人類胎盤的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制及GDM 對胎盤葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

何銀東，張 峻，黃 樺，柳汝明，王 茜

（昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院臨床藥學(xué)科，云南 昆明 650032）

葡萄糖是胎兒的主要能量來源，由于胎兒缺乏合成自身所需葡萄糖的能力，胎兒需要的所有葡萄糖均通過胎盤從母體獲取，因此胎盤在葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)至胎兒的過程中行駛非常重要的作用。葡萄糖從母體側(cè)到胎兒側(cè)的轉(zhuǎn)移主要通過胎盤上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（glucose transporters，GLUTs）完成。此外，胎盤自身對葡萄糖的代謝是調(diào)控葡萄糖從胎盤向胎兒轉(zhuǎn)運(yùn)的重要因素。

1 正常胎盤上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)

1.1 正常胎盤上GLUTs 的分布及其對葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

胎盤上葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)，首先由母體面的合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞，將母體側(cè)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)至胎盤中，合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞可分為面向母體的微絨毛膜（microvillous membranes，MVM）及面向子體側(cè)的基底膜（basal membrane，BM）。再由胎盤子體面的血管內(nèi)皮細(xì)胞，將胎盤中的葡萄糖轉(zhuǎn)移到子體側(cè)。具體來說，葡萄糖可通過濃度擴(kuò)散，或者分布在上述不同細(xì)胞中的各種葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（glucose transporters，GLUTs）完成葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)[1]，見圖1（據(jù)Placenta，引自Day P E，2013）。其中，GLUTs在胎盤上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)過程中行駛著非常重要的作用。

圖1 胎盤上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)簡圖[1]Fig.1 Transplacental glucose transport

人類胎盤共表達(dá)有GLUT1、3、4、8、9、10和12 七種亞型。目前的研究結(jié)果表明不同的GLUTs 在胎盤上的表達(dá)水平和分布位置不同，同時，一些GLUTs 的表達(dá)隨著妊娠期的變化而改變，提示不同GLUTs 在胎盤葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)過程中行使不同的功能。

GLUT1 在合胞體滋養(yǎng)層上的表達(dá)水平顯著高于胎盤其他部位，是胎盤上主要負(fù)責(zé)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)體，GLUT1 也表達(dá)在胎盤內(nèi)皮細(xì)胞。隨著妊娠的推移，GLUT1 在滋養(yǎng)層細(xì)胞MVM 上的表達(dá)逐漸增加，孕晚期達(dá)到最高水平[2-3]。GLUT 1在MVM 的表達(dá)量約是BM 的3～4 倍[4]，折疊的MVM 展開后的膜面積是BM 的7～9 倍，這使得MVM 上的物質(zhì)交換效率遠(yuǎn)高于BM。因此有假設(shè)提出，BM 上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)是葡萄糖經(jīng)合胞體滋養(yǎng)層轉(zhuǎn)運(yùn)的限速步驟[5]。Vardhana 等[6]發(fā)現(xiàn)，隨著BeWo 細(xì)胞BM 上GLUTs 表達(dá)的減少，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)也減少。

GLUT3 主要表達(dá)于合胞體滋養(yǎng)層的MVM 以及胎盤血管內(nèi)皮細(xì)胞。隨著妊娠的推移，合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞上的GLUT3 的表達(dá)下降[7]。因此推測GLUT3 主要在孕早期發(fā)揮作用。GLUT3 與葡萄糖有非常高的親和力，這保證了細(xì)胞在能量物質(zhì)缺乏時能快速有效獲得葡萄糖。在孕早期，子宮-胎盤血流系統(tǒng)不完全成熟，在低能量物質(zhì)（如葡萄糖）的環(huán)境中，GLUT3 能促使大量葡萄糖快速從母體側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到胎兒側(cè)，滿足胎兒對葡萄糖的需求[8]。

