胎儿期必需氨基酸缺乏通过破坏POMC神经元分化编程下丘脑能量代谢调控回路

本研究针对宫内生长受限(IUGR)与成年代谢紊乱的关联机制，创新性地揭示了妊娠期蛋白质限制(PR)通过降低母体支链氨基酸(BCAAs)水平，选择性抑制下丘脑弓状核ISL1+前体细胞向POMC神经元的分化，同时保留NPY神经元发育。研究采用单细胞转录组测序等技术，发现氨基酸转运体Lat1(Slc7a5)表达异常和mTOR信号通路失调是关键分子机制，为DOHaD理论提供了神经发育层面的新证据。

　　

生命早期的营养环境如何影响成年疾病风险？这个被称为"健康与疾病发育起源"(DOHaD)的科学命题，在代谢疾病领域尤为引人关注。流行病学研究显示，经历过"荷兰饥饿冬季"和"中国三年困难时期"的胎儿，成年后肥胖和糖尿病发病率显著升高。尽管这种现象已被广泛证实，但母体营养缺乏究竟如何"改写"胎儿代谢程序的分子机制，仍是未解之谜。

法国南特大学(Université de Nantes)联合法国国家农业食品与环境研究院(INRAE)的研究团队在《Molecular Neurobiology》发表的最新研究，将目光投向了调控能量代谢的中枢——下丘脑。研究人员建立大鼠妊娠期等热量蛋白质限制(PR)模型(孕前8%，妊娠期4%蛋白)，聚焦胚胎15天(G15)和17天(G17)这两个决定神经元命运的关键窗口期，首次系统揭示了必需氨基酸缺乏如何特异性破坏厌食性POMC神经元的分化程序。

研究采用多组学联用策略：通过单细胞RNA测序解析下丘脑细胞图谱，结合RNAscope空间转录组技术精确定位神经元亚群，辅以EdU标记追踪细胞增殖，Western blot检测mTOR通路活性，并运用焦磷酸测序分析Pomc基因表观遗传修饰。动物模型方面，选用Sprague Dawley大鼠建立IUGR模型，系统监测母体氨基酸谱、甲状腺激素及胎盘效率等参数。

母体蛋白限制重塑胎儿代谢环境
研究显示PR组母体体重增长减少11%，胎儿体重降低5%。质谱分析揭示PR组母体必需氨基酸(EAAs)浓度下降44%，其中支链氨基酸(BCAAs)(亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸)显著缺乏，而非必需氨基酸保持稳定。值得注意的是，PR母体出现甲状腺激素(T₄/T₃)水平异常升高46%，但胎盘Dio3基因表达未受影响，提示胎儿可能通过胎盘屏障规避了甲状腺毒症风险。

单细胞图谱揭示POMC分化缺陷
通过10X Genomics单细胞测序获得G15下丘脑前体细胞图谱，鉴定出6类主要细胞群。差异表达分析显示ISL1⁺前体细胞(POMC神经元来源)占比减少5%，伴随分化关键基因(Dcx、Six3、Sox11)下调。有趣的是，NPY/AgRP前体细胞群仅出现9个差异基因，提示分化通路的选择性脆弱。qPCR验证显示培养的神经球中Pomc表达降低2.3倍，Lat1(Slc7a5)表达异常，暗示氨基酸转运障碍。

神经发生与突触形成受损
EdU标记实验显示PR组神经前体细胞增殖活性无显著改变，但G17神经球体积缩小20%。体外分化实验发现TUJ1⁺成熟神经元减少50%，突触密度降低28%。Western blot揭示G17下丘脑磷酸化S6蛋白(p-S6/S6)水平下降35%，而Akt活性增强57%，表明mTORC1信号通路失调与氧化磷酸化代偿性增强。

表观遗传修饰的微妙变化
焦磷酸测序显示PR组Pomc启动子区7个CpG位点甲基化升高0.5-1.5%，但增强子区(nPE1-3)未见显著改变。这种精细的表观调控可能影响ISL1/NKX2.1等转录因子结合效率，尽管整体甲基化水平不足10%。

这项研究首次阐明妊娠期蛋白质限制通过"氨基酸-mTOR-表观遗传"级联反应，特异性破坏下丘脑POMC神经元分化程序的分子机制。其科学价值在于：1) 为DOHaD理论提供神经元亚群特异性的实验证据；2) 确立BCAAs-mTOR轴在神经发育编程中的核心地位；3) 提示妊娠早期营养干预的时间窗口。研究发现的小幅度DNA甲基化变化尤其值得关注，这可能是代谢疾病跨代传递的表观遗传基础。

临床转化方面，研究为高危孕妇的精准营养干预提供理论依据：支链氨基酸补充或可预防下丘脑发育异常。同时，建立的方法学框架(单细胞测序结合空间转录组)为研究其他脑区的发育编程机制树立了新范式。未来研究可拓展至灵长类模型，并探索产后营养补充能否逆转神经元分化缺陷。