朱佳麗 李元曉* 周漢林 李 旺

(1.河南科技大學動物科技學院，洛陽471000；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所，?？?71101)

妊娠期間，母豬由于無法提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)以滿足各個子宮角上全部胎豬的正常生長發(fā)育需要，所以豬是宮內(nèi)發(fā)育遲緩(intrauterine growth retardation，IUGR)表現(xiàn)最嚴重的多胎高產(chǎn)家畜動物[1-2]。IUGR不僅影響新生仔豬初生重，而且對其后代的生長發(fā)育也會產(chǎn)生眾多負面影響[1]。引起IUGR發(fā)生的原因包括遺傳、子宮內(nèi)環(huán)境和胎盤等因素，其中胎盤功能障礙或形態(tài)異常是引起IUGR發(fā)生的主要因素之一[1,3]。在宮內(nèi)發(fā)育過程中，母體中的養(yǎng)分依靠血液到達子宮內(nèi)膜，并通過胎盤匯集到臍帶輸送給胎兒。一般而言，根據(jù)母體的供給能力、胎兒的需求，以及胎盤分泌的激素和生長因子，共同調(diào)節(jié)胎盤將營養(yǎng)物質(zhì)向胎兒運輸。胎盤運輸營養(yǎng)物質(zhì)的能力取決于胎盤的大小、交換表面積、血管密度以及血流量[4]。研究表明，IUGR仔豬的胎盤血管生成能力要顯著低于正常初生重仔豬的胎盤，提示胎盤血管發(fā)育異常會損害胎兒氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的正常供應(yīng)，從而導(dǎo)致IUGR仔豬的發(fā)生[5]。因此，本文結(jié)合國內(nèi)外最新研究進展對胎盤血管發(fā)育及其在IUGR仔豬發(fā)生中的作用進行綜述，旨在為降低IUGR仔豬的發(fā)生提供參考。

1 胎盤的功能及發(fā)育

胎盤是母體妊娠期特有的一個臨時性器官，將母體與胎兒緊密連接在一起。母體通過胎盤為胎兒提供氧氣、葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)，胎兒也將代謝廢物通過胎盤排出[3]。豬胎盤屬于彌散型上皮絨毛膜胎盤，具有胎兒面和母體面2個血液循環(huán)系統(tǒng)，二者之間相互獨立且不發(fā)生直接接觸[6]。豬胚胎在植入過程中不會侵入子宮壁，而是附著在子宮腔上皮上[7]。妊娠第13天，子宮黏膜上皮細胞初次與胎兒滋養(yǎng)層細胞接觸將母體與胎兒聯(lián)系在一起，形成絨毛膜上皮/子宮內(nèi)膜上皮雙細胞層結(jié)構(gòu)[7-8]。此階段胎盤生長迅速，需要大量的營養(yǎng)物質(zhì)供給，用于隨后血管生成和子宮內(nèi)膜的形成，為妊娠后期胎兒的快速生長做好準備。在妊娠第30～35天，雙細胞層開始形成褶皺[9]。之后隨著妊娠的進一步推進，母體胎盤和胎兒胎盤組成的子宮-胎盤界面經(jīng)歷了相當大的形態(tài)變化，絨毛膜逐漸嵌入子宮內(nèi)膜皺褶凹陷處以縮短兩者之間距離，達到使雙細胞層嵌合更加緊密的目的，褶皺變的多且復(fù)雜[10]。到妊娠后期，雙細胞層進一步發(fā)育，絨毛膜和子宮內(nèi)膜接觸面積達到最大，兩者距離達到最近，使胎兒和母體血液之間的距離降低，以確保營養(yǎng)物質(zhì)的正常供給。

2 胎盤血管的發(fā)育

豬胎盤血管發(fā)生在妊娠初期，包括血管形成(vasculogenesis)和血管新生(angiogenesis)2個過程。早期人胎盤中的血管形成，即形成新的血管，由多能間充質(zhì)細胞分化成造血干細胞形成早期的血管網(wǎng)[11]。造血干細胞是形成毛細血管的原始細胞，可進一步分化成血管內(nèi)皮祖細胞和血管母細胞，隨后血管內(nèi)皮祖細胞和血管母細胞在生長因子作用下誘導(dǎo)血管形成向血管新生轉(zhuǎn)變，細胞相連形成最初的毛細血管管腔[12]。血管新生，定義為通過內(nèi)皮細胞的遷移和增殖，從現(xiàn)有的毛細血管中以分支(通過發(fā)芽形成新血管)和非分支(通過伸長形成毛細血管環(huán))的方式形成新的血管[12]。血管新生主要包括血管伸長、嵌入、出芽、血管套疊4種方式[13]，妊娠早期血管以分支狀生長(包括出芽和血管套疊)為主，中晚期妊娠期間以非分支狀生長血管(包括血管伸長和嵌入)為主[14]。在早期胎盤形成期間，血管新生在組織生長和修復(fù)中起著不可或缺的作用，是確保胎盤發(fā)育正常的必要環(huán)節(jié)。

