Cell Metabolism文獻(xiàn)解讀：蛻膜TMAO代謝失調(diào)可導(dǎo)致反復(fù)自發(fā)性流產(chǎn)

2026年1月8日，上海交通大學(xué)趙健元、李博、復(fù)旦大學(xué)金莉萍，上海國際和平婦幼保健院李明清共同通訊在Cell Metabolism（IF=30.9）在線發(fā)表題為Endometrial stromal cell-derived TMAO sustains decidualization to prevent recurrent spontaneous abortion的研究論文。

該研究首次揭示子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞合成的三甲胺N-氧化物（TMAO）在維持胚胎早期發(fā)育所需的“子宮內(nèi)膜準(zhǔn)備”過程中發(fā)揮決定性作用，為臨床上復(fù)發(fā)性流產(chǎn)提供了一種潛在的治療方法。

南模生物為該研究提供了Pgr-Cre（NM-KI-200117）子宮特異性表達(dá)Cre工具鼠

反復(fù)自發(fā)性流產(chǎn)（RSA）被定義為在孕早期連續(xù)流產(chǎn)兩次或以上，影響約2%的孕婦及其伴侶，并帶來經(jīng)濟負(fù)擔(dān)以及心理創(chuàng)傷。在致病因素中，子宮蛻膜化異常被認(rèn)為是導(dǎo)致RSA的重要原因。

蛻膜化是一個重塑過程，其中子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞（ESC）將成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞轉(zhuǎn)化為大的多邊形細(xì)胞，通常稱為蛻膜基質(zhì)細(xì)胞（DSC）。DSC分泌催乳素（PRL）和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-1（IGFBP1），它們是蛻膜化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，已被廣泛用作人類蛻膜化的標(biāo)志。

蛻膜化涉及細(xì)胞信號網(wǎng)絡(luò)和代謝途徑的復(fù)雜重新編程。通過營養(yǎng)干預(yù)調(diào)整代謝動態(tài)，從而調(diào)控蛻膜化，成為了減輕RSA風(fēng)險的一種干預(yù)思路。

在代謝方面，膽堿及其代謝物參與體內(nèi)多種重要過程。其中，研究發(fā)現(xiàn)，三甲胺N-氧化物（TMAO）在懷孕期間的需求大幅增加，但其具體生理或病理功能仍不清楚。

1 膽堿和TMAO濃度的下調(diào)與RSA相關(guān)
研究者采集了38例RSA患者和38名因非醫(yī)學(xué)原因終止妊娠的臨床正常妊娠個體樣本，通過核磁共振的非靶向代謝組分析，觀察兩者的代謝差異。結(jié)果表明，在RSA病例的胎盤基底膜中，膽堿相關(guān)代謝產(chǎn)物，包括膽堿、磷酰膽堿、甘油磷膽和TMAO顯著低于對照組，而在絨毛組織與血漿樣本中進行了相關(guān)分析非發(fā)現(xiàn)明顯差異。這表明與復(fù)發(fā)性流產(chǎn)相關(guān)的并非飲食誘導(dǎo)的代謝差異，而是胎盤基底膜中局部產(chǎn)生的膽堿相關(guān)代謝物豐度降低。

2 TMAO促進了蛻膜化過程
研究者從健康個體子宮內(nèi)膜樣本中分離出人原代胚胎干細(xì)胞（HpESCs），并通過體外誘導(dǎo)將ESCs分化為DESCs，其特征為胎盤基質(zhì)標(biāo)志物PRL和IGFBP1顯著上調(diào)。

膽堿相關(guān)代謝產(chǎn)物中，研究者發(fā)現(xiàn)僅TMA和TMAO顯著上調(diào)IGFBP1和PRL的表達(dá)，且TMAO和TMA均能促進HpESCs體外蛻膜化進程（圖B-C）。
 

隨后，研究者將FMO抑制劑I3C加入小鼠飲食中，通過抑制肝臟代謝，降低肝臟與子宮中的TMAO濃度。在妊娠第10.5天，I3C組小鼠出現(xiàn)明顯胚胎流失傾向、胚胎體重降低以及Dtprp表達(dá)下降的蛻膜化障礙（圖D-G）。

