妊娠不同阶段人胎盘中外源物与营养素转运蛋白的蛋白质组学特征分析

《Clinical Pharmacology & Therapeutics》：Proteomic Profiling of Xenobiotic and Nutrient Transporters in Human Placenta of Different Gestational Ages

摘要 胎盘在胎儿营养摄取和废物清除中发挥关键作用。胎盘还负责母体与胎儿血液之间外源性物质（包括药物）的摄取和/或交换。据估计，40%–80%的女性在妊娠期间服用药物或毒品。目前对于妊娠期间胎儿药物和营养素暴露情况及其如何随胎儿发育进程而变化知之甚少。本研究旨在表征妊娠全过程中胎盘组织中转运蛋白的丰度，这些蛋白在调节胎儿营养素和药物暴露方面至关重要。研究人员采用基于质谱的全局蛋白质组学方法，对来自早期妊娠、中期妊娠和足月胎盘的胎盘组织样本中的蛋白质相对丰度进行了分析。分析共检测到6331种蛋白质，其中包括139种溶质载体（solute carrier, SLC）和ATP结合盒（ATP-binding cassette, ABC）转运蛋白，其中有80种在每个样本中均被定量。总体而言，与足月胎盘组织相比，早期妊娠收集的胎盘组织中膜相关蛋白（包括SLC和ABC转运蛋白）显著富集。本研究全面描绘了妊娠期间膜相关蛋白质组的变化，并在多个转运蛋白家族中识别出与妊娠年龄相关的显著丰度变化。这些数据为后续理解胎儿对母体血液循环中外源物和营养素暴露的研究提供了关键信息。

论文解读：妊娠不同阶段人胎盘中外源物与营养素转运蛋白的蛋白质组学特征分析

一、研究背景与目的

胎盘是连接母体与胎儿的关键器官，负责向胎儿输送营养物质和代谢中间产物，同时将胎儿代谢废物排出至母体，并减少胎儿对外源性有害化合物（如母体摄入的药物）的暴露。据统计，约73%的美国孕妇在妊娠期间至少服用一种药物（不包括维生素、补充剂和疫苗），其中55%在早孕期即开始用药，然而许多药物在母胎安全性、有效性和药代动力学方面的数据仍然匮乏。此外，胎盘也是母胎间营养素转运的关键场所。随着妊娠进展，胎盘发生显著重塑以适应胎儿生长发育，营养素转运蛋白表达的改变是确保胎儿正常成熟所必需的，其表达失衡已被证实与胎儿生长异常（如宫内生长受限或巨大儿）相关。

胎盘屏障中负责分子转运的两类主要转运蛋白是溶质载体（solute carrier, SLC）超家族和ATP结合盒（ATP-binding cassette, ABC）超家族。提高对不同妊娠阶段胎盘中SLC和ABC转运蛋白丰度的定量认识，有助于临床开发适用于孕妇的治疗药物，使研发者和监管机构能够更可靠地预测胎儿暴露风险、在各孕期合理调整剂量，并确定哪些药物类别和营养素可能受特定转运蛋白的限制或促进。以往虽有研究利用RNA方法建立了胎盘中SLC和ABC家族成员的表达谱，但RNA丰度与组织蛋白浓度之间存在公认的局限性。靶向蛋白质组学虽选择性高、灵敏度好，但仅能测量少数几个目标蛋白。而数据依赖性采集（data-dependent acquisition, DDA）蛋白质组学虽大幅增加了鉴定蛋白数量，但其依赖“Top n”策略选择前体肽段，易偏向高丰度或易电离蛋白，且无法提供复杂样本中的相对定量。鉴于人类SLC和ABC转运蛋白总数约450种，而绝大多数在胎盘中的蛋白水平数据缺失，因此本研究采用数据非依赖性采集（data-independent acquisition, DIA）蛋白质组学这一非靶向方法，以更全面地鉴定和定量各孕期的胎盘转运蛋白。