豬胎盤血管在植入后迅速形成，第19天尿囊血管進入絨毛膜，第25天在胎盤和尿囊膜中清晰可見血管，第30天絨毛膜被尿囊血管廣泛地血管化[3]。胎盤在妊娠晚期發(fā)育成高度血管化的器官，與胎兒相鄰的中央?yún)^(qū)可稱為高血管胎盤，而兩側(cè)剩余的附著胎盤是低血管胎盤，胎盤和未附著胎盤之間的子宮區(qū)域?qū)⒈环Q為壞死尖端，在妊娠第22～42天，胎盤由這3個部分組成[15]。Cristofolini等[16]對母豬妊娠過程中胎盤血管進行了形態(tài)測量，發(fā)現(xiàn)在妊娠早期(第25、30和40天)和妊娠中期(第60和70天)，面積為100～500 μm2的血管較多，而在妊娠晚期則發(fā)現(xiàn)大量面積為1～100 μm2的血管。

3 胎盤血管發(fā)育在IUGR發(fā)生中的作用

仔豬的出生體重與胎盤血管密度呈正相關(guān)，IUGR仔豬胎盤結(jié)構(gòu)異常已經(jīng)得到研究的證實，主要表現(xiàn)在血管密度降低、絨毛數(shù)量、直徑和表面積的減少，以及動脈數(shù)量、管腔大小和分支的減少[17]。這些異常都會影響胎盤功能，降低胎兒發(fā)育所需要的營養(yǎng)物質(zhì)。在IUGR胎兒的胎盤中，也發(fā)現(xiàn)滋養(yǎng)細胞侵襲和母體子宮血管向螺旋動脈的生理重塑不足[18]。螺旋動脈重塑是指滋養(yǎng)層細胞沿著動脈壁向上游移動，破壞平滑肌細胞并取代它們[19]。重塑主要有2個影響：一是降低了母體血液流入胎盤絨毛間隙的速度和脈動性；二是平滑肌的喪失使自發(fā)血管收縮的風險降低[20]。通過對子宮螺旋動脈重塑，使之重新成為高流量、低阻力的血管，繼續(xù)為妊娠期胎兒提供充足的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。因此，妊娠期母豬胎盤血管的正常發(fā)育對于胎豬的生長發(fā)育起至關(guān)重要的作用。

4 調(diào)控胎盤血管發(fā)育的分子機制

4.1 血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信號通路

VEGF對胎兒和胎盤界面的血管生成至關(guān)重要，VEGF信號通路也是控制妊娠期間局部血流量的關(guān)鍵通路。VEGF通過與血管內(nèi)皮細胞生長因子受體1/2(vascular endothelial growth factor receptor 1/2，VEGFR1/2)結(jié)合，激活下游信號通路，從而發(fā)揮其促血管生成的作用。敲除VEGF和VEGFR1/2基因可引起胎盤血管生成受損和胚胎死亡率增高[21-22]，說明VEGF信號通路在胎盤血管生成中起著重要作用。與其他物種一樣，VEGF及其受體在豬胎盤組織中大量表達，效率高的胎盤在妊娠第90天時具有較高表達的VEGF[23]，低出生體重仔豬胎盤中可觀察到血管生成減少和VEGF-A蛋白表達量降低的現(xiàn)象[24]。鑒于VEGF在血管生成中扮演的重要角色，推測VEGF表達量降低是導(dǎo)致IUGR仔豬胎盤血管生成異常的原因，但其中的分子機制還有待進一步研究。

