内源性孕酮缺乏在慢性缺氧条件下通过影响小胶质细胞的调节功能，从而损害新生儿的大脑发育

《Brain, Behavior, and Immunity》：Endogenous progesterone deficiency impairs neonatal brain development via microglial dysregulation under chronic hypoxia

慢性胎儿缺氧通过胎盘-神经轴减少孕激素，导致小胶质细胞异常激活和髓鞘形成障碍，补充孕激素可逆转神经行为缺陷。

　　

严一晨|刘刚|崔月|李聪|陈慧文|朱中群

上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心心脏外科，中国上海200127

摘要

背景

多项研究证实了孕酮在胎儿和新生儿大脑发育中的重要作用。胎儿期慢性缺氧可能通过干扰胎盘类固醇激素的合成来介导后代的神经发育和认知障碍，但其机制尚不清楚。

方法

我们通过构建从胎儿到幼儿期的慢性缺氧模型，并结合孕酮补充、胎盘和脑样本的多组学分析、小胶质细胞形态学研究以及行为测试，系统评估了缺氧对胎盘内分泌-胎儿神经认知功能的影响。

结果

慢性缺氧显著抑制了胎盘类固醇合成酶的活性，导致胎儿循环和大脑中的孕酮水平下降。大脑中的孕酮缺乏会激活小胶质细胞，进而在慢性缺氧条件下引发过度炎症，从而干扰少突胶质细胞的分化并导致髓鞘形成缺陷。行为测试显示，慢性缺氧还会导致空间记忆和学习能力受损。在缺氧妊娠期间，外源性孕酮的给药可以恢复胎盘和大脑之间的孕酮梯度，抑制小胶质细胞的异常激活，促进髓鞘形成，并逆转认知缺陷。

结论

慢性缺氧通过“胎盘-神经轴”下调胎盘来源的孕酮水平，进而通过小胶质细胞-髓鞘途径导致认知障碍。妊娠期间补充孕酮可以为临床干预提供理论依据。

引言

胎儿和新生儿的慢性缺氧是先兆子痫和先天性紫绀性心脏病的常见病理状态，这与大脑发育不良和后期认知问题有关（Sehgal等人，2021年）。在新生儿慢性缺氧模型中，Sprague–Dawley幼崽及其母鼠从出生后第3天到第21天被置于10%氧浓度的缺氧环境中（Collins等人，2024年；Han等人，2021年），在P21时观察到小胶质细胞向促炎表型极化以及明显的白质损伤。然而，慢性缺氧如何在胎儿体内开始并影响大脑仍不清楚。不良的产前环境会通过破坏胎盘内分泌和免疫途径来损害后代的神经发育。为了探讨胎儿期慢性缺氧是否改变胎盘功能并导致神经发育损伤，我们在本研究中使用了部分子宫动脉结扎的方法来模拟胎儿期慢性缺氧。

类固醇激素——尤其是孕酮——在神经元成熟、突触可塑性、髓鞘形成中起着关键作用，并具有抑制神经炎症的效果（Quintana等人，2024年）。在急性脑损伤中，孕酮治疗可一致地减少炎症反应。我们之前的研究表明，外源性孕酮可以抑制新生儿慢性缺氧中的小胶质细胞过度激活并保护大脑（Huang等人，2018年；Liu等人，2020年；Yan等人，2024年）。然而，慢性缺氧是否改变内源性孕酮的合成或分泌，以及内源性孕酮如何调控小胶质细胞的功能，目前仍不清楚。

作为胎儿孕酮（P4）的主要来源，胎盘以时空方式释放这种激素，从而积极塑造神经发育（Vacher等人，2021年）。尽管缺氧可以在体外抑制胎盘类固醇的生成（Colson等人，2021年），但其对胎儿神经回路的影响在体内尚不明确。孕酮缺乏被认为会扰乱小胶质细胞的稳态——这是少突胶质细胞生成和髓鞘形成的关键节点（Gaynor等人，2024年）——但内源性孕酮如何调控胶质细胞命运的精确机制仍不清楚（Cuijpers等人，2021年）。

为了解决这些问题，我们通过部分子宫动脉结扎（妊娠第15天）并在10%氧浓度环境下暴露，建立了妊娠期Sprague–Dawley大鼠的慢性缺氧模型，涵盖了从胎儿到早期新生儿期的发育过程。本研究旨在：1. 确定慢性缺氧是否破坏胎盘孕酮的合成和胎儿神经组织中的P4生物利用度；2. 探究P4缺乏是否以及如何介导小胶质细胞失调和随后的髓鞘形成缺陷；3. 评估产前孕酮补充在改善神经行为结果方面的治疗潜力。

