《Antioxidants》：Blastocyst-Derived Lactic Acid Regulates Uterine Epithelial Receptivity and Stromal Decidualization via the HIF1α-HO-1-Heme Metabolic Axis
编辑推荐：
成功的胚胎着床需要囊胚与子宫上皮在特定的容受性时间窗内进行密切的串话(crosstalk)，然而介导哺乳动物这一过程的代谢信号仍知之甚少。本研究利用妊娠小鼠、原代子宫细胞培养和子宫上皮类器官，检测了血红素加氧酶-1(HO-1)在小鼠胚胎着床和蜕膜化过程中的调控
成功的胚胎着床需要囊胚与子宫上皮在特定的容受性时间窗内进行密切的串话(crosstalk)，然而介导哺乳动物这一过程的代谢信号仍知之甚少。本研究利用妊娠小鼠、原代子宫细胞培养和子宫上皮类器官，检测了血红素加氧酶-1(HO-1)在小鼠胚胎着床和蜕膜化过程中的调控与功能。研究人员证明，胚胎来源的乳酸通过低氧诱导因子1α(HIF1α)-血红素加氧酶-1(HO-1)信号轴驱动血红素分解代谢并调控小鼠上皮容受性。具体而言，乳酸通过促进von Hippel-Lindau(VHL)蛋白的核仁隔离和下调PHD2/3来稳定HIF1α，从而诱导子宫上皮细胞中HO-1的表达。此外，乳酸抑制转录抑制因子BACH1，进一步促进HO-1诱导。在生理性血红素水平下，HO-1来源的胆红素通过增加磷酸化STAT3(p-STAT3)和下调MUC1促进上皮容受性。低剂量氯高铁血红素(hemin)促进上皮容受性和蜕膜化，而高剂量hemin则抑制这些过程。在小鼠中，药理学抑制HO-1可显著减少着床位点数，确立了该通路的必要性功能。然而，当血红素水平超过HO-1的调控能力时，会出现以p-STAT3降低和MUC1升高为特征的上皮功能障碍，最终破坏着床。与此一致，通过口服灌胃使小鼠慢性暴露于血红素可增加子宫血红素水平并上调BACH1，从而抑制HO-1，使子宫进入非容受状态，导致着床失败。研究人员的发现定义了一个乳酸-HIF1α-HO-1-血红素代谢检查点，该检查点将糖酵解信号与血红素调控及子宫内膜容受性偶联。该检查点的失调可能导致与血红素应激相关的着床障碍，为血红素应激相关的子宫容受性失败提供了机制性见解。
胚胎着床是妊娠建立的关键步骤，涉及囊胚与子宫上皮在容受性窗口期内的精密互作，着床失败可导致反复着床失败、复发性流产和子痫前期等不良妊娠结局。尽管调控早孕的激素和转录网络已被广泛研究，但介导母胎互作的胚胎来源代谢信号仍不清楚。血红素(heme)是一种强促氧化的损伤相关分子模式(DAMP)，可从受损血管和损伤细胞中释放，过量游离血红素可诱导上皮功能障碍并放大无菌性炎症。血红素加氧酶-1(HO-1)是降解游离血红素的主要酶，可将血红素分解为胆绿素、一氧化碳和亚铁离子，在维持细胞氧化还原稳态中发挥核心作用。HO-1对小鼠妊娠维持至关重要，但其在着床窗口期的转录调控机制及游离血红素损伤母胎界面的途径尚不明确。已知低氧诱导因子1α(HIF1α)是Hmox1的直接转录激活因子，而BACH1是Hmox1的转录抑制因子；着床期子宫的糖酵解转变产生乳酸(lactic acid)，但乳酸是否通过HIF1α-HO-1轴调控血红素稳态和子宫容受性尚待验证。
研究人员利用妊娠/假孕小鼠模型、延迟着床与激活模型、原代子宫上皮细胞(mEECs)和基质细胞培养、子宫腔上皮类器官(organoids)，结合药理学干预(ZnPP抑制HO-1)和慢性hemin口服灌胃饮食模型，系统解析了乳酸-HIF1α-HO-1-血红素代谢轴在小鼠胚胎着床与蜕膜化中的作用。研究发现：囊胚来源的乳酸是诱导子宫上皮HO-1的主要旁分泌信号；乳酸通过下调PHD2/3和促进VHL核仁隔离双重机制稳定HIF1α，并通过抑制转录抑制因子BACH1解除对Hmox1的转录抑制；HO-1介导的血红素分解产物胆红素通过上调p-STAT3、下调MUC1促进上皮容受性；低剂量hemin促进容受性和蜕膜化，高剂量hemin则抑制这些过程；慢性饮食血红素过量可导致BACH1累积、HO-1受抑，使子宫处于非容受状态而致着床失败。该研究首次定义了由胚胎启动的代谢检查点，为血红素应激相关着床障碍提供了机制见解，论文发表在《Antioxidants》。
主要技术方法包括：(1)小鼠模型：ICR小鼠(购自湖南斯诚景达实验动物有限公司)，包括正常妊娠/假孕、延迟着床与激活、卵巢切除(OVX)小鼠宫角注射、人工蜕膜化、ZnPP抑制HO-1及慢性hemin灌胃模型；(2)原代细胞与类器官：分离小鼠原代子宫内膜上皮细胞和基质细胞并建立子宫腔上皮类器官；(3)分子检测：Western blot、qPCR、免疫荧光、TSA多重免疫荧光、ELISA、乳酸比色及LysoSensor Green酸性探针染色；(4)生物信息学：利用JASPAR数据库预测Hmox1启动子HIF1α结合位点。