此外，標(biāo)準(zhǔn)飼料喂養(yǎng)小鼠的子宮TMAO濃度隨妊娠天數(shù)增加而升高，并在妊娠第10.5天達(dá)到峰值，與實驗組出現(xiàn)表型時間吻合。隨后研究者采用膽堿缺乏飼料喂養(yǎng)以限制TMAO生成。小鼠隨機分配至標(biāo)準(zhǔn)飲食組（StD）、膽堿缺乏飲食組（CDD）或補充0.5% TMAO的CDD組。在妊娠第10.5天時，與StD組相比，CDD組胚胎吸收率升高，補充TMAO后該現(xiàn)象得到逆轉(zhuǎn)，且CDD組Dtprp表達(dá)顯著降低（圖H-J）。

為探究TMAO在蛻膜化過程中的作用，通過在三種不同飲食中添加芝麻油誘導(dǎo)假性蛻膜化反應(yīng)。CDD組小鼠對刺激反應(yīng)減弱，導(dǎo)致其滋養(yǎng)層瘤體積小于對照組。但補充TMAO可有效挽救該表型（圖K和L）。

這些結(jié)果表明妊娠小鼠子宮內(nèi)TMAO濃度下降會導(dǎo)致不良妊娠結(jié)局，妊娠第10.5天顯著提高胎盤基底膜中的TMAO水平可預(yù)防流產(chǎn)。綜上，TMAO（而非其他衍生物）在蛻膜化過程中具有關(guān)鍵作用。

3 妊娠期間FMO3表達(dá)量
可影響胎盤基底膜中TMAO濃度
研究者發(fā)現(xiàn)，人類健康個體胎盤基底膜中的TMAO濃度顯著高于對應(yīng)血漿樣本。這表明，升高的TMAO水平可能由胎盤基底膜內(nèi)的FMOs原位合成。

研究者重點關(guān)注了FMO家族酶中的TMA氧化特異性酶FMO3，并證實在人胚胎干細(xì)胞FMO3沉默顯著抑制TMAO生成。

接下來，研究者檢測人類妊娠早期FMO3的表達(dá)水平，結(jié)果顯示，FMO3蛋白表達(dá)隨妊娠進展呈漸進性上升，且FMO3主要表達(dá)于滋養(yǎng)層干細(xì)胞（DSCs）而非滋養(yǎng)層免疫細(xì)胞（DICs）（圖A-C）。
 

研究者利用HpESCs建立體外蛻化模型，評估了蛻化前后FMO3的表達(dá)水平。體外蛻化后，F(xiàn)MO3的蛋白和mRNA水平均顯著升高（圖D）。

與小鼠模型相似，人類妊娠婦女的子宮內(nèi)膜樣本顯示出顯著高于非妊娠個體的TMAO水平，且隨妊娠進展呈漸進性積累（圖E-F）。并且復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者樣本中FMO3的蛋白和mRNA（圖G-I）水平均顯著降低。

研究者構(gòu)建了子宮特異性Fmo3特異性敲除（cKO）與特異性敲低小鼠。特異性敲除小鼠使用了Fmo^3f/f； Pgr^cre/+小鼠；特異性敲低小鼠使用在宮腔內(nèi)注射AAV9-CMV-shFmo3。兩種模型均表現(xiàn)出子宮TMAO水平顯著降低，妊娠過程中顯著增加胚胎吸收率、降低胚胎重量、吸收部位胎盤膜標(biāo)志物下調(diào)等表型，表明胎盤膜化過程受損（圖J-O）。

這些結(jié)果共同表明，胎盤FMO3對于維持局部TMAO濃度至關(guān)重要，而TMAO濃度反過來又支持胎盤基底膜微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)和妊娠的存活能力。

4 胎盤基底膜中FMO3的轉(zhuǎn)錄
依賴于PKA-CREB1通路
研究者進一步探究雌激素、8-溴環(huán)磷酸腺苷（cAMP）和醋酸甲羥孕酮（MPA）中哪一種激素主要調(diào)控FMO3的表達(dá)。在HpESCs體外模型中，cAMP顯著誘導(dǎo)FMO3表達(dá)，而FMO1、FMO2、FMO4和FMO5的表達(dá)水平保持不變（圖A和B）。
 

研究者進一步探究cAMP調(diào)控FMO3表達(dá)的具體機制，并利用數(shù)據(jù)庫分析將目光集中在了PKA-CREB1通路上。PKA抑制劑H89可阻斷8-溴-cAMP誘導(dǎo)的FMO3積累（圖C-D）。敲低CREB1后，F(xiàn)MO3 mRNA和蛋白表達(dá)均顯著下降（圖E-F）。