GLUT4 表達(dá)在合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞的BM 上，MVM 上幾乎不表達(dá)，且孕晚期胎盤上的合胞體滋養(yǎng)層BM 上GLUT4 的表達(dá)顯著升高[9]。GLUT4 是胰島素依賴型葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體。在孕早期，胰島素刺激GLUT4 的表達(dá)及其介導(dǎo)的葡萄糖攝取。James-Allan[9]及Ericsson 等[10]發(fā)現(xiàn)，胰島素能增加孕早期合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞上GLUT4 的表達(dá)和葡萄糖攝取。Hiden 等[11]研究發(fā)現(xiàn)孕早期胰島素受體（insulin receptor，IR）主要表達(dá)在合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞的MVM。Desoye G 等[12]的研究結(jié)果中，免疫組化結(jié)果提示：孕早期，IR 主要表達(dá)在合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞的MVM，而在孕晚期，主要表達(dá)在胎盤上的內(nèi)皮細(xì)胞。最近，James-Allan 等[9]發(fā)現(xiàn)在MVM 和BM 上都有IR 表達(dá)，但在MVM 上的表達(dá)是BM 上的10 倍，隨著妊娠推進(jìn)，MVM 和BM 上的IR 表達(dá)都增加。因此，有假設(shè)提出：胰島素可能通過MVM 上的IR 調(diào)控BM 上GLUT4 的表達(dá)及其介導(dǎo)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)。而且，在孕晚期，胰島素也可能影響經(jīng)胎盤的葡萄糖攝取。

GLUT8 表達(dá)于足月胎盤上的合胞體滋養(yǎng)層和內(nèi)皮細(xì)胞中。但GLUT8 對經(jīng)胎盤的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的影響尚不清楚。

胎盤上的GLUT9 存在GLUT9α 及GLUT9β兩種亞型，前者主要表達(dá)在合胞體滋養(yǎng)層的BM以及內(nèi)皮細(xì)胞中，后者主要表達(dá)在合胞體滋養(yǎng)層的MVM 上[13]。

胎盤組織中發(fā)現(xiàn)GLUT10 存在，但其在胎盤上的位置和功能都不明確。

GLUT12 主要表達(dá)于孕早期合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞的胞質(zhì)中。在足月胎盤中，主要表達(dá)于絨毛血管平滑肌和絨毛間質(zhì)細(xì)胞。隨著妊娠的推進(jìn)，合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞上GLUT12 的表達(dá)降低[14]。在妊娠不同時期，GLUT12 的分布變化可能與胰島素受體的變化有關(guān)，可能參與孕早期合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞上的胰島素依賴的葡萄糖攝取。

1.2 胎盤上葡萄糖代謝對葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

除了GLUTs 的分布和活性會影響胎盤上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)外，胎盤上葡萄糖代謝、子宮-胎盤血流量也會影響胎盤上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)。Trond 等[15]發(fā)現(xiàn)約30%被胎盤自身消耗。而且，胎盤的葡萄糖消耗與胎盤的葡萄糖攝取呈正相關(guān)，與胎兒的葡萄糖消耗負(fù)相關(guān)。這表明胎盤自身對葡萄糖的消耗也是調(diào)節(jié)葡萄糖母親-胎兒轉(zhuǎn)移的重要手段之一，但目前對此方面的研究仍然較少。

2 妊娠期糖尿 ?。╣estational diabetes milletus，GDM）患者胎盤上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的改變

GDM 是指妊娠期間首次發(fā)生或發(fā)現(xiàn)的不同程度的葡萄糖耐受不良。全球發(fā)病率高達(dá)14.0%[16]，我國GDM 發(fā)病率高達(dá)8.4%～18.9%，且呈逐年上升的趨勢[17]。GDM 會對子體產(chǎn)生不良影響。短期內(nèi)，新生兒則發(fā)生巨大兒、低血糖和高膽紅素血癥風(fēng)險增加[18]；且在后期發(fā)生肥胖及2 型糖尿病等慢性代謝疾病的風(fēng)險增加[19]。

研究發(fā)現(xiàn)，與正常孕婦胎盤相比，GDM 患者的胎盤重量、直徑、厚度等有所增加[20-21]，胎盤上的纖維素樣壞死、脈絡(luò)膜血管病變、缺血性疾病和絨毛不成熟均增加[22]。因此GDM 患者的胎盤結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度病變，可能會引起胎盤葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的異常等功能改變，從而可能增加胎兒發(fā)生不良結(jié)局的風(fēng)險。

