不同海拔地区猪生长发育的相关研究进展

李 菁 李 翔 杨晶晶 马玉俊

（西藏职业技术学院，西藏拉萨 850000）

在我国，饲养家猪的历史可以追溯到大约9 000 年前[1-4]，对猪进行选择选育大约出现在7 世纪左右[5]。在猪的养殖过程中，受我国地域、气候和地理环境复杂的影响，猪的驯化经历了不同程度的自然选择，导致本土猪的品种[6]在表型和特征上出现多样化。因此，我国地方猪种具有典型的地域性特征，可以对多种环境（缺氧、低压、冷、热）表现出广泛的适应性[4]。

根据生活地区和环境适应能力的不同，我国本土猪可以分为6 个地理类型[7]；分别是华南区、西南区、华中区、高原区（PC）、江海区（JDC）和华北区（NC）猪种。不同地区猪在表型上具有典型的差异。此外，受环境和气候影响，南部地区和高原地区猪体型比北方猪小[8,9]。我国北方地区气候寒冷干燥，南方地区气候湿热。动物可以通过与环境耐受性相关的遗传变异更好地适应当地环境[10-12]。南方地区的猪品种对高湿环境适应性较好，藏猪能适应高原地区高海拔、低气压、缺氧的恶劣环境。但在实际上，不同地理区域的猪已经进化出适应该区域的能力，从而产生了具有代表性的特征[13]。

1 藏猪的特点及养殖优势

藏猪是我国猪的原型品种，其特点是适应广泛的饲养条件，特别是恶劣的高原环境[14]，藏猪瘦肉率高，由于自由放养，被认为是绿色食品，使得它在高端市场特别受欢迎[15]。作为小型猪，藏猪的大小与人类相似，这使它们成为人类医学研究的优势模型[16]。此前的一些研究[17]比较了藏猪和约克夏猪各自的免疫性能，表明藏猪具有更强的先天性免疫，这可以在宿主体内触发相对良好的局部或系统免疫反应，以抵御入侵的病原体。同时，当藏猪被引进并在其他地区繁殖时，没有出现不适应环境或疾病[18]。一种含有藏猪IL-23 基因的DNA 重组疫苗被证明能够增强猪对猪圆环病毒2 型感染的整体免疫应答[19]。

2 藏猪肠道菌群的相关研究

2.1 肠道菌群的作用

肠道菌群在维持宿主健康方面发挥着至关重要的作用[20]。研究表明，肠道菌群不仅与促进宿主的黏膜免疫、全身免疫和造血有关[21]，而且还与调节宿主高血压相关的代谢紊乱和炎症有关[22]。此外，肠道微生物被认为是一种获得性细菌防御系统[20]。肠道微生物群和宿主免疫之间的相互作用有效地抑制了蠕虫诱发的结肠炎[23]。最近研究表明，肠道微生物菌群的调整可以提高结肠、直肠癌的治疗效果[24]。相反，肠道细菌和真菌的失调可能导致肠道微生物屏障的丧失，从而增加宿主对疾病易感性[25]。有报道称，通过结肠透析缓解肠道菌群失衡可以保护透析前慢性肾病患者的肾功能[26]。

2.2 对藏猪肠道菌群的研究

此外，藏猪的肠道菌群结构比巴克夏猪和长白猪更为复杂。相关研究表明，肠道菌群在藏猪适应青藏高原恶劣环境方面发挥着重要作用。藏猪作为高原猪的一种，同样具有相应适应高原环境的调控机制。由此推断，固定的高海拔环境有助于塑造特定的肠道微生物菌群，进而促进动物适应恶劣的环境。

3 藏猪脂肪沉积相关转录组学研究

3.1 藏猪脂肪代谢机理

在我国，猪肉作为主要的肉类，其需求量占总肉类需求量的60%以上，猪的品种和猪肉品质直接关系着我国人民的生活质量[28,29]。脂肪沉积是猪生长过程中一个重要的生物过程，脂肪性状与猪肉品质、猪的生产效率和繁殖性状密切相关[30,31]。脂肪组织在身体中的作用有保护内脏器官、储存能量、温度调节、激素合成和分解等；脂肪参与机体脂肪酸合成，并介导脂肪细胞的分化代谢等[32,33]。对不同品种猪的脂肪和肌肉组织的转录组进行比较，是研究脂肪形成过程中功能基因表达的一种新方法[34]。脂肪组织是一种复杂的、具有代谢活性的组织，其组成的脂肪细胞是一种动态的、高度调节的细胞群[35]。猪脂肪沉积过程是由包括脂质分泌因子在内的多个转录因子级联调控的，而猪脂肪沉积是一个复杂的多微效基因控制的数量性状[36,37]。在选择用于育种的猪时，肉质性状被认为是重要指标，而肌内脂肪（IMF）含量直接影响猪肉的口感品质[38-40]。猪背膘厚是测定商品猪脂肪沉积的重要指标。猪背膘厚可直接反映其体脂含量[41]。研究减少背膘沉积的措施是有效促进猪遗传改良的重要途径。因此，探索猪背部脂肪沉积的调控机制和分子机制具有重要意义。我国大量引进了瘦肉率较高的大约克猪品种，非常符合现代人对猪肉饮食的要求，是我国猪肉食品的主要来源之一[42]。藏猪体型较小，是一种耐粗饲的高脂肪沉积猪品种，是研究脂肪沉积性状的首选试验动物[43,44]。

