可诱导的滋养层特异性雷帕霉素作用靶点敲低会损害小鼠胎盘中的叶酸转运

《The Journal of Nutritional Biochemistry》：Inducible Trophoblast-Specific Knockdown of Mechanistic Target of Rapamycin Impairs Placental Folate Transport in Mice

　　mTOR信号通过调控胎盘folate转运蛋白FRα、RFC和PCFT的翻译后机制影响胎儿folate供应，敲低mTOR导致小鼠胎儿生长受限和血浆folate浓度下降，提示靶向mTOR可能成为改善胎盘功能的新策略。

　　这项研究聚焦于孕期叶酸缺乏与胎儿生长受限（FGR）之间的关系，特别是探讨哺乳动物胎盘中叶酸转运机制如何受到mTOR信号通路的调控。研究团队通过构建一种特异性靶向胎盘细胞的mTOR敲除小鼠模型，发现当mTOR信号受到抑制时，胎盘叶酸转运能力显著下降，从而导致胎儿叶酸水平降低，最终影响胎儿的正常生长发育。这项研究为理解叶酸在胎儿发育中的作用机制提供了新的视角，并为孕期异常生长的干预策略开辟了新的研究方向。

叶酸是水溶性B族维生素中的一种，对细胞代谢至关重要，尤其是在DNA合成、修复和甲基化等过程中发挥着不可替代的作用。为了实现其生物功能，叶酸需要被转化为L-5-甲基四氢叶酸（5-MTHF），这是细胞中主要使用的活性形式。在孕期，叶酸的摄入尤为重要，因为它不仅支持胎盘的功能，还直接参与胎儿的快速细胞分裂和组织生长。因此，孕妇对叶酸的需求会增加约50%，推荐的每日摄入量也相应提高至400微克。尽管如此，叶酸缺乏仍然与多种不良妊娠结局相关，如神经管缺陷（NTDs）和胎儿生长受限（FGR）。

神经管缺陷是一种常见的先天性畸形，全球每年约有20万至30万名受影响的婴儿。这种疾病的发生通常与孕期叶酸摄入不足有关，而胎儿生长受限则影响约10%的妊娠，其后果可能包括新生儿的健康问题和长期的发育障碍。研究显示，叶酸补充剂可以有效降低这些风险，但具体的分子机制仍不明确。因此，了解叶酸在胎盘中的转运过程以及其如何受到调控，对于改善孕期叶酸缺乏带来的影响具有重要意义。

胎盘作为母体与胎儿之间物质交换的重要器官，其功能直接影响胎儿的营养供应。叶酸在胎盘中的转运主要依赖于三种关键的转运蛋白：叶酸受体α（FR-α）、质子偶联叶酸转运蛋白（PCFT）和还原型叶酸载体（RFC）。FR-α通过受体介导的内吞作用实现高亲和力的叶酸转运，其最佳工作环境是中性或轻微酸性的pH值。PCFT则是一种糖蛋白，其分子量因糖基化程度而有所不同，主要在酸性pH条件下发挥功能，能够同时转运叶酸和质子。RFC作为一种阴离子交换体，主要在生理pH条件下促进叶酸的摄入。这三种转运蛋白在人类和啮齿类动物的胎盘中均被发现并具有功能，它们可能协同作用以确保叶酸从母体有效输送到胎儿。

mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）是一种关键的细胞信号分子，能够响应营养和生长因子的可利用性，调节基因转录和蛋白质翻译。mTOR存在于两种复合物中：mTORC1和mTORC2。在人类和动物模型中，研究发现胎盘中的mTOR信号通路在胎儿生长受限的情况下受到抑制，而在胎儿过度生长的情况下则被激活。这表明mTOR信号通路在胎儿生长过程中起着重要的调控作用。然而，关于mTOR是否直接调控胎盘叶酸转运的研究尚不充分。

为了进一步探索mTOR对胎盘叶酸转运的影响，研究团队利用了一种基于PiggyBac转座子增强的转基因技术，构建了具有可诱导性、特异性靶向胎盘细胞的mTOR敲除小鼠模型。这种模型通过使用pmhyGENIE-3载体，结合doxycycline诱导的荧光素酶报告系统和靶向mTOR的shRNA，能够在特定时间点和特定细胞类型中实现mTOR的敲除。在该模型中，当mTOR信号被抑制时，胎盘的叶酸转运能力明显下降，导致胎儿叶酸水平降低，从而影响胎儿的正常发育。

