丙酮酸脱氢酶激酶PDK4在滋养细胞合体化中的作用

Syncytialization of human trophoblast cells is essential for successful pregnancy, which leads to significant changes in morphology and physiological functions of the trophoblast cells. Previous studies have showed the reduction of glycolysis and activation of mitochondria during syncytialization，implying the alterations in glucose metabolic status. Pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4), which hampers pyruvate oxidation in mitochondrial, is a critical gatekeeper for the metabolic switch from oxidative phosphorylation to glycolysis. However, little is known of the effects of PDK4 and altered glucose metabolism on trophoblast syncytialization..Our preliminary data showed that glycolysis might be shifted to oxidative phosphorylation during trophoblast syncytialization. In addition, PDK4 expression was substantially depressed in syncytiatrophoblast cells. Small interference RNA-mediated knockdown of PDK4 promoted the expression of syncytialization marker genes, suggesting that PDK4 plays a role during syncytialization. However the underlying mechanism of down-regulation of PDK4 during syncytialization remains unexplored. Therefore, this project is proposed to investigate the involvement and regulation of PDK4 during trophoblast syncytialization. We believe that elucidation of the role of PDK4 in syncytialization will help to understand placenta-associated diseases.

人滋养细胞的合体化是妊娠成功的关键。合体化引起滋养细胞形态和生理功能的重大改变，这其中包括糖酵解的降低和线粒体的激活, 表明合体化过程中滋养细胞糖代谢状态的改变。4型丙酮酸脱氢酶激酶（PDK4）能够抑制线粒体内丙酮酸的氧化代谢，是调控糖代谢进入糖酵解还是氧化磷酸化的关键分子。然而，关于PDK4和糖代谢状态对滋养细胞合体化的影响目前尚未有报道。.我们的预实验结果发现：滋养细胞的合体化可能存在糖酵解向氧化磷酸化的转变；PDK4在合体滋养细胞中表达显著下调；敲低PDK4能够促进合体化标志分子的表达，说明PDK4在滋养细胞合体化过程中可能具有重要作用。因此本课题拟通过研究PDK4在滋养细胞合体化中的作用及其表达变化的原因，从能量代谢的角度深入揭示滋养细胞合体化的分子机制。本研究的开展对于胎盘相关疾病的防治具有重要的生理和临床意义。

胎盘是人类母胎间能量物质交换的重要场所和胎儿宫内发育的有效屏障。而胎盘滋养细胞合体化的异常将会导致多种妊娠疾病。早期研究表明滋养细胞合体化伴随有线粒体能量代谢的增加。然而目前尚不明确合体化过程中滋养细胞糖代谢模式的具体变化以及其中的分子机制。.本研究采用人滋养层组织以及体外合体化的人原代足月胎盘滋养细胞为样本展开研究。首先，我们发现滋养细胞合体化后一些氧化磷酸化相关代谢酶的表达显著增强，并且细胞内ATP水平增高，证实了合体化过程中线粒体内氧化磷酸化的激活。已知氧化磷酸化的增强需要线粒体内丙酮酸脱氢酶PDH的激活从而防止丙酮酸在线粒体外进行糖酵解，而丙酮酸脱氢酶激酶PDK能够通过磷酸化PDH的E1α亚基（PDHE1α）抑制PDH的代谢活性，是糖酵解促进因子。我们发现人滋养细胞合体化前高表达PDK4。合体化后PDK4表达显著下调，PDHE1α的磷酸化也相应下调。同时糖酵解终产物乳酸的含量也显著降低。这些结果表明合体化过程中糖酵解减弱。其次，我们发现利用siRNA敲低PDK4的表达可以导致PDHE1α磷酸化和细胞内乳酸含量降低，而ATP水平以及合体化标志分子的表达增高；外源性地过表达PDK4则会增加PDHE1α的磷酸化和乳酸的产生，减少ATP的含量以及合体化标志分子的表达。这表明PDK4是人滋养细胞合体化过程中糖代谢转变的重要开关，而PDK4表达的下调是滋养细胞合体化成功的必要条件。再次，我们发现使用cAMP的类似物db-cAMP能够抑制人胎盘滋养细胞中PDK4的表达。使用PKA的抑制剂H89或β-hCG抗体中和hCG的信号，可以增加PDK4的水平。因此合体化过程中hCG/cAMP/PKA通路的激活很可能是导致PDK4表达下调的重要原因。最后，我们发现妊娠期糖尿病人胎盘组织蛋白中PDK4的表达显著下降，表明胎盘PDK4的表达异常与妊娠期能量代谢紊乱相关。.综上所述，本研究从糖代谢的角度揭示了合体化滋养细胞中PDK4的重要作用，为研究胎盘屏障的建立机制提供了重要的分子生物学证据，并将有助于胎盘能量代谢相关疾病如妊娠期糖尿病的临床研究。