3.2 藏猪背膘厚表达基因研究

Gong[45]等通过RNAseq 测序，比较了30、90、180日龄藏猪（脂肪型）和约克猪（瘦肉型）的背膘厚基因，发现30、90 日龄组猪的背膘厚度的差异表达基因（DEGs）为800 个。90 日龄组与180 日龄组比较得到904 个差异表达基因；与180 日龄组相比，30 日龄组获得57 个差异表达基因；3 组交点得到324 个差异表达基因。在脂肪沉积和代谢过程中，大量基因的特异性表达形成了复杂的调控网络和信号通路。差异表达基因的功能注释显示，除30 日龄和180 日龄的结果外，其余各组结果基本一致，主要涉及单羧酸转运、脂质分解代谢过程、中性脂质分解代谢过程、类固醇代谢过程、肉毒碱穿梭系统和棕色脂肪细胞分化。通过比较得到57个差异表达基因的功能注释；30 日龄和180 日龄组猪的氧化石墨烯富集试验。结果显示，在猪整个生长阶段都存在脂质运输和肌肉生长发育。30 日龄组、90 日龄组、180 日龄组比较得到的差异表达基因数量为57 个、800个和904 个，猪的脂质沉积过程主要体现在生长中后期，这一数量增量与猪的生长发育趋势完全一致。

3.3 藏猪脂肪酸合成的相关研究

乙酰辅酶a 羧化酶α（acetyl-CoA carboxylase alpha, ACACA）是丙酸代谢、脂肪酸生物合成、AMPK信号通路中的重要关键基因。胰岛素信号通路和胰高血糖素信号通路在脂肪酸的从头合成中起着重要作用。相关研究表明动物机体内ACACA 基因在脂肪酸代谢活性强的组织中高度表达，其主要通过促进脂肪酸生物合成在脂质代谢中发挥重要作用[46]。Gong 等[45]的研究显示，在猪背膘组织中ACACA 有极高的表达，表明藏猪肌肉组织中脂肪的沉淀与ACACA 的表达之间存在正相关关系。

3.4 藏猪糖代谢与脂肪代谢的研究

溶质载体家族2 成员4（Solute carrier family 2 member 4, SLC2A4），又称葡萄糖转运蛋白4（glucose transporter protein 4,GLUT4），是细胞摄取葡萄糖的重要转运蛋白，主要在肌肉和脂肪组织中表达，对藏猪的肌肉和脂肪组织进行转录组测序，对KEGG 信号通路进行分析，结果表明，在藏猪的生长发育过程中，有意义的信号通路主要集中在葡萄糖代谢方面，虽然与脂质合成和代谢没有直接关系，但糖和脂质可以相互转化并共同参与三羧酸循环。因此，葡萄糖代谢过程可能对脂质代谢有间接影响。表明藏猪在生长发育后期，机体的代谢途径主要集中在葡萄糖代谢，一方面用于机体的正常新陈代谢；另一方面用于机体的脂肪沉积。

4 高原环境对藏猪基因表达及机体调控的影响

4.1 高原环境对藏猪的影响

藏猪因生活环境不同导致长时间的机体应激代偿，使其形成独特的机体调控方式，从而使生活习性、生理周期和机体状态等产生与平原猪不同的特点，主要是高原地区的高海拔低温低氧对猪产生的影响。这种影响在长时间的自然选择中，不单只存在于生活习性和机体性状中，更影响了藏猪本身的遗传、繁殖性能在分子水平上发生改变。高原的低温、低压、低氧分压、强辐射等特点，在猪生产中可引起氧化应激[47-49]。动物和人类组织缺氧或缺血时，抗氧化酶活性降低，而呼吸、血液、尿液和组织样本中氧化应激生物标志物、氧自由基和脂质过氧化产物增加[50,51]。