3.1 胚胎信号选择性诱导着床期小鼠子宫HO-1：Western blot和免疫荧光显示，妊娠第4天(D4)子宫HO-1蛋白水平显著高于假孕D4；第5天着床位点(IS)的HO-1显著高于非着床位点(NS)，且主要定位于腔上皮，而组成型HO-2无明显变化；延迟着床模型中雌激素激活12h后HO-1显著升高，证明囊胚参与诱导子宫HO-1。
3.2 胚胎来源乳酸诱导子宫上皮HO-1并参与管腔酸化：重组TNF或CTSB不能诱导mEECs中HO-1，而乳酸处理浓度依赖性上调HO-1；妊娠D4子宫组织匀浆中乳酸水平和总LDH蛋白显著高于假孕，LDHA和乳酸受体GPR81在胚胎周围腔上皮高表达；LysoSensor Green探针显示妊娠子宫腔上皮进行性酸化，V-ATP酶亚基ATP6V1A/ATP6V1B2表达上调，表明胚胎来源乳酸驱动HO-1诱导和管腔酸化。
3.3 着床期低氧通过HIF1α诱导子宫上皮HO-1：JASPAR预测Hmox1启动子含3个HIF1α结合位点；化学性低氧模拟剂CoCl2和生理性低氧(3.5% O
2)均可稳定HIF1α并诱导HO-1，表明着床期低氧微环境可通过HIF1α支持HO-1表达。
3.4 乳酸通过下调PHD2/3和VHL核仁隔离稳定HIF1α并抑制BACH1驱动HO-1表达：乳酸(8–16 mM)浓度依赖性上调HIF1α和HO-1，同时下调PHD2、PHD3和VHL蛋白，并促进VHL与核仁标志物NCL共定位；乳酸特异性抑制BACH1(CoCl2和低氧无此效应)，BACH1抑制剂HPPE可显著上调HO-1；OVX小鼠宫角注射乳酸验证了该调控轴在体内成立。
3.5 乳酸动员血红素并上调着床期子宫HCAR2：妊娠D4子宫组织匀浆和管腔液中heme和血红蛋白(Hb)水平升高；OVX小鼠宫角注射乳酸3h内显著升高管腔液heme和Hb；mEECs中乳酸处理增加培养上清heme含量，机械划伤模拟组织重塑可动员heme，ZnPP抑制HO-1后heme进一步升高；heme受体HCAR2在妊娠D4腔上皮和D5囊胚高表达，提示存在双向heme通讯。
3.6 HO-1介导的血红素分解及胆红素生成调控子宫容受性和蜕膜化：低剂量hemin(0.25 μM)增加p-STAT3和AREG并降低MUC1，促进容受性；高剂量hemin(25 μM)则相反并伴随HO-1过度诱导，ZnPP预处理可减轻该功能障碍；假孕小鼠宫角注射hemin可诱导明显蜕膜瘤(deciduoma)形成，低剂量hemin促进基质细胞体外蜕膜化(Prl8a2上调)，高剂量抑制；胆红素处理mEECs和类器官可上调p-STAT3和AREG、下调MUC1并促进蜕膜化，但不影响BACH1，表明HO-1产物胆红素介导其保护作用。
3.7 慢性血红素过量破坏子宫容受性并损害胚胎着床：D4妊娠小鼠宫角注射ZnPP显著减少D5着床位数，证明HO-1为着床所必需；连续4周hemin灌胃的小鼠交配后D5和D8着床位数显著减少，D4子宫heme水平升高，BACH1上调而HO-1下调，p-STAT3和AREG降低、MUC1升高，子宫处于非容受状态，表明慢性饮食血红素过量通过破坏BACH1-HO-1平衡导致着床失败。
讨论部分指出，该研究确立了一个由胚胎信号协调母体子宫适应的代谢轴：乳酸是诱导腔上皮HO-1的主要胚胎旁分泌信号，通过PHD2/3下调和VHL核仁隔离稳定HIF1α，并特异解除BACH1对Hmox1的抑制。HO-1介导的血红素分解产生胆红素，促进上皮容受性和蜕膜化。heme发挥"代谢恒流器"作用：低剂量(0.25 μM)接近内源活性血红素池水平，促进适应性信号；高剂量(25 μM)超过HO-1的适应能力，诱发氧化应激和细胞损伤。慢性饮食heme暴露使子宫heme累积超过HO-1清除能力，导致BACH1累积和HO-1受抑，损害子宫容受性，提示饮食heme是着床失败的可预防风险因素。研究局限性包括：结论基于小鼠模型，能否外推至人类未知；部分实验样本量较小(n=3)。研究结论为：囊胚来源的乳酸驱动子宫腔上皮HO-1表达；机制上乳酸通过PHD2/3下调和VHL核仁隔离稳定HIF1α，同时解除BACH1对HO-1的抑制；该HIF1α-HO-1轴由胚胎来源乳酸和生理性低氧激活；HO-1介导的血红素分解产生胆红素，促进上皮容受性和蜕膜化；低剂量hemin促进上述过程，而高剂量hemin或慢性饮食血红素损害着床。这些数据定义了一个由胚胎启动的代谢检查点，保障子宫血红素