4.2 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路

MAPK信號通路主要包括細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular regulated protein kinases，ERK1/2)通路、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N terminal kinases，JNK)通路、p38絲裂原激活蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinases，p38)通路[25]。與VEGF功能相似，成纖維細胞生長因子2(fibroblast growth factor 2，F(xiàn)GF2)是調(diào)節(jié)胎盤血管生長和血管重塑的因子。在胎盤血管內(nèi)皮細胞中，MAPK的激活在VEGF和FGF2刺激的血管內(nèi)皮細胞增殖、遷移和血管形成中是不可或缺的[14]。除此之外，抑制ERK1/2和JNK1/2通路完全阻斷了VEGF介導(dǎo)的細胞增殖以及遷移[26]，激活JNK通路還可誘導(dǎo)VEGF表達[27]。因此，激活ERK和JNK通路可使細胞中VEGF表達增加，進而促進細胞增殖和遷移。此外，胎盤血管生成也需要p38的參與，F(xiàn)GF2通過激活p38誘導(dǎo)蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)磷酸化促進血管的形成和遷移[28]，而敲除p38 α基因會引起胎盤迷路層血管缺乏以及凋亡率增加，導(dǎo)致胎盤血管生成受阻[29]。

4.3 磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K)/AKT信號通路

PI3K/AKT信號通路是血管生成的重要調(diào)節(jié)器，抑制PI3K/AKT會導(dǎo)致一氧化氮(NO)產(chǎn)生受到抑制，并完全阻斷VEGF介導(dǎo)的細胞增殖和遷移作用[26,30]。AKT是PI3K的一個下游靶蛋白，AKT1缺失的小鼠胎盤表現(xiàn)出明顯的血管化降低現(xiàn)象，且胎兒體重和存活率均下降[31]。AKT的激活對于VEGF刺激內(nèi)皮細胞遷移是必要的[32]，提示AKT1表達異常可能是引起IUGR胎兒胎盤血管生成異常的重要原因，其中的機制可能與VEGF有關(guān)。

4.4 內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)-NO信號通路

NO是由eNOS、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和神經(jīng)元一氧化氮合酶(nNOS)催化生成。在eNOS缺失的妊娠小鼠中，子宮胎盤血流量減少、子宮動脈直徑和螺旋動脈長度減少，連接區(qū)胎盤缺氧的標記物升高[33]。eNOS衍生的NO可增加小鼠胎盤血流量、胎盤血管生成和胎兒生長，維持較低的胎盤血管阻力[34]，而在eNOS缺乏的小鼠中，VEGF不能誘導(dǎo)新的血管形成[35]。但有研究表明，eNOS在IUGR胎盤中高表達[36]，這可能是由于eNOS活性提高是一種補償機制，以改善血流和加強對IUGR胎兒的營養(yǎng)支持，維持胎兒的正常發(fā)育。

4.5 信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信號通路

STAT3是調(diào)控VEGF-A的轉(zhuǎn)錄因子，其活性增強可促進細胞增殖、遷移和血管生成[37]。最新研究表明，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2(NADPH oxidases 2，Nox2)是調(diào)控STAT3的重要因子，Nox2誘導(dǎo)產(chǎn)生的線粒體活性氧(ROS)可抑制STAT3磷酸化降低VEGF-A的表達，從而降低胎盤血管生成[38]。相同的研究也表明，調(diào)節(jié)Nox2-ROS信號通路可影響豬血管內(nèi)皮細胞VEGF-A的表達，從而影響細胞增殖、遷移和管形成[39]?？梢奡TAT3發(fā)揮促血管生成的作用主要是通過調(diào)控VEGF表達來實現(xiàn)的。

5 調(diào)控胎盤血管發(fā)育的營養(yǎng)因素

5.1 葡萄糖

葡萄糖是胎兒和胎盤主要的能量來源，除了用于維持母體和胎兒的正常需要外，還可激活PI3K/AKT信號通路促進滋養(yǎng)層細胞中VEGF的表達，從而促進胎盤血管生成[40]。抑制葡萄糖的吸收，則可以降低細胞的生長和血管生成。許多患有IUGR的胎兒(羊)患有低血糖癥，這是由于胰島素分泌和葡萄糖攝取不足[41]。而在妊娠期間需根據(jù)母體的實際情況，適量給予母體葡萄糖的供應(yīng)。高血糖為特征的疾病影響胎盤正常發(fā)育，表現(xiàn)出異常的胎盤環(huán)境和異常的胎盤血管生成[42]，這主要是由于高血糖引起胰島素分泌和缺氧調(diào)節(jié)血管生成因子表達異常。高濃度葡萄糖導(dǎo)致胎盤血管阻力增加，降低內(nèi)皮細胞的血管生成能力，損害胎盤血管的正常發(fā)育[43-44]。在肥胖母豬中發(fā)現(xiàn)母體葡萄糖濃度上升和胎盤血管生成降低的現(xiàn)象[45]，這可能是由于葡萄糖濃度上升降低了胎盤VEGF表達量，從而引起胎盤血管生成受損。