猪是对缺氧刺激最敏感的动物之一。当发生缺氧时，猪体细胞和组织中氧化应激（组织氧化状态）的生物标志物水平显著升高[52]。丙二醛是细胞内自由基过氧化反应的终产物，间接指示细胞氧化损伤程度[53]。Diao等[54]研究表明，藏猪的空肠中丙二醛含量低于约克夏猪。Hu 等[55]研究发现，藏猪心脏和肝脏中的丙二醛水平明显低于杜长大三元猪，说明高原环境对藏猪器官的氧化应激作用小于对杜长大三元猪器官的氧化应激作用。

4.2 藏猪高抗氧化能力与Nrf2 有关

缺氧环境可导致活性氧和活性氮增加，导致氧化应激，影响抗氧化防御系统，激活关键的抗氧化信号通路[56,57]。氧化应激下Nrf2（由NFE2L2 基因编码）激活可诱导编码NAD（P）H 醌脱氢酶1（NQO1）、血红素加氧酶1（HO-1）、SOD、CAT、GSH-Px 和GCL 等抗氧化酶的基因转录，从而降低氧化应激反应[58,59]。在高原低氧环境下，藏猪的Nrf2 蛋白和基因表达水平高于杜长大三元杂交猪，表明高原环境下的藏猪高抗氧化能力与Nrf2 途径密切相关。

相关研究表明[55]，藏猪在心脏和肝脏中AMPK 蛋白水平和mRNA 表达水平均高于杜长大三元猪。Hao 等[60]认为AMPK 对TP 肝脏的抗氧化能力至关重要。此外，激活的AMPK 参与了Nrf2 信号通路[61]的调控。AMPK 激活[61]后，Nrf2 下游抗氧化酶表达增加，活性氧水平降低。MAPK 信号通路参与多种生物过程，包括调节氧化应激、炎症、凋亡和细胞增殖。p38 MAPK 参与一系列信号通路，并对炎症细胞因子和活性氧等应激刺激作出反应。Nrf2 激活抗氧化基因转录受到p38 MAPK 的正向调控。该研究中藏猪心脏和肝脏中p38 MAPK 和Nrf2 的表达上调，可以提高抗氧化蛋白和基因的表达水平。说明激活p38 MAPK/Nrf2 通路可减轻心脏和肝脏的氧化损伤。

5 藏猪适应高海拔环境相关机制研究

Wang 等[62]通过对高海拔藏猪和低海拔荣昌猪进行多组织转录测序，采用加权相关网络分析（weighted correlation network analysis, WGCNA），确定了与这些组织相关的关键模块。结合复杂网络分析和生物信息学分析，识别关键基因和三节点网络基序。结果发现，在肌肉、肝脏、心脏、脾脏、肾脏和肺6 个组织中，肺组织可能是藏猪适应缺氧环境的关键器官。在藏猪肺组织中发现 KLF4、BCL6B、EGR1、EPAS1、SMAD6、SMAD7、KDR、ATOH8 和CCN1 基因可能是缺氧适应的调节因子。KLF4 和EGR1 基因可能同时调控BCL6B基因，形成KLF4-EGR1-BCL6B 复合体。该复合物以KLF4 为主，可能通过介导TGF-β 信号通路增强藏猪的耐缺氧能力。该复合物还可能影响PI3K-Akt 信号通路，在缺氧引起的血管生成中发挥重要作用。因此，推测KLF4-EGR1-BCL6B 复合物可能有利于藏猪在低氧环境中更好地生存。

藏猪长期生活在高海拔地区，经历了强烈的选择，心脏发育良好，能很好地适应低氧环境。迁移到高海拔地区的迁徙哺乳动物暴露在慢性缺氧环境中，这将导致心脏肥大并最终导致心力衰竭。Zhang 等[62]通过比较高海拔藏猪和高海拔约克夏猪鉴定出的384 个甲基化基因，发现甲基化基因是藏猪高原适应性的潜在候选基因。在这384 个甲基化基因中，有183 个甲基化基因通过低海拔藏猪和低海拔约克夏猪的比较也被鉴定出来，表明了两个品种间甲基化水平的稳定差异。

6 小结

我国地域宽广、环境复杂，在长期的自然选择中，生猪在我国不同地区都演变出了特有的地方品种，具有不同的生产特性，其中藏猪作为一种在青藏高原地区所特有的品种，具有适应性强和瘦肉率高等特点；由于其生活环境的特异性，在长期的演化中，藏猪的机体性状在基因层面已与其他品种猪存在差异，这可能是藏猪肉质独特的原因。本文以藏猪与其他品种猪进行相互比较，从分布地域、肠道微生物菌群差异、代谢机制、基因表达、脂肪合成与代谢、抗氧化和基因甲基化等方面综合阐述了藏猪与其他品种生猪之间的差别，较为完整地分析了藏猪特有的适应机制，为我国养殖业的发展提供了一定的参考。