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畜生殖调控与繁殖障碍性疾病防治团队在缺氧通过生物钟核受体NR1D1调控胎盘滋养层细胞激素分泌方面取得新进展
近日，西北农林科技大学动物医学院家畜生殖调控与繁殖障碍性疾病防治团队在生殖领域国际著名期刊 Biology of Reproduction 上发表了题为“ Hypoxia activation attenuates progesterone synthesis in goat trophoblast cells via NR1D1 inhibition of StAR expression ”的研究论文，该研究从生物钟角度揭示了缺氧导致山羊胎盘滋养层细胞孕酮合成减少的作用机制，为阐明生物钟系统对哺乳动物生殖功能的调控机制奠定了前期基础。陈华涛教授和靳亚平教授为本文的共同通讯作者，2021级博士研究生李超为本文第一作者。
图1 缺氧抑制山羊滋养层细胞孕酮合成的作用机制
滋养层细胞（Trophoblast cells）作为胎盘的主要组成细胞和功能执行者，在胚胎发育和着床等生殖过程中发挥重要作用。滋养层细胞功能失调会导致胚胎着床失败和自然流产等妊娠相关疾病的发生。缺氧（Hypoxia）常发生在各种病理状态下，如生殖障碍、炎症、心血管疾病和癌症等。有研究表明，缺氧参与调控滋养层细胞的侵袭、增殖和分化，然而缺氧是否影响滋养层细胞分泌孕酮的能力尚未可知。越来越多的研究表明，哺乳动物的卵巢、子宫和胎盘组织中均检测到生物钟基因的节律性表达。先前的一项研究发现，人类滋养层细胞系存在生物钟系统的节律性振荡，在滋养层细胞的迁移和胎盘形成过程中发挥关键作用。然而，昼夜节律振荡器是否存在于山羊胎盘滋养层细胞（GTCs）以及生物钟系统是否在缺氧影响GTCs孕酮分泌过程中发挥重要作用目前尚不清楚。
本研究以妊娠45~60 d的山羊胎盘组织和永生化的GTCs为研究对象，结合细胞免疫荧光技术和免疫组织化学技术，发现核心生物钟蛋白BMAL1和NR1D1高表达于胎盘滋养层细胞中，且生物钟基因（ BMAL1 和 NR1D1 等）和孕酮合成关键限速酶类固醇急性调控蛋白（StAR）基因mRNA量表达存在昼夜节律性变化，提示生物钟系统可能在调控GTCs孕酮的合成过程中发挥重要作用。
为了探究缺氧对GTCs孕酮分泌的影响，本研究分别利用两种不同的缺氧诱导化学试剂CoCl2和DMOG处理构建GTCs细胞缺氧模型，发现缺氧处理不仅导致GTCs分泌孕酮的能力降低，且处理后孕酮合成限速酶 StAR 在mRNA和蛋白的水平的表达均显著下降。同时，缺氧导致核心生物钟基因 NR1D1 的mRNA和蛋白表达量显著升高。接下来，为了进一步探究NR1D1是否在缺氧导致的孕酮合成降低的过程中发挥作用，本研究利用NR1D1蛋白激动剂（SR9009）处理GTCs，发现SR9009处理导致孕酮合成降低，且StAR蛋白的表达量显著下降。为了进一步验证抑制NR1D1信号通路活化对孕酮合成的作用，在使用CoCl2诱导细胞缺氧模型的同时，在培养液中添加NR1D1蛋白拮抗剂（SR8278）进行干预，发现CoCl2处理导致GTCs孕酮合成降低，补充SR8278可部分恢复缺氧条件下的孕酮合成。
本研究揭示了缺氧对GTCs中 StAR 基因表达以及孕酮合成的负调控作用，重点揭示了缺氧诱导核心生物钟蛋白NR1D1的表达升高，进而抑制 StAR 转录，最终导致孕酮合成减少的分子机制。该研究扩展了研究者对缺氧调节GTCs中孕酮合成的理解，揭示了昼夜节律生物钟系统（尤其是生物钟组分NR1D1）参与缺氧调节滋养层细胞内分泌功能的潜在机制，为阐明生物钟系统调控哺乳动物生殖功能的分子机制提供了理论基础。
该研究获得了国家自然科学基金项目（32373088和31771301）、国家高端外国专家引进计划项目（G2022172033L）和陕西省农业农村厅省级农业专项（NYKJ-2021-YL[XN]10）等项目的共同资助。
原文链接：https://academic.oup.com/biolreprod/advance-article/doi/10.1093/biolre/ioad094/7238825?utm_source="authortollfreelink&utm_campaign=biolreprod&utm_medium=email&guestAccessKey=6b688882-962b-493d-afb0-6d406f2e3957