精氨酸甲基转移酶PRMT1通过调控表观遗传平衡维持滋养层干细胞命运以预防早期妊娠丢失

《Journal of Animal Science》：41?Arginine methyl transferase and epigenetic equilibrium in trophoblast development to prevent early pregnancy loss

本研究针对复发性流产（RPL）中滋养层祖细胞发育异常的机制展开探索。研究人员聚焦精氨酸甲基转移酶PRMT1这一关键表观遗传调控因子，利用人源滋养层干细胞（hTSC）和基因工程小鼠模型，揭示了PRMT1通过调节组蛋白精氨酸4甲基化水平，维持滋养层干细胞自我更新与分化的平衡，其缺失会导致TEAD4丢失和滋养层祖细胞耗竭，最终引发妊娠失败。该研究为理解RPL的分子 pathogenesis 提供了新视角。

　　

生命的起始是一个精妙而脆弱的过程，尤其是在怀孕早期，胚胎需要成功植入子宫并形成功能正常的胎盘，才能获得持续的养分和氧气供应。然而，约有2.5%的女性会经历复发性妊娠丢失（Recurrent Pregnancy Loss, RPL）的痛苦，即连续两次或两次以上临床确认的妊娠失败。尽管RPL对女性身心健康影响巨大，但其背后的分子机制，特别是早期胎盘前体细胞——滋养层细胞的发育和分化异常，在很大程度上仍是一个未解之谜。胎盘的形成依赖于滋养层干细胞（Trophoblast Stem Cells, TSCs）的精确调控，这些细胞能够分化为两种关键的滋养层亚型：侵入子宫壁的绒毛外滋养层细胞（Extravillous Trophoblasts, EVT）以及负责激素分泌和物质交换的合体滋养层细胞（Syncytiotrophoblasts, ST）。这个分化过程的平衡一旦被打破，就可能导致妊娠并发症，包括流产。近年来，表观遗传调控，即不改变DNA序列而影响基因表达的机制，在发育和疾病中的作用日益受到重视。其中，蛋白质精氨酸甲基化（Protein Arginine Methylation）是一种重要的表观遗传修饰，而精氨酸甲基转移酶1（Protein Arginine Methyltransferase 1, PRMT1）是催化这一反应的关键酶。已有研究表明PRMT1在哺乳动物胎盘发育中扮演重要角色，但其在人类RPL，特别是在调控滋养层干细胞命运抉择中的具体功能和分子机制，尚不清楚。

为了回答上述问题，美国堪萨斯大学病理学与检验医学、生殖与发育科学系的Soumen Paul教授及其团队进行了一项深入的研究，其成果发表在《Journal of Animal Science》上。研究人员旨在阐明PRMT1如何作为“守门员”来维持滋养层祖细胞库并平衡其向不同谱系分化的倾向，从而防止早期妊娠丢失。

本研究主要采用了以下几项关键技术方法：首先，研究样本来源于经患者同意的选择性终止妊娠的废弃早期妊娠胎盘组织以及特发性RPL患者的胎盘组织。其次，研究人员利用了基因工程小鼠模型，包括通过Knockout Mouse Project获得的Prmt1 tm1a(EUCOMM)Wtsi小鼠（携带knock-out first等位基因）以及通过与该小鼠杂交获得的Prmt1条件性敲除小鼠。此外，研究还使用了人滋养层干细胞（human Trophoblast Stem Cells, hTSCs）进行体外功能验证和机制探索。最后，通过分子生物学技术分析了PRMT1对组蛋白精氨酸4甲基化（H4R4 methylation）等表观遗传标记以及下游关键基因转录的调控作用。

结果一：RPL患者胎盘组织中PRMT1表达降低

研究人员首先对比了正常早期妊娠胎盘和特发性RPL患者胎盘的基因表达情况。他们发现，在RPL患者的胎盘组织中，尤其是在滋养层祖细胞群体中，PRMT1的表达水平显著降低。这一发现将PRMT1的表达缺陷与人类RPL的病理过程直接联系起来，提示PRMT1功能异常可能是导致妊娠失败的一个重要因素。

结果二：PRMT1对于维持滋养层祖细胞和妊娠进展至关重要

为了验证PRMT1的功能，研究团队在基因工程小鼠模型和人滋养层干细胞（hTSCs）中进行了功能丧失性研究。结果表明，PRMT1的缺失会导致小鼠胚胎在E7.5天（胚胎发育第7.5天）时出现滋养层祖细胞的丢失，严重影响妊娠的继续。同样，在hTSCs中敲低PRMT1后，细胞的自我更新能力受损，而倾向于提前分化为合体滋养层细胞（ST），表现为ST相关转录程序的异常激活。这些结果在两种物种模型中都证实了PRMT1对于维持滋养层祖细胞库和正常妊娠进程是不可或缺的。

结果三：PRMT1通过表观遗传机制调控关键基因转录

机制层面的探索揭示了PRMT1发挥作用的具体方式。PRMT1作为一种表观遗传修饰酶，能够催化组蛋白H4第3位精氨酸的非对称性二甲基化（H4R3me2a，这是组蛋白精氨酸甲基化的一种形式）。研究人员发现，PRMT1通过这种修饰，直接调控一系列对滋养层细胞命运决定至关重要的基因的转录活性。具体而言，PRMT1能够结合到这些基因的染色质区域，通过改变局部的染色质状态（开放或关闭）来影响基因的表达。

结果四：PRMT1缺失导致Hippo通路关键因子TEAD4表达下调

在寻找PRMT1下游的关键效应分子时，研究人员注意到，在PRMT1表达受损的RPL胎盘组织和PRMT1敲低的hTSCs中，TEAD4的表达均显著下降。TEAD4是Hippo信号通路中的一个重要转录辅因子，该通路在调控细胞增殖、分化和器官大小中起核心作用。TEAD4的丢失很可能介导了PRMT1缺失所引起的滋养层干细胞自我更新能力下降和异常分化。这表明PRMT1-TEAD4轴可能是连接表观遗传调控与细胞命运决定的关键环节。

综上所述，本研究得出了几个核心结论。首先，PRMT1的表达减少与人类特发性复发性妊娠丢失密切相关。其次，PRMT1在进化上具有保守性，对于小鼠和人类滋养层祖细胞的维持都至关重要，其缺失会导致祖细胞耗竭和妊娠失败。第三，PRMT1通过其甲基转移酶活性，调控组蛋白精氨酸甲基化水平，进而影响下游关键基因（如TEAD4）的转录，从而像“守门员”一样维持着滋养层干细胞自我更新与分化的平衡。最后，PRMT1功能的破坏会打破这种表观遗传平衡，促使干细胞过早地向合体滋养层分化，最终导致胎盘发育缺陷。

这项研究的意义重大。它不仅首次在人类RPL背景下系统地揭示了PRMT1在滋养层发育中的核心作用，还阐明了其通过表观遗传机制调控细胞命运抉择的具体分子通路（PRMT1-组蛋白甲基化-TEAD4）。这些发现为理解RPL的发病机制提供了新的理论依据，并可能为未来开发针对早期妊娠丢失的诊断标志物或干预策略提供了潜在的靶点。通过聚焦于表观遗传的“平衡”理念，该研究强调了维持滋养层干细胞多能性微环境的重要性，为生殖医学和发育生物学领域做出了重要贡献。