、胸部、腰部与臀部背膘（backfat）区域开展了脂质组学（lipidomics）与转录组学（transcriptomics）分析。肩部背膘（shoulder backfat, SBF）与其他三个背膘库（depots）显著不同，并显著富集甘油三酯（triglycerides, TG）。HOX（homeobox）基因家族在四个背膘库中呈现位点特异性表达。研究人员鉴定出影响脂肪沉积的关键基因PEG10、SLIT2与FMO3。

研究背景方面，猪肉是全球消费量最高的肉类之一，背膘厚度是现代猪育种的重要性状；脂肪组织既影响胴体组成和肉质，也影响猪脂肪资源利用。猪背膘并非均一组织，沿颅尾轴存在厚度、脂肪酸组成、甘油三酯谱、脂肪细胞形态及DNA甲基化等区域差异，但同一胴体肩部、胸部、腰部与臀部背膘之间的脂质组和转录组异质性尚缺乏系统表征。为此，研究人员采集同一猪个体肩部背膘（shoulder backfat, SBF）、胸部背膘（thoracic backfat, TBF）、腰部背膘（waist backfat, WBF）和臀部背膘（hip backfat, HBF），开展整合脂质组学（lipidomics）与转录组学（transcriptomics）分析，以鉴定差异丰度脂质（differentially abundant lipids, DALs）、差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）、富集通路及脂质-转录调控关系，为猪脂肪资源差异化利用、肉质改良及人类肥胖与代谢病动物模型研究提供依据。

关键技术方法：样本来自江西华西种猪有限公司饲养的140头雌性SXLB猪队列；选取6头年龄匹配、遗传半同胞、胴体重均匀（93.40±2.93 kg，226±5 d）母猪，取SBF、TBF、WBF、HBF。以游标卡尺测背膘厚度；脂质组采用液相色谱-电喷雾串联质谱（LC-ESI-MS/MS；UPLC ExionLC AD与QTRAP 6500+）结合自建数据库鉴定，以正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和变量投影重要性（VIP）筛选DALs；转录组采用DNBSEQ-T7平台，经Fastp质控、HISAT2比对Sscrofa11.1、featureCounts定量、DESeq2差异分析及clusterProfiler进行基因本体（GO）与京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集；以皮尔逊（Pearson）相关分析DALs与DEGs。

3.1 四个解剖部位背膘表型比较：通过游标卡尺测量，SBF背膘厚度最高（39.15±4.25 mm），显著高于TBF（26.20±4.86 mm）、HBF（24.90±4.85 mm）和WBF（24.12±3.60 mm）（P<0.05），与既往背膘沿躯体纵轴变化的趋势一致，提示区域差异需进一步从分子层面解析。

3.2 四个背膘脂质组主成分分析（PCA）与OPLS-DA分析：PCA显示六组比较样本重叠明显；OPLS-DA组内聚类较好且组间可分离，但模型拟合优度R²Y(cum)=0.78–0.99、预测能力Q²(cum)小于0.5，提示组间差异有限；因此后续联合VIP>1、fold change>1.2或小于0.83及P<0.05筛选DALs。

3.3 四个背膘库脂质分类比较：共鉴定667种脂质，涵盖5大类34亚类，以TG（317种）为主，并包括Cer-AS、Cer-AP、磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）和溶血磷脂酰胆碱（lysophosphatidylcholines, LPC）等；TG占80.58%–90.70%，游离脂肪酸（free fatty acids, FFA）占3.32%–7.88%。仅FFA、溶血磷脂酰丝氨酸（lysophosphatidylserine, LPS）和LPC亚类存在显著差异：WBF的FFA高于HBF，TBF的LPC高于HBF，WBF的LPS高于TBF（P<0.05），提示四位点脂质组总体差异较小。

3.4 四个背膘库DALs：六组比较中，SBF vs TBF有16个DALs（1个高丰度、15个低丰度），以TG为主；WBF vs TBF有36个低丰度DALs，其中28个为TG；HBF vs TBF有38个DALs（1个高丰度、37个低丰度），包括TG和LPC等；WBF vs SBF有5个DALs且均在WBF低丰度；HBF vs SBF有9个DALs（2个高丰度、7个低丰度）；HBF vs WBF有6个DALs且均为HBF高丰度TG。最高fold change分析显示，SBF vs TBF与WBF vs TBF中TBF的TG更丰富，HBF vs TBF中LPC、carnitine C18:1等区分作用较大；提示SBF、TBF、WBF差异主要反映以TG为主的脂质储存能力，而HBF还涉及磷脂代谢，可能参与脂质重塑和信号过程。

3.5 DALs的KEGG注释与富集分析：SBF vs TBF的16个DALs注释到12条通路，8条显著富集；WBF vs TBF的36个DALs映射到22条通路，8条显著富集；HBF vs TBF的38个DALs映射到23条通路，2条显著富集；WBF vs SBF、HBF vs WBF无显著富集通路，HBF vs SBF仅1条显著。共享通路分析显示，SBF vs TBF与WBF vs TBF共享8条通路，包括胰岛素抵抗、脂质与动脉粥样硬化、胆固醇代谢、脂肪细胞脂解调控、甘油脂代谢、脂肪消化吸收和产热等，且WBF vs TBF富集P值更小、代谢物更多。TBF上调DALs富集产热通路，结合猪缺乏功能性UCP1（uncoupling protein 1，解偶联蛋白1），提示可能涉及UCP1非依赖机制；HBF vs TBF独有甘油磷脂代谢和胆碱代谢相关通路，突出臀部脂肪库的独特代谢调整。

