母亲孕期锻炼与子代获益:胎盘与胎肝的维生素D和SOD3对话
接下来作者分析了久坐/锻炼及正常饮食/高脂饮食的孕鼠和非孕鼠的血清SOD3水平,发现只有锻炼孕鼠中的SOD3水平升高,和饮食无关,并且SOD3水平与母鼠孕期日总奔跑距离呈正相关。孕鼠运动也会增加胎鼠血清中的SOD3水平。这些发现表明,孕鼠锻炼显著增加母体胎盘和胎儿血液中SOD3的水平。SOD3蛋白可能介导子代代谢获益。
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用SOD3重组蛋白处理子代肝母细胞,发现SOD3能上调AMPK通路的活性,AMPK敲低或抑制剂均能阻断SOD3对TET和IDH的诱导作用。同时,SOD3能上调正常饮食孕鼠子代的TET、IDH,降低糖代谢基因启动子的甲基化水平,逆转高脂饮食孕鼠子代肝脏代谢基因的表达抑制情况。人的肝母细胞对SOD3也有同样的响应。Tet1和Tet2敲低能显著降低SOD3对肝脏代谢基因的表达的诱导。
为了进一步验证这个假说,作者构建了滋养层特异的SOD3敲除小鼠,发现在SOD3敲除的孕鼠的子代中,孕期锻炼引起的子代代谢获益和分子变化均被阻断了。SOD3的特异性抑制剂DETCA也有相同的作用。
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以上结果提示,孕期锻炼通过上调孕鼠胎盘中SOD3的表达和分泌激活了子代肝脏中的AMPK通路,诱导了IDH和TET的表达,降低了子代肝脏代谢基因启动子的甲基化水平,最终使子代获益。
维生素D受体(VDR)信号通路是诱导胎盘中SOD3表达所必需的
RNA-seq发现了12个可以结合SOD3启动子的转录因子,其中只有VDR在锻炼孕鼠胎盘中上调。VDR过表达和维生素D联合处理能提高小鼠原代滋养层细胞和人滋养层细胞系中SOD3的蛋白表达。
为了进一步探究维生素D在该过程中的作用,作者用不同浓度的维生素D饲喂孕鼠。发现孕期锻炼不影响血清维生素D的浓度,但是高维生素D显著增强了锻炼母鼠的胎盘的SOD3的表达和分泌,调高了子代TET、IDH和糖代谢基因的表达,而低维生素D则破坏了该过程。
这提示孕期锻炼通过VDR和维生素D信号使子代获益,正常的维生素D水平对于子代从母体孕期锻炼中获益非常重要。
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SOD3在运动活跃的孕妇的胎盘中表达上调
以上实验证明,在小鼠中SOD3对于子代从母体孕期锻炼中获益至关重要,那么在人类中是否存在相同的生理机制呢?
为了检测人类孕期锻炼对血清SOD3的影响,作者研究了在怀孕期间佩戴加速计的加拿大孕妇队列,并根据加拿大成人体育活动指南将妇女分为活运动跃和不活跃两组,发现运动活跃的孕妇血清中SOD3的浓度显著升高。在分娩后收集胎盘,检测其中的SOD3 mRNA,发现运动活跃组SOD3 mRNA水平更高,并且和运动活动强度(MVPA)呈正相关