跨物种多组学揭示肠道发育非线性动态与代谢表型关联研究

《Cell Communication and Signaling》：A multi-omics profile reveals porcine developmental nonlinearity organizes intestinal maturation and long-term metabolic phenotypes

　　

摘要

背景

肠道发育是一个高度有序的动态过程，对维持代谢稳态和长期生理健康至关重要。发育过程中的非线性现象为理解发育动态提供了新的视角。然而，非线性发育动态如何协调肠道成熟并影响代谢表型仍不清楚。

方法

我们构建了一个包含1,153,328种生物分子的肠道多组学框架，整合了来自136头猪在不同发育阶段的转录组学、代谢组学和单细胞数据。我们对这些分子进行了轨迹聚类和功能鉴定，并通过多组织和跨物种分析来表征细胞层面的非线性调控因子和保守的分子轨迹。通过整合表型信息，我们在发育的过渡窗口中识别出了非线性分子。随后进行了功能实验以验证这些非线性分子的作用。

结果

我们的分析揭示了肠道发育过程中广泛存在的非线性分子轨迹和生物通路。在细胞水平上，与年龄相关的分子在细胞群体和组织生态系统中表现出协同动态；跨物种分析显示，在猪和人类的肠道系统中存在保守的分子轨迹。我们确定了60–90天这一关键发育过渡期，该时期的独特细胞微环境将非线性动态与代谢和脂肪相关表型联系起来。我们还识别出与肥胖易感性相关的非线性分子，如PCK1，强调了多级协同动态系统在发育编程中的关键作用。

结论

我们的研究为肠道发育模式提供了新的见解，展示了细胞、组织和物种间协调的分子动态如何塑造生理表型。这些发现为理解代谢特征的发育起源奠定了重要基础，并确定了代谢干预的潜在时间和分子靶点。

图形摘要