具体而言，研究发现，mTOR信号通路的敲除显著减少了胎盘细胞膜中叶酸转运蛋白的表达水平，包括FR-α、RFC和PCFT。尽管这些转运蛋白在胎盘匀浆中表达未受影响，但在胎盘细胞膜中的表达水平下降表明，mTOR可能通过后翻译调控机制影响这些转运蛋白的功能。这种调控可能涉及细胞膜的运输过程，从而影响叶酸在胎盘中的分布和利用。此外，研究还发现，mTOR信号通路的抑制导致胎儿体重和胎盘体重均显著下降，同时胎儿与胎盘体重的比值也受到影响。尽管两组之间的胎盘数量没有明显差异，但胎盘的大小和功能显然受到了影响。

这些结果表明，mTOR信号通路在胎盘叶酸转运中起着积极的调控作用。特别是在孕期晚期，mTOR的抑制可能导致叶酸转运受限，从而影响胎儿的营养供应和正常生长。这为理解胎儿生长受限的发病机制提供了新的线索，即胎盘mTOR信号的抑制可能通过影响叶酸转运而导致胎儿叶酸缺乏，进而影响胎儿的发育和生长。因此，调控胎盘mTOR信号可能成为改善胎儿生长受限的一种潜在策略。

研究团队还提到，这项研究不仅揭示了mTOR在胎盘叶酸转运中的作用，还强调了其在维持胎儿叶酸供应中的重要性。在胎儿生长受限的病例中，胎盘mTOR信号的抑制可能是一个关键因素，它不仅影响胎盘的生长，还可能通过减少叶酸转运而导致胎儿叶酸水平下降。这进一步支持了通过干预胎盘mTOR信号来改善胎儿叶酸供应和生长状况的潜力。

此外，研究中提到的转基因小鼠模型为未来研究提供了重要的工具。这种模型能够在特定条件下实现mTOR的敲除，从而模拟人体内的相关病理过程。通过这种模型，研究人员可以更深入地探讨mTOR信号通路在胎盘功能和胎儿发育中的具体作用，以及如何通过调节这一通路来改善孕期异常生长的情况。这种研究方法不仅有助于理解叶酸缺乏与胎儿生长受限之间的关系，还可能为临床提供新的干预手段。

从伦理和实验方法的角度来看，研究团队遵循了严格的动物实验规范。所有实验均在符合美国国立卫生研究院（NIH）指南的设施中进行，并获得了大学动物伦理委员会的批准。这种规范化的研究流程确保了实验结果的可靠性和科学性，同时也体现了对实验动物的伦理关怀。

在数据支持方面，研究团队提供了详细的实验数据和相关的方法描述，以证明其研究结果的科学性和可重复性。这些数据不仅包括对胎儿和胎盘重量的测量，还包括对叶酸转运蛋白表达水平和叶酸浓度的分析。这些数据的完整性和准确性对于理解mTOR在胎盘叶酸转运中的作用至关重要。

这项研究的意义不仅在于揭示了mTOR在胎酸转运中的作用，还在于为临床提供了新的干预思路。通过调控胎盘mTOR信号，可能可以改善胎儿叶酸供应，从而预防胎儿生长受限和相关的不良妊娠结局。然而，这一研究结果还需要进一步的临床验证，以确定其在人类中的适用性和安全性。

总的来说，这项研究通过构建转基因小鼠模型，揭示了mTOR信号通路在胎盘叶酸转运中的关键作用。研究结果表明，mTOR信号的抑制可能通过影响叶酸转运蛋白的表达和功能，导致胎儿叶酸水平下降，从而影响胎儿的正常生长。这些发现不仅加深了我们对叶酸在孕期作用机制的理解，还为未来的临床干预提供了新的方向。通过进一步研究mTOR信号通路与叶酸转运之间的关系，可能会找到更有效的预防和治疗方法，以改善孕期异常生长的情况。