综述：妊娠期家畜关键生化通路：子宫和胎盘发育与功能调控机制

这篇综述系统阐述了家畜妊娠期子宫和胎盘发育的关键代谢调控机制，重点探讨了一碳代谢（OCM）、戊糖循环（PC）、丝氨酸生物合成（serinogenesis）和多胺代谢通路在反刍动物（羊/牛）和猪中的时空特异性调控模式，揭示了母体营养状态与类固醇激素通过这些通路影响胚胎植入和胎盘功能的分子机理，为改善家畜繁殖效率提供了理论依据。

　　

引言

雌性生殖道由输卵管、子宫、宫颈和阴道组成，起源于胎儿期的缪勒氏管。子宫作为关键生殖器官，不仅参与发情周期调控，更为胚胎着床和发育提供微环境。在家畜物种中，子宫形态存在显著差异：灵长类为单子宫体，啮齿类为完全分离的双子宫角，而猪、羊、牛则具有不同程度的双角子宫结构，这种解剖差异直接影响其繁殖策略。

雌性生殖系统发育

子宫的发育始于胎儿期缪勒氏管的形成和融合，其过程受LIM同源框1（Lim1）、空螺旋转录因子2（Emx2）和Wnt家族等关键基因调控。出生后，子宫经历径向模式化形成三层结构：外膜层（perimetrium）、肌层（myometrium）和内膜层（endometrium）。其中内膜层的腺体发生（adenogenesis）是 postnatal 发育的核心事件——猪在4月龄完成腺体网络构建，而羊在出生后56天即达到成年子宫结构。

胎盘发育

家畜胚胎经历独特的伸长过程：反刍动物形成丝状胚泡以扩大表面积，猪则通过绒毛膜-子宫内膜折叠增加交换效率。胎盘类型呈现物种特异性：

• 猪：弥散型上皮绒毛膜胎盘，依赖腺体分泌的组营养（histotroph）通过 areole 结构吸收
• 反刍动物：子叶型合胞体绒毛膜胎盘，其胎盘块（placentome）由母体caruncle与胎儿cotyledon共同构成
• 牛羊差异：羊形成合胞体斑块（syncytial plaques），而牛通过双核滋养层细胞与子宫上皮融合形成三核细胞

关键代谢通路

一碳代谢（OCM）

该通路通过叶酸循环和甲硫氨酸循环耦合，产生核酸合成所需的单碳单元。研究发现：

• 羊：子宫内膜缺乏丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT1/2），但表达甲硫氨酸腺苷转移酶2B（MAT2B），提示其优先分泌甲硫氨酸供胚胎利用
• 牛：孕酮（P4）波动显著影响子宫冲洗液中甲硫氨酸/半胱氨酸通路代谢物
• 猪：妊娠后期添加甲硫氨酸可提高胎盘血管化，但过量导致同型半胱氨酸毒性

戊糖循环

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）是限速酶，产生NADPH和核糖-5-磷酸：

• 牛：孕酮上调子宫上皮G6PDH表达，高生育力母牛该通路显著活跃
• 羊胚胎：优先利用葡萄糖而非果糖进行戊糖循环
• 猪滋养层：高葡萄糖环境诱导GLUT1/4和G6PDH表达协同促进增殖

丝氨酸生物合成

从3-磷酸甘油酸（3PG）合成丝氨酸的三步反应：

• 跨物种比较：羊子宫上皮完整表达磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）、磷酸丝氨酸氨基转移酶（PSAT1）和磷酸丝氨酸磷酸酶（PSPH），而猪胚胎缺乏PSPH导致3-磷酸丝氨酸积累
• 代谢偏好：羊胚胎优先利用葡萄糖合成丝氨酸而非直接摄取，暗示丝氨酸可能参与O-连接糖基化修饰

多胺代谢

精氨酸/脯氨酸衍生的阳离子分子调控细胞增殖：

• 合成途径：羊胎盘含精氨酸酶（ARG）和鸟氨酸脱羧酶（ODC），而猪依赖脯氨酸氧化酶（PO）途径
• 动态变化：妊娠中期羊胎盘多胺合成酶活性达峰，晚期则大量储存于胎液
• 营养干预：母猪日粮添加瓜氨酸可提升胎液多胺浓度，减少胚胎死亡率

通路互作机制

mTOR信号枢纽整合代谢信号：

• 多胺通过TSC2-mTOR促进滋养层蛋白质合成
• 葡萄糖通过己糖胺通路产生UDP-GlcNAc，激活AKT-mTOR促进细胞迁移
• 反刍动物胚胎显示代谢可塑性：当某通路受抑时可启动替代合成途径

结论

家畜子宫-胎盘发育呈现精密的代谢程序化调控，其中OCM提供甲基供体（SAM），戊糖循环支持核苷酸合成，丝氨酸生物合成桥接糖代谢与一碳单元供应，多胺则直接驱动细胞增殖。这些通路的活性受母体营养状态（如甲硫氨酸/胆碱摄入）和生殖激素（P4/IFNT）的时空特异性调控，为开发提高家畜繁殖力的营养干预策略提供了分子靶点。未来研究需深入解析这些通路在胎儿期生殖系统编程中的作用及其跨代表观遗传效应。