围产期是脑结构重塑、功能特化的关键阶段，决定成年后神经环路完整性，该阶段异常与自闭症、小头畸形、无脑回畸形等神经发育疾病密切相关。但人类围产期脑样本获取存在严格伦理限制，啮齿类动物脑发育周期短、脑沟回结构与人类差异大，难以模拟灵长类围产期脑发育规律。巴马小型猪脑（Bama miniature pigs）发育时程、脑沟回形态、脑-体重比与人类高度接近，是填补灵长类围产期脑发育研究空白的理想模型。目前仍缺乏覆盖多脑区、多时间点的围产期脑转录组 - 蛋白组整合图谱，围产期脑发育的分子转换机制、时空异质性规律及疾病风险基因的动态特征尚未系统阐明。
2026 年 4 月，华中科技大学同济医学院李明锋教授、吕青教授团队联合复旦大学华山医院、中科院神经科学研究所等单位，在《Nature Communications》（IF=15.7）发表题为Perinatal brain developmental transition revealed by transcriptomic and proteomic analyses of Bama miniature pigs重磅研究。该研究以巴马小型猪为模型，对336 例围产期脑样本开展配对多组学分析（168 例转录组 + 168 例蛋白组），覆盖 8 个关键发育时间点、7 个核心脑区，证实巴马小型猪是更贴近人类的最优大型脑发育动物模型，精准定位全脑同步发育拐点 E94-E104，揭示脑区发育异质性规律与转录 - 蛋白协同调控网络，并阐明脑疾病风险基因的围产期表达转变特征，构建了首个巴马猪围产期脑发育多组学图谱，为神经发育疾病机制解析提供关键转化框架。
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一、巴马小型猪围产期脑转录组与蛋白组时空全景图谱构建
研究采集巴马小型猪8个发育阶段（孕晚期E76/E85/E94/E104/E109，出生后P0/P3/P30）、7个脑区（前额叶皮质、颞叶皮质、枕叶皮质、纹状体、丘脑、海马、小脑）共336例样本，开展配对转录组与蛋白组测序。质控后检测到约3万个基因、8千个蛋白，90%以上蛋白可匹配到对应基因。
PCA主成分分析表明，时间是转录组和蛋白质组变异的首要驱动因素，样本沿第一主成分严格按发育时间顺序排列；空间组织沿第二主成分呈现清晰的 "皮层（前额叶皮层/颞叶皮层/枕叶）-皮层下（纹状体/丘脑/海马）-小脑" 层级结构，且转录组的空间异质性较蛋白质组更为显著。跨组学整合分析显示，转录组和蛋白质组在时间（r>0.85）和空间（r>0.73）维度均具有极强的相关性。该研究构建的多组学图谱已通过在线平台（http://www.braininfo.ac.cn/PBAtlas/）免费开放。
图1. 巴马小型猪围产期脑发育转录组与蛋白质组时空全景概览
二、巴马小型猪精准模拟灵长类围产期脑发育特征
为系统验证巴马小型猪作为人类围产期脑发育模型的科学性，研究将猪脑转录组数据与人类、恒河猴、小鼠等 8 个物种的脑发育数据进行跨物种整合分析。结果显示人类、恒河猴和猪三种有沟回物种紧密聚为一类，与无沟回啮齿类和低等脊椎动物明显分离，完美重现物种进化的系统发育关系。通过 RAPToR 跨物种年龄映射算法精确比对发现，猪的围产期（E76-E104）与人类围产期（受孕后 183-257 天）完全对应，能够精准填补人类围产期研究的样本空白。
分子水平验证显示，猪围产期脑内少突胶质细胞标志物（MBP、MOG、PLP1）、星形胶质细胞标志物（GFAP、AQP4）、中间神经元标志物 PVALB 以及神经调控基因 AK5、CST3 的表达模式与人类高度一致，免疫荧光实验进一步证实了 AK5 和 PVALB 在人和猪皮层中完全同步的时空表达特征。蛋白质组跨物种分析也显示，猪脑蛋白质表达谱位于食蟹猴发育轨迹的 E90-P3 区间，从多组学层面共同证实了猪模型的有效性。
图2. 跨物种整合验证巴马小型猪是模拟人类围产期脑发育的最优大型模型
三、围产期全脑同步发育拐点E94-E104被精准定位
对各脑区转录组和蛋白质组的独立主成分分析显示，所有脑区均呈现出高度保守的 V 型时间发育轨迹，在E94-E104 阶段存在一个全脑范围的关键转折点。相邻时间点的差异表达分析显示，该阶段差异表达基因数量在所有脑区均达到峰值，超过 80% 的时间特异性调控基因和蛋白在此阶段发生表达量级变化；差异表达蛋白虽存在一定区域异质性，但整体也以该阶段为核心转变期。
功能富集分析表明，E94 之前的发育阶段主要富集于细胞增殖、轴突生长和神经元迁移相关通路，而 E104 之后则全面转向突触形成、信号传导和神经环路精细化调控相关通路。特别值得关注的是，髓鞘碱性蛋白 MBP 在 E104 阶段于所有 7 个脑区同步显著上调，标志着少突胶质细胞成熟和全脑髓鞘化进程全面启动。此外，研究还发现了 KRT25、TMEM26、LCN2 等多个脑区特异性的 E104 上调基因，并通过实验完成验证。
