北方蛇头鱼（Channa argus）皮肤的单细胞转录组图谱揭示了成纤维细胞的异质性及其在黑色素生成过程中的潜在调控作用

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北方蛇头鱼（Channa argus）皮肤的单细胞转录组图谱揭示了成纤维细胞的异质性及其在黑色素生成过程中的潜在调控作用

时间：2026年2月2日

来源：Aquaculture

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本研究利用单细胞RNA测序分析北方鳗鲡野生型与黄色突变体皮肤转录组，发现11种细胞类型，其中纤维母细胞亚型差异显著，YM的col17a1+纤维母细胞分泌更多sfrp2、nrg2、fgfs等因子，调控黑色素生成。

孙东雷|胡静杰|文海深|齐鑫|李超|王凌宇|孙朝楠|张晓燕|李云

中国海洋大学渔业学院海洋养殖重点实验室（KLMME），教育部，青岛266003，中国

摘要

北方鲶鱼（Channa argus）是一种在亚洲和非洲广泛养殖的商业上重要的淡水鱼类。最近，发现了一种具有金黄色皮肤的新C. argus颜色变异体（称为黄色突变体，YM），并被培育成新的特征品系，在中国水产养殖业中得到了广泛认可。我们之前的研究确定slc45a2基因中存在一个无义突变，导致黑色素生成障碍，这是造成颜色变异的原因。然而，这种色素缺陷的分子机制仍不清楚。在这里，我们使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术构建并比较了野生型（WT）和YM鲶鱼的皮肤转录组谱型，鉴定出了11种不同的细胞类型。值得注意的是，WT和YM皮肤的成纤维细胞表现出显著的异质性。在WT和YM皮肤中都发现了三种成纤维细胞亚型，其中hsd3b7⁺和apoe⁺亚型普遍存在，而WT皮肤特异性地含有lamc1⁺亚型，YM皮肤则含有col17a1⁺亚型。此外，YMcol17a1⁺成纤维细胞比WTlamc1⁺成纤维细胞表达了更高的整合素和与黑色素生成相关的旁分泌因子，如< />、< />和< />。同时，YM皮肤中的黑色素细胞表面受体和与黑色素生成相关的基因表达显著上调。这些发现表明，由潜在遗传变异驱动的col17a1⁺（YM）和lamc1⁺（WT）成纤维细胞之间的异质性，通过旁分泌途径调节了相邻黑色素细胞的黑色素生成过程。总体而言，我们的研究首次构建了鲶鱼皮肤的单细胞转录组图谱，并提供了将成纤维细胞异质性与硬骨鱼类色素调节联系起来的初步证据。

引言

北方鲶鱼（Channa argus）属于鲈形目（Perciformes）鲶科（Channidae），是一种在亚洲和非洲广泛养殖的经济上重要的淡水物种（Xu等人，2017年）。由于其生长速度快、营养价值高以及显著的耐缺氧能力，C. argus在中国非常受欢迎，年产量超过605,438吨（Sun等人，2025年）。野生型（WT）的体色为灰黑色，而黄色突变体（YM）品系起源于中国山东省（35.78° N, 118.62° E），其皮肤和视网膜中的黑色素缺失。关键的是，YM品系的生长表现不逊于WT鲶鱼，并在水产品和观赏鱼市场上具有显著的市场优势。在我们之前的研究中，通过基因组分析以及基因敲低和恢复实验，确定slc45a2基因中的无义突变是YM表型的直接原因，而大规模RNA测序（RNA-seq）进一步揭示了黑色素生成因子可能通过成纤维细胞的旁分泌作用调节与黑色素生成相关的基因（Sun等人，2023年）。

成纤维细胞是多样的间充质细胞，通过产生复杂的细胞外基质并通过生物物理和生化信号创造信号微环境来参与组织稳态和疾病过程（Plikus等人，2021年）。成纤维细胞通过分泌大量细胞因子和生长因子与彼此及邻近细胞进行交流，在皮肤生理中起着关键作用。在色素调节方面，成纤维细胞在表皮黑色素生成中表现出显著动态，并积极参与黑色素细胞和角质形成细胞之间的信号传递（Wang等人，2017年）。成纤维细胞释放的黑色素生成因子直接和间接地作用于黑色素细胞。成纤维细胞分泌的多种介质通过不同的信号通路在皮肤色素调节中起重要作用（Wang等人，2017年）。例如，成纤维细胞分泌的FGF2、NRG1、SCF和sFRP2等因子通过MAPK/ERK、PI3K/AKT和Wnt/β-连环蛋白信号通路影响黑色素细胞的形态、黑色素合成和存活（Wang等人，2017年；Upadhyay等人，2021年）。值得注意的是，sFRP2增强了Wnt信号，激活MITF并上调TYR和DCT，促进黑色素生成（Azam等人，2018年；Wang等人，2024年）。成纤维细胞表达整合素以粘附到其分泌的细胞外基质（ECM）成分上，而黑色素细胞则响应沉积的ECM和黑色素生成因子（Miyamoto等人，1996年；Pinon和Wehrle-Haller，2011年）。具体来说，如ITGA6和ITGB1等整合素促进ECM感知和细胞内信号转导，从而通过p38 MAPK和ERK1/2通路调节黑色素生成（Xu等人，2018年）。上述研究主要在哺乳动物中进行，但在具有更复杂和多样色素调节模式的硬骨鱼类中相关机制的研究较少（Braasch等人，2008年；Luo等人，2021年）。