3.6 四个背膘库DEGs：转录组获得192.10 Gb clean data，Q³⁰≥92.95%，比对率95.78%–96.86%，PCA显示各组清晰分离；以|log₂FC|≥1且校正P<0.05鉴定DEGs。SBF vs TBF有13个DEGs，TBF高表达11个；WBF vs TBF有6个；HBF vs TBF有41个；WBF vs SBF有23个；HBF vs SBF有62个；HBF vs WBF有23个。各比较组排名靠前基因多属同源盒（homeobox, HOX）家族。GO富集主要涉及前后模式指定、近远侧模式形成、区域化与模式指定、骨骼系统发育和形态发生，提示脂肪库差异与空间发育模式及HOX等位点特异调控因子相关。KEGG富集显示癌症相关通路在多个比较中反复富集，SBF vs TBF独有心肌收缩和肥厚型心肌病等通路，HBF vs SBF独有甲状腺激素信号通路，HBF vs TBF富集视黄醇代谢，SBF vs TBF与HBF vs SBF富集细胞外基质（extracellular matrix, ECM）-受体相互作用和黏着斑，提示脂肪库功能异质性及其与代谢病、肿瘤微环境的潜在联系。

3.7 HOX家族基因在四个背膘库的表达模式：共检测35个HOX相关基因，排除低表达及无差异基因后分析22个，分为5个表达亚簇。亚簇1（HOXC6、HOXA7、HOXC8）在TBF和WBF高表达；亚簇2（HOXA9、HOXC9、HOXA5）在HBF和WBF高表达；二者在SBF低表达。亚簇3（HOXD10、HOXD11、HOXA11、HOXC11、HOXC13、HOXA10、HOXC10、HOXD9）为HBF特异签名，仅HBF显著上调。亚簇4（HOXC5、HOXB3、HOXB2）在TBF和SBF高表达；亚簇5（HOXA2、HOXA1、HOXC4、HOXB5、HOXB4）在SBF高表达而TBF较低。结果表明四个脂肪库具有特征性HOX表达指纹，支持HOX家族赋予脂肪组织位置身份和功能异质性；讨论还提及HOXC10与白色脂肪身份、HOXC8与前脂肪细胞增殖分化、HOXA9负调前脂肪细胞分化、HOXC4与脂肪组织产热等相关。

3.8 转录组与脂质组整合分析：整合分析显示多数DALs在TBF富集上调，SBF、HBF、WBF总体脂质表达较低；长链多不饱和TG在TBF富集，短链TG在其余三组织偏好，Cer在TBF上调而其他组织受抑，长链多不饱和PE和LPC在TBF高表达，酰基肉碱和FFA仅在TBF协同上调并与TG及膜磷脂共表达，提示TBF发生从底物供应、膜脂合成到储存脂质积累的全链脂质代谢重塑。DEGs聚类显示HOX家族、RXRG、PEG10、SKAP2等在TBF和SBF较高，CLDN11、COMP、MYBL1等在WBF和HBF较高；HOXA10/HOXD11、ADAMDEC1、TSHR、COL4A5仅HBF富集，MYL3、TNNT1、PMP2仅TBF上调，GRB14、RXFP2、EGLN3仅SBF上调。82个DALs与90个DEGs的Pearson相关分析（|r|>0.3，P<0.05）显示，正相关靠前基因包括HOXB3、GJB6、PEG10、MYL3、TBX5等，负相关包括MMRN1、LOXL4、COL4A5、SLIT2、FMO3、HOXA10、HOXC10、HOXA9等；讨论指出PEG10参与早期脂肪生成，SLIT2为PRDM16调控的米色脂肪分泌因子，FMO3经氧化三甲胺（trimethylamine N-oxide, TMAO）和炎症小体参与衰老及白色脂肪组织（white adipose tissue, WAT）功能障碍，提示这些DALs/DEGs可作为调控脂肪组织功能的潜在靶点。

讨论与局限：讨论强调四个背膘库存在区域脂质与转录异质性，HOX表达指纹及PEG10、SLIT2、FMO3等关键基因与脂肪沉积相关；局限包括样本量仅6头母猪、仅使用雌性个体、整合分析为相关性而非因果、bulk组织掩盖脂肪细胞亚型及空间异质性，未来需扩大样本、纳入不同性别和生理状态，并采用空间转录组、单细胞测序和功能验证。研究结论（翻译）：本研究系统提供同一猪个体肩部、胸部、腰部和臀部背膘组织脂质组与转录组的分子特征；分析揭示四个背膘库在脂质和基因水平存在差异。脂质组分析在六个比较组中鉴定82个DALs，TBF与其他三个脂肪库差异明显，并显著富集长链不饱和脂质；转录组分析检测90个DEGs，HOX家族基因在六个比较组中差异最显著且呈脂肪库特异性表达；DALs与DEGs联合分析显示二者显著相关。除HOX家族外，还鉴定出PEG10、SLIT2和FMO3等与脂质密切相关的基因。本研究为猪脂肪资源差异化利用提供重要理论基础和分子靶点，为肉质改善提供潜在靶点，并可作为人类肥胖和代谢病研究的动物模型参考。