2.1 GDM 患者胎盤上GLUTs 的變化

GDM 患者常表現(xiàn)出高血糖和高胰島素血癥，早期體外實驗探討了血糖和胰島素對胎盤合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞GLUT1 的表達(dá)水平的影響。例如，Hahn、Illsley 等[23-24]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)血糖值為0 mmol/L時，合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞上的GLUT1 的表達(dá)增加，葡萄糖攝取增加。而當(dāng)血糖值為20～25 mmol/L時，GLUT1 的表達(dá)降低后，葡萄糖攝取減少。而當(dāng)血糖濃度為1～12 mmol/L 時，GLUT1 的表達(dá)并未發(fā)生改變[24]。但該研究尚未探討血糖對GLUT1活性的影響。Basak 等[25]發(fā)現(xiàn)胰島素可促進(jìn)孕早期BeWo 細(xì)胞株的GLUT1 mRNA 的表達(dá)和葡萄糖攝取。

一些研究報道了GDM 對胎盤上GLUT1 功能的影響，但結(jié)果不完全一致。Jansson 等[26]發(fā)現(xiàn)正常產(chǎn)婦與血糖控制良好GDM 患者的MVM 和BM 上GLUT1 的表達(dá)和葡萄糖攝取無顯著差異。然而，Gaither[27]和Yao 等[28-30]的研究發(fā)現(xiàn)GDM患者合胞體滋養(yǎng)層上GLUT1 的表達(dá)增加，且與子代出生體重呈正相關(guān)。GLUT1 表達(dá)的增加可能是GDM 患者中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)過多和胎兒生長加速的原因之一。

Sciullo E 等[31]發(fā)現(xiàn)與健康產(chǎn)婦相比，GDM患者胎盤上GLUT3 的表達(dá)降低。但Kainulainen等[32]的免疫組化結(jié)果顯示，GDM 患者胎盤上GLUT3的表達(dá)無顯著變化。因此，目前關(guān)于GDM 患者胎盤上GLUT3 表達(dá)的影響尚無統(tǒng)一定論。

研究GDM 胎盤上GLUT4 表達(dá)的研究報道較少，結(jié)果也不盡一致。Stanirowski 等[2]發(fā)現(xiàn)，胰島素治療的GDM 胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞上的GLUT4 表達(dá)增加，但是Colomiere 等[28]發(fā)現(xiàn)GDM 胎盤上GLUT4 的表達(dá)水平降低，且胰島素治療會進(jìn)一步降低GLUT4 的表達(dá)水平。GDM 胎盤上GLUT4 的表達(dá)水平的改變對葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的影響尚無報道。

Stanirowski 等[2]的研究發(fā)現(xiàn)，胰島素治療的GDM 胎盤上GLUT9 的表達(dá)水平顯著高于正常胎盤。另外還有研究報道，GDM 患者胎盤BM 上的GLUT9α 表達(dá)水平明顯高于正常胎盤。

暫無關(guān)于GDM 影響胎盤上GLUT8 及GLUT12的表達(dá)水平的報道。

由目前的研究結(jié)果可知，GDM 可能會通過影響胎盤上GLUTs 的表達(dá)，從而改變胎盤上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)。但GDM 對不同GLUTs 的表達(dá)影響可能不完全相同，并且，飲食控制及胰島素治療的GDM 對GLUTs 的影響也有所差異。另一方面，大部分的研究結(jié)果均研究胎盤上GLUTs 的表達(dá)水平，針對其轉(zhuǎn)運(yùn)活性的影響研究較少。

2.2 GDM 患者胎盤上葡萄糖代謝的變化及其對葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

一些研究討論了GDM 患者胎盤上葡萄糖代謝的改變對胎盤上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的影響。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，GDM 胎盤上的細(xì)胞滋養(yǎng)層細(xì)胞的糖原合成減少[33]，但是Michelsen 等[15]的研究表明GDM 患者胎盤上的糖原合成與正常產(chǎn)婦無差別。

3 胎盤上調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制及GDM 患者胎盤上分子機(jī)制的改變