我们的发现揭示了缺氧诱导的发育障碍背后的新胎盘-小胶质细胞-髓鞘轴机制，为临床干预提供了理论依据。

部分内容

动物

本研究使用了来自北京维塔尔河实验室动物技术有限公司的15天妊娠期的Sprague-Dawley大鼠。动物被分成4-5组的对照组，在受控的环境条件下饲养（温度：20–25°C；12小时光照/黑暗周期），并可自由摄取标准实验室饲料和纯净水。所有实验方案均获得了上海儿童医学中心伦理委员会的批准，并严格遵循相关规程进行。

定量实时PCR中的引物

来源	引物名称	正向引物（5′到3′）	反向引物（5′到3′）
大鼠	IL-6	TCCTCGACGGCATCTCA	TTTCACCAGGCAAGTCTCCT
TNF-α	ATGGCCTCCCTCTCATCAGT	TGGTTTGCTACGACGTGGG
ARG-1	TCACCTGAGCTTTGATGTCG	TCACCTGAGCTTTGATGTCG
IL-10	CAAGCTGAGAACCAAGACCC	AAGATGTCAAACTCACTCATGGC
PRKCA	AGCCACAAGCAGTATTCTAT	AGCCACAAGCAGTATTCTAT
RAF-1	TGAAGGCAGCAGTCTCTA	TGGTCTCGGTTGTTGATG
MAPK1	AGAACATCATCGGCATCAA	GCGTGGCTACATACTCTG
CREB	CTCGGTCCTGTGATGTTG	GAGTAGTGAAGGTTGGTTAGA
GAPDH	GTGTTTCCTCGTCCCGTAGA	AATCTCCACTTTGCCACTGC
小鼠	IL-6	GCCACCGTTACCCTGATTTG

慢性缺氧损害胎盘发育并抑制孕酮的合成和分泌

本研究使用了24只母鼠所生的340只Sprague–Dawley幼崽（178只雄性，150只雌性）。所有幼崽均在E22时通过剖宫产出生。有12只幼崽因严重畸形或死产被排除。缺氧组的平均出生体重低于正常氧组（正常氧组7.11±0.03克，缺氧组6.44±0.03克，p=0.0013）。在E22时，通过剖宫产取出胎盘，称重并对病理组织进行HE染色和电子显微镜检查。

讨论

在本研究中，我们构建了一个从胎儿阶段开始的缺血和缺氧动物模型，以模拟子宫内的缺氧状态。通过体外和体内实验结合代谢组学和转录组学，研究了母体和内源性孕酮缺乏对神经损伤的影响。我们发现：1）慢性缺氧通过“胎盘-神经轴”下调胎盘来源的孕酮；2）内源性孕酮缺乏可导致神经发育障碍。

结论

总之，本研究是之前研究的延续。我们揭示了慢性胎儿缺氧引起的内源性孕酮缺乏，并阐明了孕酮通过与小胶质细胞膜受体2结合并激活下游的非遗传性PKC-ERK-CREB信号通路来调节小胶质细胞极化的分子机制。本研究的结果强调了充足内源性孕酮在新生儿大脑发育中的重要性。

局限性

我们的研究存在一些局限性。首先，需要注意的是，我们的发现基于大鼠模型，尚未在孕妇及其子女中验证孕酮减少和神经发育障碍的情况。其次，虽然我们的研究表明慢性缺氧会影响参与孕酮合成的酶的表达，从而导致孕酮水平降低，但我们尚未完全阐明具体机制。

伦理批准

本研究中的所有动物实验均获得了上海交通大学医学院伦理委员会的批准（批准编号：YTG-SCMC2024-24）。

作者贡献声明

严一晨：撰写——初稿撰写、软件使用、项目管理、方法设计、实验实施、数据分析、概念构思。刘刚：方法设计、数据分析、概念构思。崔月：实验实施、数据分析。李聪：数据分析。陈慧文：撰写——审稿与编辑、监督。朱中群：撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、资金筹措、概念构思。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82270315）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们非常感谢来自中国科学院上海药物研究所药物研究国家重点实验室的冯林音博士及其同事对实验工作的慷慨支持。同时，我们也衷心感谢上海交通大学医学院解剖学与生理学系的童晓萍博士及其同事在实验和研究中的帮助。