CREB1可結(jié)合FMO3啟動子中−684至−672及+102至+114位點，而其中+102/+114位點影響CREB1的轉(zhuǎn)錄活性（圖G-I）。此外，在復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者的胎盤組織中，經(jīng)CREB1免疫沉淀的FMO3 +102/+114區(qū)域表達(dá)水平低于對照組，CREB1磷酸化水平降低（圖J-K）。

研究者通過使用H89抑制PKA或通過shRNA敲低CREB1或敲低FMO3均觀察到TMA誘導(dǎo)的蛻膜化促進作用減弱（圖L-N），這些綜合結(jié)果有力證明：cAMP-CREB1信號通路在激活FMO3表達(dá)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，而FMO3表達(dá)又正向調(diào)控胎盤形成過程。

5 TMAO促進FOXO1向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)位
為確定TMAO促進蛻膜化的具體機制，研究人員首先證明其TMAO作用機制與滲透調(diào)節(jié)無關(guān)，而是通過激活PERK促進FOXO1表達(dá)。

在HpESCs體外模型中，F(xiàn)OXO1抑制劑AS1842856阻斷了TMAO對蛻膜化作用的影響。而使用TMAO處理可抑制HpESCs中AKT的磷酸化，且TMAO在不同劑量（0.01-5 mM）和時間點（最長6小時）范圍內(nèi)均可影響FOXO1磷酸化水平，而未改變FOXO1的表達(dá)水平（圖B-D）。這些發(fā)現(xiàn)表明，盡管TMAO可通過PERK依賴性積累和AKT依賴性去磷酸化雙重途徑調(diào)節(jié)FOXO1，但在胎盤基底膜中觀察到的生理濃度下，AKT介導(dǎo)的機制可能占主導(dǎo)地位。
 

之后研究者分離并分析HESCs的核和胞質(zhì)組分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TMAO顯著提高了核內(nèi)FOXO1的表達(dá)水平，降低了胞質(zhì)中磷酸化FOXO1的水平，促進了FOXO1向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)位（圖E-F）。僅在cAMP存在時，TMAO才促進FOXO1在細(xì)胞核內(nèi)的積累（圖G-H）。對比復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者與對照組的胎盤組織，復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者體內(nèi)磷酸化FOXO1水平顯著升高（圖I）。
 

6 TMAO與14-3-3η蛋白互作，增強14-3-3η與
PDK1的結(jié)合，從而提升FOXO1的轉(zhuǎn)錄活性
研究者進一步探究TMAO如何降低FOXO1的磷酸化水平并促進其核定位。通過有限蛋白水解-小分子映射技術(shù)（LiP-SMap）與藥物親和力響應(yīng)靶標(biāo)穩(wěn)定性（DARTS）實驗，研究者鎖定了14-3-3η（由YWHAH基因編碼）與TMAO呈現(xiàn)強相互作用，擁有顯著增強的熱穩(wěn)定性（圖A-D）。

為探究14-3-3η與TMAO的潛在相互作用位點，研究者進行分子對接模擬，并用突變體證實D214和D218是介導(dǎo)TMAO與14-3-3η特異性相互作用的關(guān)鍵殘基（圖B-E）。綜合上述功能分析表明，TMAO可直接與14-3-3η結(jié)合。
 

結(jié)構(gòu)預(yù)測進一步揭示，TMAO結(jié)合位點位于14-3-3η與PDK1相互作用的界面（圖E）。IP與GST沉淀實驗證實，TMAO處理顯著增強了14-3-3η-PDK1相互作用，且依賴于D214、D218位點（圖F-H）。14-3-3η抑制劑BV02阻斷了TMAO介導(dǎo)的結(jié)合增強作用（圖I）。此外，TMAO抑制了PDK1-AKT通路和FOXO1核轉(zhuǎn)位，而敲低14-3-3η可消除這種抑制作用（圖J-K）。并且無論是敲低14-3-3η或是使用抑制劑BV02均會損害體外蛻膜化過程并激活A(yù)KT-FOXO1通路，導(dǎo)致該系統(tǒng)對TMAO的挽救作用無反應(yīng)（圖L-M）。
 

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