图3. 精准定位围产期全脑同步发育的关键分子拐点 E94-E104
四、发育速度解析揭示围产期脑区空间异质性同步波动规律
为定量解析不同脑区的发育差异，研究人员创新建立了 "发育速度" 分析方法，通过计算各脑区样本与出生后 30 天成熟参考样本的表达相关性随时间的变化率来量化发育速度。结果显示，皮层各脑区的发育速度高度同步，而皮层下脑区的发育时间跨度较短，小脑的发育时间跨度最短，表明小脑发育显著早于大脑皮层。通过与人类 / 恒河猴单细胞转录组数据的反卷积分析发现，所有脑区的胶质细胞比例在围产期持续上升，且发育速度相关基因主要富集于胶质细胞，与围产期胶质发生高峰期的特征一致；而小脑的发育速度相关基因主要富集于神经元，反映其独特的发育时序。进一步分析显示，脑区间转录组异质性在 E85 达到峰值，随后逐渐下降，出生后达到最低值，呈现 "先升后降" 的双相模式，该规律在人类和恒河猴中高度保守。但蛋白质组异质性呈现完全不同的动态，从 E76 开始逐渐上升，在 E109 达到峰值，这种转录 - 翻译解偶联现象在食蟹猴中也被观察到，提示存在进化保守的转录后调控机制。
图4. 发育速度分析揭示脑区空间异质性的同步波动规律
五、转录-蛋白协同调控网络解析脑发育时空特征
研究对 7935 个共检测到的基因 - 蛋白对进行系统分析，发现约 25% 的基因 - 蛋白质对存在显著的表达相关性（r>0.5），其中 70% 在所有脑区均呈正相关，主要富集于轴突发育和突触组装通路。转录因子与靶基因的相关性呈现双峰分布，表明转录因子同时具有激活和抑制两种双向调控作用；而 RNA 结合蛋白与靶 RNA 的相关性则显著偏向正调控，提示其在维持转录 - 翻译一致性中发挥关键作用。
通过加权基因共表达网络分析（WGCNA），研究人员将共表达分子划分为 11 个功能组 69 个模块，其中，G3 组随发育时间逐渐上调，包含 ME5 和 ME7 两个核心调控模块：ME5 富集于胶质发生和脂质代谢通路，包含经典的少突胶质细胞标志物；ME7 则富集于突触组装和投射神经元成熟通路。这两个模块的基因和蛋白质表达均在 E104 同步上调，且 ME5 在皮层下脑区和小脑中的表达显著高于皮层，证实了非皮层脑区胶质成熟更早。进一步的调控网络分析鉴定出 STAT3、TFEB 等转录因子和 PARS2、SEPTN4 等 RNA 结合蛋白是调控这两个模块的关键上游分子。
图5. 转录组 - 蛋白质组协同调控网络解析脑发育时空特征
六、脑疾病风险基因围产期动态轨迹揭示疾病发育起源
围产期发育中的扰动增加了后期疾病的易感性，但分子机制仍然不清楚。研究团队通过将猪围产期转录组与人类全生命周期转录组深度整合，首次系统描绘了 31 种脑疾病风险基因从人类早期胎儿到成年的完整动态表达图谱。结果显示，疾病风险基因的相关性组织模式在 E76-E94 阶段最为紊乱，而在 E104-P3 阶段逐渐恢复并转变为与成年期高度相似的 "泛相关" 模式，表明 E94-E104 不仅是正常脑发育的关键转折点，也是疾病风险基因表达模式从胎儿型向成年型转变的关键时期。
共表达模块富集分析显示，大多数疾病风险基因显著富集于特定的功能模块，其中自闭症谱系障碍、无脑回畸形和多小脑回畸形等神经发育障碍的风险基因表现出更广泛的模块富集。对最显著的 4 个疾病 - 模块对（无脑回畸形 - G1、发育迟缓 - G5、自闭症 - G5、自闭症 - G9）的网络分析发现，疾病风险基因在共表达网络中占据核心枢纽位置，其连接强度显著高于非风险基因，提示这些基因在围产期脑发育中发挥关键调控作用，其功能异常可能通过破坏核心调控网络导致神经发育障碍的发生。这些发现突显了围产期脑发育与疾病进展的密切关联，为理解神经发育障碍的分子机制提供了新方向。
图6. 31 种脑疾病风险基因的围产期动态轨迹揭示疾病发育起源
本研究构建了国际上首个覆盖多个脑区和关键发育时间点的巴马小型猪围产期脑发育转录组 - 蛋白质组多组学全景图谱。研究从进化、分子、细胞和网络多个层面，系统证实了巴马小型猪作为人类围产期神经发育研究理想模型的科学性；精准定位 E94-E104 为全脑从结构生长向功能成熟转变的关键分子拐点；揭示了脑区发育速度的异质性特征，以及转录组 "先升后降"、蛋白质组持续上升的异质性动态规律；构建了整合的基因 - 蛋白质共调控网络，鉴定出多个调控围产期脑发育的关键分子和功能模块；并系统描绘了脑疾病风险基因的围产期动态表达图谱，为神经发育障碍的发病机制研究和治疗靶点发现提供了重要理论基础和资源平台，填补了人类围产期脑发育研究的长期空白。