已有一些研究探討了胎盤上AMP 激活的蛋白激酶（AMP kinase，AMPK）、哺乳動物雷帕霉素靶標(biāo)（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路和胰島素/胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF1）信號通路對胎盤上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)影響。

AMPK 是人體重要的能量傳感因子，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)低能量狀態(tài)時（AMP/ADP：ATP 的比例增加），AMPK 信號通路被激活，從而促進(jìn)葡萄糖及脂肪酸等物質(zhì)的產(chǎn)能代謝。AMPK 可以調(diào)節(jié)骨骼肌、肝臟等組織中GLUTs 轉(zhuǎn)運(yùn)功能。一些研究也報道了AMPK 信號通路調(diào)節(jié)胎盤上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，以及GDM 患者胎盤上AMPK 活性的改變。Carey，E.A等[34]發(fā)現(xiàn)在胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞中，AMPK 敲除可抑制GLUT3 蛋白的表達(dá)及活性。肥胖的GDM 患者胎盤上的AMPK 的mRNA 表達(dá)水平下降[35-36]。Guo Yao 等[28]研究結(jié)果表明，GDM 胎盤上GLUT1表達(dá)增加，AMPK 及其下游ACC 的磷酸化水平降低，提示AMPK 信號通路被抑制。GDM 合并巨大兒患者胎盤上AMPK 及ACC 磷酸化水平與新生兒的體重呈負(fù)相關(guān)[37]。

mTOR 是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其與不同的蛋白成分組合形成mTOR 復(fù)合物1（mammalian target of rapamycin complex，mTORC1）和mTORC2，mTORC1 是胎盤上感應(yīng)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝的重要靶點之一[38]。胎盤合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞上的mTOR信號通路受葡萄糖調(diào)節(jié)[39]，葡萄糖可通過生成ATP 直接與mTOR 結(jié)合激活mTOR 信號通路[40]。mTOR 信號通路可能會影響胎盤上GLUTs 的表達(dá)水平。在JEG-3 滋養(yǎng)層細(xì)胞中抑制mTOR 的表達(dá)可降低GLUT3 的表達(dá)水平[41]。GDM 胎盤上mTOR信號通路被激活，mTORC1 的下游關(guān)鍵蛋白磷酸化水平顯著上調(diào)，且磷酸化水平變化與子代出生體重呈正相關(guān)[42]。

胰島素/ IGF1 是調(diào)節(jié)胎盤生長和胎兒發(fā)育的關(guān)鍵信號通路。IGF1 與IGFR1 受體或者IR 結(jié)合后，導(dǎo)致胰島素受體底物（insulin receptor substrate，IRS）以及磷脂酰肌醇3 激酶（phosphatidylinositol-3 kinase，PI3K）的激活，激活的PI3K，最終激活下游的AKT 和mTOR 信號通路，增加糖原合成和儲存。研究發(fā)現(xiàn)IGF1 可促進(jìn)合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞上的葡萄糖攝取和GLUT1 的表達(dá)[43]。

4 小結(jié)

胎兒從母體有效攝取葡萄糖有賴于胎盤的正常結(jié)構(gòu)和功能，胎盤主要通過多種GLUTs 將母體側(cè)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)至子體側(cè)，此外胎盤上葡萄糖代謝、子宮-胎盤血流量也會對葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)產(chǎn)生影響。GDM 患者胎盤上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)與正常孕婦胎盤上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)存在差異。目前研究認(rèn)為胎盤合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞上的GLUTs 是導(dǎo)致葡萄糖轉(zhuǎn)移發(fā)生改變的原因之一，不同的GLUTs 表達(dá)及活性的改變，如何對GDM 患者胎盤上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)產(chǎn)生影響，有待進(jìn)一步確認(rèn)。此外GDM 胎盤細(xì)胞滋養(yǎng)層細(xì)胞的葡萄糖代謝活性改變也可能影響葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)。影響胎盤上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的具體機(jī)制包括AMPK、mTOR 及胰島素/IGF1 信號通路。但具體分子機(jī)制的改變對胎盤上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)以及對胎兒不良結(jié)局的影響，仍然有待進(jìn)一步研究。