5.2 多胺

多胺(腐胺、亞精胺和精胺)在調(diào)節(jié)胎盤基因表達、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、DNA和蛋白質(zhì)合成以及細胞增殖和分化中起著至關(guān)重要的作用[46]。胎盤多胺合成率在羊妊娠早期，即胎盤快速生長期間達到最大[47]。多胺具有調(diào)節(jié)血管生成、早期胚胎發(fā)生、胎盤滋養(yǎng)細胞生長和胚胎發(fā)育的作用[48]。比如在豬滋養(yǎng)外胚層細胞中添加腐胺可增加磷酸化哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)及其下游靶標真核細胞翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1(eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1，4EBP1)和p70 S6蛋白激酶1(p70 S6 protein kinase 1，p70 S6K1)蛋白的豐度，從而促進細胞增殖[49]。在哺乳動物中，多胺有3個來源：1)氨基酸合成，例如精氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸和鳥氨酸；2)飼糧；3)由腸道微生物群產(chǎn)生[50]。

5.3 氨基酸

精氨酸是多胺和NO合成的前體，NO作為血管擴張和血管生成因子，能夠穿過細胞膜，與血管平滑肌細胞上面的受體結(jié)合，對胎盤血管生成和血流起作用[51]。精氨酸的補充會增強內(nèi)皮細胞NO的合成，致使胎盤的血流量增加，從而母體到胎兒的營養(yǎng)和氧氣供應(yīng)增加。在妊娠第14～25天，飼糧添加0.4%或0.8%的L-精氨酸可提高豬的胎兒存活率，同時胎盤血管數(shù)量增加18.5%，胎盤血管的直徑增加18.2%[52]。在妊娠后期飼糧中添加0.4%精氨酸和0.6%谷氨酰胺可促進胎盤血管生長，提高胎兒的存活率和生長速度，并減少活產(chǎn)仔豬出生體重的變化，降低IUGR的發(fā)生率[53]。精氨酸和谷氨酰胺這2種氨基酸作為組織蛋白的構(gòu)建基質(zhì)以及多胺和NO產(chǎn)生的底物，可通過促進DNA和蛋白質(zhì)合成促進胎盤中的血管生成[3]。由此看出，可以通過添加精氨酸和谷氨酰胺來改善胎盤血管生成，從而減少IUGR的發(fā)生率。脯氨酸是豬胎盤中多胺合成的主要氨基酸，在妊娠早期合成最高，具有促進胎盤生長和血管生成的作用[54]。研究發(fā)現(xiàn)，IUGR胎豬尿囊液和羊水中的脯氨酸濃度遠低于正常窩產(chǎn)豬[55]。蛋氨酸也可促進胎盤組織中VEGF-A的表達，當高產(chǎn)母豬妊娠飼糧中蛋氨酸與賴氨酸的比例為0.37時，仔豬的出生體重和胎盤血管生成增加[56]。此外，IUGR大鼠從妊娠中期開始補充瓜氨酸后，胎兒體重、胎盤效率、血管生成相關(guān)基因VEGF和VEGFR1的表達出現(xiàn)提高[57]。以上研究結(jié)果表明，在飼糧中添加特定的氨基酸是一種有效促進胎盤血管生成和達到胎兒發(fā)育的手段，但由于氨基酸的作用效果受到母體品種、生理狀態(tài)、飼糧自身氨基酸含量、環(huán)境等眾多因素的影響，使得氨基酸促血管生成的效果并不穩(wěn)定，未來的研究還需要綜合母體品種、生理狀態(tài)等因素來評估氨基酸調(diào)控胎盤血管生成的作用。

