氨基酸限制通过抑制TGFβ-SMAD信号通路损害人子宫内膜基质细胞蜕膜化及其被脯氨酸补充挽救的机制研究

本研究发现氨基酸限制（通过Halofuginone模拟）会显著抑制人子宫内膜基质细胞（HESC）的蜕膜化过程，表现为关键标志物IGFBP-1和PRL表达下降、TGFβ-SMAD信号通路受阻。值得注意的是，补充脯氨酸而非亮氨酸可逆转这一抑制效应。该研究揭示了氨基酸可利用性（特别是脯氨酸）在子宫内膜重塑、胚胎植入和妊娠维持中的核心作用，为营养相关妊娠并发症（如胎儿生长受限、子痫前期）提供了新的机制见解和治疗策略。

　　

引言

母体营养在成功妊娠和胎儿发育中扮演关键角色。氨基酸可用性不足会损害胎盘功能并导致妊娠并发症。蜕膜化是子宫内膜基质细胞（HESC）转化为蜕膜细胞的过程，对胚胎植入和胎盘发育至关重要。该过程受到环磷酸腺苷（cAMP）和孕酮的驱动，并涉及多种生长因子和转录因子（如FOXO1、HAND2）的调控。TGFβ超家族信号（包括SMAD蛋白）在子宫内膜细胞生长、粘附和命运决定中起重要作用。然而，氨基酸限制对蜕膜化的影响及其机制尚不明确。

材料与方法

研究使用永生化HESC细胞系（来自ATCC和Applied Biological Materials），通过在含medroxyprogesterone（MPA）和8-Br-cAMP的培养基中培养诱导蜕膜化。采用Halofuginone（HF）模拟氨基酸限制状态，并分别补充脯氨酸或亮氨酸进行挽救实验。通过免疫荧光、Western blot、qPCR、ELISA和RNA测序评估蜕膜化标志物（IGFBP-1、PRL）、信号通路激活和转录组变化。采用荧光素酶报告基因实验检测TGFβ-SMAD信号活性，并使用HEK293T细胞验证通路特异性。

结果

验证HESC蜕膜化模型

HESC在蜕膜化培养基中培养6–8天后出现形态学改变，从纺锤形转变为上皮样多边形细胞。IGFBP-1及其磷酸化形式（Ser101）的分泌显著增加，同时IGFBP1、PRL、FOXO1和HAND2的mRNA表达上调，证实模型有效性。

HF抑制蜕膜化

HF处理以剂量依赖方式降低IGFBP-1分泌和磷酸化水平，并抑制IGFBP1、PRL和FOXO1的基因表达，但不影响HAND2，表明HF通过HAND2非依赖机制干扰蜕膜化。

脯氨酸特异性挽救蜕膜化

补充脯氨酸（2 mM）而非亮氨酸可逆转HF对IGFBP-1分泌和基因表达的抑制。亮氨酸剥夺实验同样损害蜕膜化，表明蜕膜化需要多种氨基酸参与，但HF的作用主要通过脯氨酸特异性机制实现。

HF影响蜕膜化相关通路

RNA测序显示，HF处理使基因表达谱更接近未蜕膜化细胞。通路分析表明，HF富集了血管生成、mTORC1信号和非折叠蛋白反应等通路。差异表达基因分析显示，HF抑制了多个生长因子（如IGF1、IGF2、HGF、PDGFD、KITLG）的表达，同时上调了VEGFA、VEGFC和NGF。

HF破坏TGFβ-SMAD信号

蜕膜化过程中TGFβ-SMAD信号通路成员（如SMAD9、ID1、ID3、ID4）表达上调，而HF处理抑制了这一趋势。荧光素酶报告实验证实HF抑制TGFβ1诱导的SBE激活，而脯氨酸补充可恢复该信号活性。免疫荧光显示，蜕膜化中SMAD4核转位增加，HF处理则使其滞留于胞质。

网络分析揭示HF调控的多功能模块

基因互作网络表明，HF影响的基因涉及细胞分化、粘附、运动和血管生成等功能，进一步证实了氨基酸可用性在子宫内膜重塑中的广泛作用。

讨论

本研究首次系统揭示了氨基酸限制通过抑制TGFβ-SMAD信号通路损害HESC蜕膜化的机制，并发现脯氨酸具有特异性挽救作用。这不仅深化了对营养-信号通路互作在妊娠中作用的理解，也为临床干预营养相关妊娠并发症（如胎儿生长受限、子痫前期）提供了新靶点。尽管研究依赖于细胞模型，但动物实验和临床数据均支持脯氨酸在妊娠中的重要性。未来需在原发性细胞和体内模型中进一步验证这些发现，并探索脯氨酸补充在临床中的应用潜力。