这篇文档属于类型a，是一篇关于猪肌内脂肪细胞分化调控机制的原创性研究论文。以下是详细的学术报告：

主要作者及发表信息

本研究由Jiawei Zhou、Junjing Wu等来自Hubei Academy of Agricultural Sciences（湖北省农业科学院）和Huazhong Agricultural University（华中农业大学）的研究团队完成，发表于International Journal of Molecular Sciences (Int. J. Mol. Sci.)期刊2024年11月22日的第25卷第12528期。论文标题为《Integration of ATAC-seq and RNA-seq Reveals VDR–SelenBP1 Axis Promotes Adipogenesis of Porcine Intramuscular Preadipocytes》。

学术背景

研究领域与科学问题

本研究属于动物脂肪发育生物学领域，聚焦于猪肌内脂肪（Intramuscular Fat, IMF）沉积的分子机制。IMF含量是决定猪肉品质的关键因素，同时与人类代谢疾病（如糖尿病、心血管疾病）密切相关。尽管已知转录因子（如PPARγ、C/EBPα）在脂肪生成中的作用，但染色质可及性（chromatin accessibility）在猪肌内前脂肪细胞分化中的动态变化及其调控机制尚不明确。

研究目标

1. 通过整合ATAC-seq（染色质可及性测序）和RNA-seq（转录组测序）技术，解析猪肌内前脂肪细胞分化过程中染色质开放区域与基因表达的关联；
   
2. 鉴定调控脂肪生成的关键基因及其上游转录因子；
   
3. 揭示维生素D受体（Vitamin D Receptor, VDR）通过激活硒结合蛋白1（SelenBP1）促进脂肪生成的分子通路。
   

实验流程与研究方法

1. 细胞分离与分化模型构建

• 研究对象：从3日龄杜洛克×长白×约克夏杂交猪的背最长肌（Longissimus Dorsi Muscle, LDM）中分离肌内前脂肪细胞。
  
• 分化诱导：使用含胰岛素、地塞米松和IBMX的诱导培养基处理细胞，通过油红O（Oil Red O）和BODIPY染色观察脂滴形成，并通过qRT-PCR检测脂肪生成标志物（PPARγ、C/EBPα、AdipoQ）的表达动态。
  
• 关键发现：分化第4天（Day 4）脂滴显著积累，标志物表达达峰值，确定为后续分析的窗口期。
  

2. 染色质可及性分析（ATAC-seq）

• 样本设计：对比未分化（Day 0）和分化第4天（Day 4）的细胞，每组3个生物学重复。
  
• 实验流程：
  
  • 细胞核提取与Tn5转座酶处理，构建测序文库；
    
  • Illumina平台PE150测序，数据比对至猪参考基因组（Sus scrofa 11.1）；
    
  • 使用MACS2鉴定差异可及性峰（Differentially Accessible Regions, DARs），HOMER软件预测转录因子结合 motif。
    
• 关键参数：共获得40.9–48.7 million高质量reads，鉴定出56,374个差异峰（55,369个上调，1,005个下调）。
  

3. 转录组分析（RNA-seq）

• 数据生成：与ATAC-seq同步进行，鉴定差异表达基因（DEGs），共发现4,226个DEGs（1,926个上调，2,300个下调）。
  
• 整合分析：
  
  • 1,750个基因在染色质可及性和表达水平上同步变化（1,628个共上调）；
    
  • 启动子区域可及性显著增加的基因（如SelenBP1、PLIN1、FASN）富集于脂代谢和PPAR信号通路。
    

4. 功能验证实验

• SelenBP1功能研究：
  
  • siRNA敲低SelenBP1导致脂肪生成标志物（PPARγ、AdipoQ、PLIN1）表达下降，脂滴积累减少；
    
  • 证实SelenBP1通过调控H₂O₂和H₂S生成促进脂肪分化。
    
• VDR调控机制：
  
  • 荧光素酶报告实验确定SelenBP1启动子核心区域（-302 bp至-59 bp）；
    
  • JASPAR预测并结合点突变验证VDR结合位点的必要性；
    
  • ChIP-qPCR证实VDR直接结合SelenBP1启动子。
    

5. 生物信息学分析

• 功能富集：GO和KEGG分析显示差异基因富集于“脂质代谢”“胰岛素抵抗”等通路；
  
• Motif分析：上调峰中富集C/EBPβ、AP-1等脂肪生成相关转录因子。
  

主要结果

1. 染色质动态与转录调控关联：分化过程中启动子区域可及性增加与基因表达上调显著相关，如SelenBP1的启动子区域出现3个特异性开放峰。
   
2. SelenBP1的核心作用：
   
   • 表达水平随分化进程显著升高，与PPARγ同步；
     
   • 敲低后脂肪生成受阻，证实其通过调控活性氧信号促进分化。
     
3. VDR-SelenBP1轴：VDR通过直接结合SelenBP1启动子激活其转录，敲低VDR可抑制SelenBP1表达及脂滴形成。
   

结论与意义

1. 科学价值：
   
   • 首次绘制猪肌内前脂肪细胞分化的染色质可及性图谱，揭示表观遗传调控在IMF沉积中的作用；
     
   • 提出VDR-SelenBP1轴为脂肪生成的新调控通路，拓展了对维生素D代谢与脂肪发育关联的认知。
     
2. 应用价值：为猪育种中IMF含量的遗传改良提供靶点，并为人类肥胖相关疾病的机制研究提供模型参考。
   

研究亮点

1. 技术创新：首次在猪肌内脂肪研究中整合ATAC-seq与RNA-seq，建立染色质开放-基因表达的因果关联。
   
2. 发现新颖性：
   
   • 鉴定SelenBP1为脂肪生成的正调控因子，其酶活性产物（H₂O₂/H₂S）直接参与分化过程；
     
   • 揭示VDR在脂肪生成中的直接转录调控作用，补充了其对代谢调控的已知功能。
     
3. 跨物种意义：猪与人类脂肪代谢的相似性暗示该通路可能在人类代谢疾病中具有保守性。
   

其他价值

研究还通过蛋白质组学数据交叉验证，发现12个与IMF沉积相关的蛋白（如PLIN1、FASN）在染色质和转录水平同步上调，进一步支持了结论的可靠性。