5.4 脂肪酸

在子宮內(nèi)，胎盤從母體中選擇性攝取二十二碳六烯酸(DHA)和花生四烯酸(ARA)以豐富胎兒的血液循環(huán)。研究發(fā)現(xiàn)，ARA可通過產(chǎn)生類花生酸刺激血管生成，DHA通過刺激VEGF的表達來刺激胎盤早期妊娠滋養(yǎng)層細胞的管形成，并增加毛細血管長度和絨毛外滋養(yǎng)層細胞的管數(shù)量[58]。此外，二十碳五烯酸(EPA)、DHA和ARA通過刺激血管生成素4(angiopoietins 4，ANGPTL4)的表達，調(diào)節(jié)胎盤絨毛滋養(yǎng)層細胞中的血管生成[59]。共軛亞油酸可通過提高ANGPTL4的表達，并通過增加DHA在這些細胞中的攝取來調(diào)節(jié)早期胎盤的血管生成過程[60]。脂肪酸除了刺激主要血管生成因子如VEGF和ANGPTL4的表達外，還可誘導(dǎo)細胞內(nèi)脂肪酸結(jié)合蛋白家族(fatty acid binding proteins，F(xiàn)ABPs)中FABP4和FABP3的表達[61]。FABP4是VEGF/VEGFR2信號通路的新靶點，也是內(nèi)皮細胞細胞增殖和血管生成的積極調(diào)節(jié)因子，參與VEGF介導(dǎo)的血管生成[61-62]。FABP4通過促進內(nèi)皮細胞增殖和遷移發(fā)揮促血管生成作用[63]。因此，脂肪酸除了誘導(dǎo)血管生成因子生成外，也可直接或間接調(diào)節(jié)血管生成過程。

5.5 維生素

α-生育酚(alpha-tocopherol，αT)是哺乳動物組織中的主要生育酚，在胎盤發(fā)育過程中必不可少，敲除妊娠小鼠αT轉(zhuǎn)移蛋白，會導(dǎo)致胎盤發(fā)育嚴重受損，迷路滋養(yǎng)層細胞明顯減少[64]。在妊娠后期，懷孕母羊飼喂αT通過提高VEGF表達促進胎盤的血管生成[65]。在這個過程中，αT通過磷酸化為α-生育酚磷酸酯，刺激VEGF的產(chǎn)生，導(dǎo)致血管生成的增加[66]。因此，補充αT可促進血管生成以增加對胎兒的營養(yǎng)供應(yīng)。維生素D在妊娠期間起著關(guān)鍵作用，其缺乏降低胎盤VEGF和VEGFR1的蛋白表達水平，引起IUGR發(fā)生，并對出生后后代健康產(chǎn)生不良后果[67]。而補充維生素D可使胎盤VEGF和VEGFR1的蛋白水平正?；?，促進胎盤血管生成[68]，體外研究[69]也同樣證實了上述結(jié)果。胎盤發(fā)育過程中的血管生成和滋養(yǎng)層侵襲需要葉酸的參與，母體接觸葉酸拮抗劑會導(dǎo)致嚴重的胎盤早剝和IUGR，而補充葉酸和DHA可刺激胎盤滋養(yǎng)層細胞的增殖[70-71]。以上研究結(jié)果表明，通過調(diào)控母體維生素攝入水平，可促進胎盤血管生成，保證胎盤的正常發(fā)育。

5.6 其他功能性活性物質(zhì)

安石榴苷具有抗氧化和抗炎等功能，妊娠高血壓大鼠補充安石榴苷，可觀察到胎盤中氧化應(yīng)激標志物減少，VEGF和NO表達水平提高[72]。這一研究結(jié)果表明補充安石榴苷可降低妊娠大鼠氧化應(yīng)激，并恢復(fù)血管生成平衡。半胱胺是一種抗氧化保護劑，妊娠母豬飼糧中添加可以減輕氧化應(yīng)激，提高母豬的繁殖性能，并提高胎盤血管密度和VEGF-A的mRNA水平[39]。體外研究發(fā)現(xiàn)，添加姜黃素可促進細胞生長、遷移和血管生成[73]。此外，在胎盤功能不全小鼠母體中補充膽堿，也可增加胎盤血管生成，減少炎癥和胎盤凋亡[74]。然而目前功能性活性物質(zhì)對豬胎盤血管生成的研究報道還較少，未來的研究可以探討植物提取物對豬胎盤血管生成的作用，篩選出更多具有促進豬胎盤血管生成的功能活性物質(zhì)。

6 小結(jié)與展望

胎盤血管生成異常是引起IUGR仔豬發(fā)生的一個重要因素，但由于胎盤血管生成是一個受母豬品種、環(huán)境、營養(yǎng)和管理等因素影響的高度復(fù)雜的生理過程，對于IUGR仔豬胎盤血管生成異常缺乏足夠的認識，這限制了精準營養(yǎng)策略的提出。未來的研究可以利用組學和分子生物學等技術(shù)，篩選和鑒定調(diào)控豬胎盤血管生成的基因，并揭示其潛在的分子機制，不僅有利于提高人們對于IUGR仔豬發(fā)生的認識，而且還可為精準營養(yǎng)調(diào)控提供新的調(diào)控靶點。