蛋氨酸通过ROS-WNT3A/CTNNB1-PIGF-VEGFR1轴促进胎盘血管生成的新机制

《Cell Communication and Signaling》：Methionine induced placental angiogenesis through activating WNT3A/CTNNB1-PIGF-VEGFR1 pathway

本研究针对孕期氧化应激导致的胎盘血管发育异常问题，揭示了蛋氨酸通过增强转硫途径代谢、提升谷胱甘肽(GSH)水平、降低活性氧(ROS)，进而激活WNT3A/CTNNB1信号通路，促进胎盘生长因子(PIGF)表达和VEGFR1磷酸化，最终改善胎盘血管生成的分子机制。该发现为妊娠并发症的营养干预提供了新靶点。

　　

在生命最初的摇篮——胎盘这座精心构建的"生命之桥"上，血管网络的正常发育至关重要。然而，这个敏感器官在孕期极易受到氧化应激的侵袭，导致血管发育异常，进而引发胎儿生长受限、早产等一系列妊娠并发症。据统计，全球约有10%-15%的妊娠受到此类问题的困扰，而目前临床上尚缺乏安全有效的干预手段。

在这背景下，一种名为蛋氨酸的必需氨基酸引起了科学家的关注。这种人体无法自行合成、必须从食物中获取的营养物质，除了作为蛋白质的构建基石外，还在甲基化反应和抗氧化防御中扮演着关键角色。前期研究表明，给妊娠母猪补充蛋氨酸能显著提高仔猪的出生体重和窝重，但背后的分子机制却一直笼罩在迷雾之中。

为了揭开这一谜团，邹宜瑾团队在《Cell Communication and Signaling》上发表了最新研究成果。他们发现，孕期大鼠补充蛋氨酸后，胎盘重量显著增加，胎盘重量变异系数降低，后代出生体重也明显提高。更为重要的是，研究人员通过一系列精巧的实验，描绘出了一条从营养分子到生理功能的完整信号通路：蛋氨酸通过增强转硫途径代谢，促进抗氧化剂谷胱甘肽(GSH)的产生，降低活性氧(ROS)水平，进而激活WNT3A/CTNNB1信号通路。该通路中的关键蛋白CTNNB1能与胎盘生长因子(PIGF)结合，促进VEGFR1的磷酸化，最终驱动胎盘血管内皮细胞的迁移和管状结构形成。

这项研究不仅首次系统阐明了蛋氨酸促进胎盘血管生成的分子机制，更重要的是为临床干预妊娠并发症提供了新的思路——通过精准的营养调控，有望安全有效地改善胎盘功能，守护母婴健康。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：建立孕期大鼠模型进行膳食干预；利用猪髂动脉内皮细胞(PIECs)进行体外实验；通过RNA测序技术筛选差异表达基因；运用蛋白质印迹法检测关键蛋白表达；采用染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)分析转录因子结合位点；通过AlphaFold3预测蛋白质相互作用。

蛋氨酸增强孕期胎盘转硫途径并降低氧化应激

研究人员首先构建了孕期大鼠模型，分别饲喂无蛋氨酸饲料和补充1.0%蛋氨酸的饲料。结果显示，补充蛋氨酸显著增加了妊娠第12、14和18天的胎盘重量，降低了胎盘重量的变异系数。同时，后代出生体重也显著提高。在分子水平上，蛋氨酸 supplementation显著提升了转硫途径关键酶胱硫醚β-合酶(CBS)的表达，增加了谷胱甘肽(GSH)水平，降低了活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)含量，表明蛋氨酸有效增强了胎盘的抗氧化能力。

蛋氨酸增强胎盘抗氧化能力并促进血管生成

通过RNA测序分析发现，蛋氨酸处理显著影响氧化应激反应和血管发育相关基因的表达。基因集富集分析(GSEA)显示，蛋氨酸 supplementation显著富集于"活性氧物种反应调节"和"血管内皮细胞迁移"等通路。在细胞实验中，蛋氨酸处理降低了活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)水平，提高了谷胱甘肽(GSH)含量，而蛋氨酸结构类似物乙硫氨酸则逆转了这些效应。更重要的是，蛋氨酸显著促进了猪髂动脉内皮细胞(PIECs)的迁移和管状结构形成，这一效应同样被乙硫氨酸所抑制。

蛋氨酸通过降低活性氧水平促进胎盘血管细胞血管生成

为了探究活性氧在蛋氨酸调控血管生成中的作用，研究人员使用活性氧诱导剂Rosup处理细胞。结果显示，蛋氨酸能够逆转Rosup诱导的氧化应激，显著提升胎盘生长因子(PIGF)表达和VEGFR1磷酸化水平。而转硫途径抑制剂AOAA则阻断了蛋氨酸的这些效应，表明转硫途径在蛋氨酸调控血管发育中起着关键作用。

蛋氨酸通过WNT3A/CTNNB1信号通路增强血管生成和迁移

WNT3A/CTNNB1信号通路在妊娠维持和胎盘形成中发挥重要作用。研究发现，蛋氨酸 supplementation显著提高了WNT3A和CTNNB1的mRNA和蛋白表达水平，而AOAA处理消除了这一效应。在CTNNB1基因敲除实验中，蛋氨酸对血管细胞迁移和管状形成的促进作用被完全阻断；相反，CTNNB1过表达则显著增强了这些过程，证实了CTNNB1在蛋氨酸调控胎盘血管生成中的核心地位。

蛋氨酸通过PIGF-VEGFR1激活增强血管生成和迁移

VEGFR1是调节血管生成的关键受体。研究发现，CTNNB1基因敲除显著降低了PIGF表达和VEGFR1磷酸化水平，而过表达则产生相反效果。当使用VEGFR1抑制剂axitinib处理细胞时，蛋氨酸对血管细胞迁移和管状形成的促进作用被完全抑制，尽管WNT3A、CTNNB1和PIGF的表达仍保持上调，表明VEGFR1是蛋氨酸调控血管生成的下游关键效应器。

CTNNB1介导PIGF转录和翻译

为了深入探索CTNNB1调控PIGF表达的分子机制，研究人员进行了染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)分析。结果显示，蛋氨酸处理增加了CTNNB1在全基因组范围内的结合位点，特别是在基因启动子区域。Motif分析发现PIGF是蛋氨酸处理组中显著富集的直接靶基因之一。通过AlphaFold3蛋白质结构预测，证实了CTNNB1与PIGF之间存在高置信度的相互作用。染色质免疫沉淀PCR(ChIP-PCR)和双荧光素酶报告基因实验进一步验证了CTNNB1能够直接结合PIGF启动子并增强其转录活性。

这项研究系统阐明了蛋氨酸通过ROS-WNT3A/CTNNB1-PIGF-VEGFR1轴促进胎盘血管生成的分子机制，不仅深化了我们对氨基酸代谢与血管生成调控之间关系的理解，更重要的是为临床防治妊娠并发症提供了新的理论依据和潜在的营养干预策略。值得注意的是，虽然该研究在动物模型和细胞水平取得了重要发现，但将其应用于人类妊娠仍需谨慎，因为人类胎盘结构与啮齿类和猪类存在显著差异。未来研究需要进一步验证这一机制在人类胎盘中的适用性，并探索蛋氨酸补充在病理妊娠条件下的治疗效果。