二、研究方法概述

研究人员从华盛顿大学出生缺陷研究实验室获取了早期妊娠（T1，平均75天，n=16）、中期妊娠（T2，平均118天，n=9）胎盘，并从华盛顿大学分娩单元获取足月剖宫产胎盘（n=9）。所有组织均为无并发症妊娠样本，收集于2024年之前。研究人员采用标准微粒体制备法分离胎盘组织膜组分，经胰蛋白酶消化后，利用单锅固相增强样品制备技术（SP3）处理肽段，随后进行DIA质谱分析。数据分析采用EncyclopeDIA软件，以整个人类蛋白质组FASTA文件（Uniprot，2023年11月下载）进行检索，最终使用Skyline软件过滤肽段匹配结果，要求每个蛋白至少有一条唯一肽段、每条前体至少有三个过渡离子且最小dotp评分≥0.8。统计分析和差异表达分析在R环境下完成，采用经验贝叶斯方法和Benjamini-Hochberg假发现率校正，基因本体论（Gene Ontology, GO）分析使用ShinyGO软件。

三、研究结果

相对丰度变化及胎儿发育期间所有胎盘蛋白的通路分析

研究人员分析了34份胎盘样本的膜组分，共鉴定出6331种通过筛选标准的蛋白，其中4210种在每个样本中均有检出。差异分析显示，即使T1与T2之间的年龄差距较小，仍有超过50种蛋白呈现显著差异表达（两倍变化）。T1与足月样本的比较中发现了最多数量的显著差异表达膜相关蛋白，这也对应着最大的年龄跨度。主成分分析（principal component analysis, PCA）表明样本按孕龄分组，PLAP（碱性磷酸酶，胎盘型）和AFP（甲胎蛋白）强烈区分早晚期妊娠年龄，PSG9（妊娠特异性β1-糖蛋白9）和ADAM15（去整合素金属蛋白酶结构域蛋白15）的丰度变化则较为平缓。

各孕期转运蛋白特异性变化揭示代谢趋势

在SLC和ABC转运蛋白家族中，最大的丰度差异存在于T1与足月之间，更多转运蛋白在T1中显著高表达。大多数随妊娠变化的转运蛋白属于SLC家族，ABC家族中仅ABCB1（P-gp）和ABCG2（BCRP）在T1和T2中显著高于足月。具体来看，参与有机阴离子和维生素转运的SLCO2A1（OATP2A1）和SLC5A6（SMVT）从T1到足月丰度增加；参与脂肪酸转运的SLC27A1（FATP1）和SLC27A2（FATP2）在T2期间丰度升高。葡萄糖转运蛋白SLC2A1（GLUT1）丰度随妊娠显著上升，而SLC2A3（GLUT3）呈下降趋势，SLC2A8（GLUT8）也表现出妊娠年龄相关的下调。氨基酸转运蛋白方面，SLC38A7（SNAT7）在T1中表达高于足月，SLC3A2（CD98）与SLC7A5（LAT1）或SLC7A8（LAT2）形成的复合物负责转运大分子中性氨基酸。ABC家族成员大多呈从T1到足月的下降趋势，其中ABCB1和ABCG2分别下降了68%和59%。与既往靶向蛋白质组学研究相比，多种转运蛋白从T1到足月的变化趋势一致，验证了DIA方法的定量可靠性。

四、讨论与结论

本研究首次利用DIA-MS蛋白质组学对人胎盘膜相关蛋白进行了全局性表征。差异分析表明，胎盘蛋白丰度变化的主要特征是孕龄。GO分析显示，各孕期相关的生物学过程反映了日益复杂的组织生长和代谢需求。PCA突出了AFP和PLAP等已知在妊娠中表达相反的蛋白。SLC转运蛋白在足月样本中富集的种类涉及更复杂分子的跨膜运输，如维生素转运（SLC5A6）和前列腺素转运（SLCO2A1）。SLC27A1和SLC27A2在T2中的富集与胎儿在此阶段的脂肪酸摄取增加一致。葡萄糖转运蛋白的变化符合胎儿能量需求增加的规律：SLC2A1上调以满足增长的需求，SLC2A3因早期缺氧环境改善而下调。氨基酸转运蛋白的变化与mTORC1通路感知氨基酸可用性的调控机制相关。ABC转运蛋白的普遍下调趋势，特别是ABCB1和ABCG2的显著降低，可能影响足月时胎儿对外源物的暴露风险。

研究结论：这项工作揭示了妊娠期间胎盘转运蛋白的特定调控模式，许多主要变化与胎儿生长和代谢相关，但各转运蛋白家族内部存在细微差异。该数据集为进一步改进孕妇治疗药物和营养素给药的临床开发奠定了重要基础，也为未来建立母胎生理药代动力学（maternal-fetal physiologically based pharmacokinetic, m-f PBPK）模型提供了关键的相对丰度信息起点。