细胞自噬在孕期尼古丁暴露致胎肾上腺功能发育障碍中的作用和发生机制

Intrauterine growth retardation (IUGR)-induced abnormality of adrenal function is the major cause for increased susceptibility to metabolic syndromes after birth.We have previously demonstrated that prenatal nicotine exposure-induced IUGR fetal rats presented impaired adrenal function but enhanced autophagy. However, the effects of enhanced adrenal autophagy and the potential mechanism remain unclear. Autophagy is a fundamental stress response under severe condition that ensures the survive of cells. The transcriptional activity of autophagy regulator Forkhead box O3（FOXO3a）may be modulated by sirtuin 1（SIRT1）. Recently, we found prenatal nicotine exposure lead to elevated levels of fetal blood glucocorticoid (GC) and increased expression of fetal adrenal SIRT1; GC (but not nicotine) induced fetal adrenal autophagy in vitro. Therefore, it could be speculated that the high level of fetal blood GC induced by prenatal nicotine exposure may promote deacetylation of FOXO3a via SIRT1 and increased the expression of autophagy-related genes and enhanced cell autophagy, which alleviated nicotine-induced abnormality of fetal adrenal development. This project aims to clarify the biological significance and the mechanism of autophagy in nicotine-induced abnormality of fetal adrenal functional development. and to explore the early intervening strategy for nicotine-induced abnormality of fetal adrenal functional development. This study would provide theoretical and experimental basis for guiding prenatal and postnatal care and improving quality of life.

宫内发育迟缓（IUGR）所致的肾上腺功能异常是出生后代谢综合征易感的主要原因。我们前期证实，孕期尼古丁暴露可致IUGR胎鼠肾上腺功能障碍和细胞自噬增强。然而，胎肾上腺细胞自噬增强的作用和发生机制尚不明确。自噬是细胞在恶劣环境下确保其生存的基本应激反应。文献提示，自噬调控因子叉头蛋白O3a（FOXO3a）的转录活性受到去乙酰化酶SIRT1的调节。我们发现，孕期尼古丁暴露可致胎血糖皮质激素（GC）水平升高，胎肾上腺SIRT1表达增加；细胞水平证实，GC（而非尼古丁）可引起胎肾上腺细胞自噬。由此推测，孕期尼古丁暴露所致的胎血高GC可能通过SIRT1促进 FOXO3a去乙酰化，促进自噬基因表达及细胞自噬增加，从而减轻尼古丁所致的胎肾上腺功能障碍。本项目为阐明细胞自噬在尼古丁致肾上腺功能发育障碍中的生物学意义及发生机制，探寻孕期尼古丁暴露所致胎肾上腺功能发育障碍的早期干预措施，提供实验与理论依据。

宫内时期肾上腺的正常发育是决定胎儿成熟和出生后命运的关键。我们前期发现，孕期尼古丁暴露可致宫内发育迟缓（intrauterine growth retardation, IUGR）的胎鼠肾上腺功能障碍和细胞自噬增强。然而，胎肾上腺细胞自噬增强的作用和发生机制尚未明确。我们首先在动物水平建立了孕期尼古丁摄入所致子代大鼠IUGR模型，检测了胎鼠肾上腺形态学改变，自噬相关蛋白及甾体合成关键蛋白的表达，大鼠胎血中皮质酮（GC）含量，进一步在SW13细胞水平，分别观察尼古丁和皮质醇对SW13细胞自噬关键蛋白及甾体合成蛋白的影响，通过自噬诱导剂和抑制剂观察尼古丁对自噬流的影响，最后使用sirt1抑制剂观察其对下游蛋白FOXO3a及其磷酸化修饰的影响。结果显示，孕期尼古丁暴露可致子代肾上腺形态及功能发育受损，肾上腺细胞自噬增强，表现为胎肾上腺皮质区细胞排列紊乱，胞浆肿胀，存在炎性细胞浸润，增殖受到抑制，且出现自噬小体。甾体合成限速蛋白StAR及合成关键蛋白P450scc表达下降，甾体合成酶调节关键性转录因子SF-1表达受到抑制，肾上腺内生皮质酮含量降低；同时观察到，孕期尼古丁暴露子代外周血中存在高GC水平，胎肾上腺乙酰化调节酶SIRT1表达增加，自噬标志性蛋白LC3和Becline 1表达增加；进一步细胞水平观察到，尼古丁处理可直接抑制甾体合成关键酶的表达抑制，诱导自噬标志蛋白的表达增加，而GC处理肾上腺细胞，未见到甾体合成关键蛋白表达改变且抑制自噬的发生。在观察尼古丁处理细胞模型中，我们还观察到SIRT1和FOXO3a及其磷酸化的改变增加，用SIRT1抑制剂发现，尼古丁可增加SIRT1表达，影响FOXO3a。由此，我们提出，孕期尼古丁暴露所致的自噬增强现象抑制子代肾上腺发育受损，其机制主要是由SIRT1-FOXO3a介导。