单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的发展使得能够高分辨率地分析不同细胞类型和细胞状态之间的转录差异（Chambers等人，2019年；Tang等人，2010年）。scRNA-seq已广泛应用于器官发育、癌症、免疫学和皮肤生物学研究（Kharchenko，2021年；Leyva-Castillo等人，2022年）。在哺乳动物中，scRNA-seq揭示了参与纤维化、色素调节和局部免疫调节的功能不同的成纤维细胞亚群（Solé-Boldo等人，2020年）。例如，成纤维细胞亚群对IFN-γ的不同反应对白癜风患者的局部免疫微环境有重要影响，从而影响黑色素细胞的存活和功能（Xu等人，2022年）。scRNA-seq揭示了成纤维细胞的异质性，并发现间充质成纤维细胞是人类纤维化皮肤疾病的普遍机制（Deng等人，2021年）。关于硬骨鱼类皮肤的单细胞转录组研究相对较少，对成纤维细胞异质性在色素调节中的作用关注有限。虽然对锦鲤（Cyprinus carpio var. koi）和斑马鱼（Danio rerio）等物种的研究揭示了色素生成过程中的细胞更新和分化机制（Frantz等人，2023年；Luo等人，2025年），但成纤维细胞在这些过程中的细胞间调节机制仍不清楚。

在这项研究中，对WT和YM鲶鱼的皮肤进行了scRNA-seq分析，以定义不同的细胞类型并重点关注成纤维细胞亚群，重点分析它们的转录调控差异。通过分析细胞异质性和差异基因表达，比较了WT和YM皮肤之间的成纤维细胞亚型，并预测了成纤维细胞衍生的旁分泌因子调节黑色素生成的潜在分子机制。我们的结果初步揭示了鱼类皮肤成纤维细胞在体色变异背景下的异质性以及参与色素调节的潜在细胞和分子调控机制。

样本收集和单细胞悬浮液制备

WT和YM北方鲶鱼来自中国山东省临沂市的一家商业水产养殖场。每组随机选取三条健康的鱼，并用MS-222（200 mg/L）进行安乐死。为了最小化个体间差异并保持样本间的细胞输入可比性，从每组三条健康个体中切取大小相等的背皮组织（大约1厘米×1厘米）。将同一组的组织合并后

鲶鱼皮肤的单细胞转录组概述

使用10×基因组平台对WT和YM鲶鱼皮肤进行了单细胞转录组测序。所得scRNA-seq读段映射到C. argus基因组上，对齐率分别为92.2%（WT）和93.1%（YM）。平均每个细胞的读段数分别为67,854和42,280（表S1）。经过严格的质量控制后，保留了12,757个（WT）和17,425个（YM）细胞。总共保留了30,182个高质量细胞用于后续分析，平均每个细胞包含657个基因

讨论

皮肤是内部环境和外部环境之间的关键界面，在脊椎动物的免疫防御、环境感知和色素调节中起着重要作用（Morganti等人，2019年）。黑色素生成受损或免疫系统紊乱可能导致多种皮肤疾病，包括白化病、白癜风、银屑病和硬皮病（Cieslak等人，2011年）。白化病已在包括哺乳动物、鸟类和爬行动物在内的多种脊椎动物中报道

结论

本研究首次提供了鲶鱼皮肤的单细胞转录组分析，揭示了体色突变背景下成纤维细胞的细胞异质性。结果显示，在鲶鱼皮肤中鉴定出了11种不同的细胞类型。在成纤维细胞中，WT皮肤特异性地含有lamc1⁺亚型，而YM皮肤则含有col17a1⁺亚型。此外，整合素和与黑色素生成相关的旁分泌基因的表达显著更高

CRediT作者贡献声明

孙东雷：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，数据可视化，实验设计，资金获取。胡静杰：方法学，实验设计，概念构思。文海深：数据可视化，方法学，实验设计。齐鑫：验证，方法学，实验设计。李超：资源获取，资金获取。王凌宇：数据可视化，验证，实验设计。孙朝楠：验证，实验设计，资金获取。张晓燕：方法学，实验设计，资金获取。李云：