《The Journal of Physiology》：MCT1-mediated bidirectional propionate transport across human placental syncytiotrophoblast layer: insights from a trophoblast stem cell-derived barrier model
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丙酸作为一种肠道微生物群衍生的短链脂肪酸，影响胎儿发育和出生后代谢编程。尽管胎儿缺乏微生物群和内源性丙酸产生，但人类妊娠显示胎儿与母体丙酸浓度比大于1，表明其通过胎盘发生浓集转运。然而，其潜在机制仍未明确。本研究旨在鉴定负责丙酸跨合体滋养层(SynT)层跨胎盘
丙酸作为一种肠道微生物群衍生的短链脂肪酸，影响胎儿发育和出生后代谢编程。尽管胎儿缺乏微生物群和内源性丙酸产生，但人类妊娠显示胎儿与母体丙酸浓度比大于1，表明其通过胎盘发生浓集转运。然而，其潜在机制仍未明确。本研究旨在鉴定负责丙酸跨合体滋养层(SynT)层跨胎盘转运的转运蛋白。在人绒毛膜癌JEG-3细胞中进行转运蛋白敲低实验显示，MCT1(SLC16A1)沉默降低了[3H]丙酸摄取，而其他阴离子转运蛋白的敲低无此效应。使用非洲爪蟾(Xenopus)卵母细胞的功能分析表明，人MCT1而非MCT4(SLC16A3)的表达增加了[3H]丙酸转运。在人滋养层干细胞(hTSC)衍生的SynT中，[3H]丙酸摄取具有pH依赖性，并被MCT1选择性抑制剂显著抑制。随后，为了评估跨细胞转运，研究人员利用hTSC衍生的胎盘屏障模型进行了定量通透性测定。[3H]丙酸的渗透率显著高于细胞旁标记物[14C]D-甘露醇。MCT1抑制降低了顶膜到基底膜(A-to-B)及相反方向的[3H]丙酸渗透率，而MCT4抑制影响极小。值得注意的是，hTSC衍生模型表现出丙酸转移的定向偏向，反映了体内观察到的胎儿侧富集现象。数学模型分析进一步表明，MCT1在顶膜和基底膜均发挥功能，促进丙酸的双向转运。这些发现共同确定MCT1是丙酸跨越人SynT层转移的主要介质，为胎盘如何调控胎儿暴露于母体微生物群衍生代谢物提供了机制见解。
该研究针对胎儿缺乏内源性丙酸合成能力但其体内浓度却高于母体的生理现象，旨在阐明丙酸跨人胎盘合体滋养层(SynT)层的分子转运机制。研究人员通过构建人滋养层干细胞(hTSC)分化的胎盘屏障模型，结合分子生物学与药理学手段，揭示了单羧酸转运蛋白1(MCT1)在此过程中的核心作用。研究最终证实MCT1是介导丙酸双向跨胎盘转运的关键载体，该成果发表于《The Journal of Physiology》。
关键技术方法包括：利用JEG-3细胞和hTSC分化的SynT细胞进行转运蛋白基因敲低与摄取实验；在非洲爪蟾卵母细胞中异源表达人MCT1/4以验证底物特异性；建立基于hTSC的双层胎盘屏障模型并测量跨膜通透性；运用数学模型计算表观渗透系数(Papp)及推算膜内外转运速率常数。
研究结果如下：
JEG-3细胞中的丙酸摄取机制
通过siRNA敲低筛选，仅MCT1敲低显著降低了[3H]丙酸摄取，其他候选转运蛋白无影响。pH依赖性实验显示酸性环境促进摄取，且可被未标记丙酸竞争抑制，符合MCT特征。使用MCT1特异性抑制剂AR-C155858处理，几乎完全阻断了丙酸及典型底物乳酸的摄取，确立了MCT1的主导地位。
非洲爪蟾卵母细胞异源表达验证
在表达人MCT1的卵母细胞中，[3H]丙酸摄取显著增加，而表达MCT4的卵母细胞摄取量与对照组无异。MCT1抑制剂能有效抑制该摄取过程，而MCT4抑制剂VB124无效，从蛋白功能层面确证了MCT1对丙酸的特异性转运能力。
hTSC分化SynT细胞的摄取特性
hTSC向SynT分化后，MCT4 mRNA表达大幅上调，但功能性摄取实验仍显示MCT1抑制剂能显著抑制丙酸摄取，MCT4抑制剂则无作用。这表明尽管MCT4在胎盘中高表达，但其并非丙酸的功能性转运体。
hTSC胎盘屏障模型的构建与通透性测定
构建的屏障模型具有高跨上皮电阻(TEER)值和合体滋养层标志物SDC1的高覆盖率。通透性实验显示，[3H]丙酸的表观渗透率(Papp)约为甘露醇的3倍，表明其主要通过跨细胞途径转运。MCT1抑制剂能显著降低双向渗透率，而MCT4抑制剂无影响。
数学模型解析转运参数
通过计算 influx permeability (Pinf) 和 efflux clearance (Peff/Vd)，发现MCT1抑制剂使顶膜和基底膜的 influx 和 efflux 参数均降低约40%-50%，证实了MCT1在双层膜上的双向转运功能。计算得出的FMtrans值维持在1.18左右，反映了体内胎儿侧的富集倾向。
讨论部分总结指出，尽管MCT4在SynT中高表达，但其对丙酸的转运能力极弱，MCT1才是介导丙酸跨胎盘转移的主要介质。研究人员提出，顶膜侧较高的有效膜表面积以及由乳酸外排和Na+/H+交换驱动的局部酸性微环境，可能构成了驱动丙酸从母体侧向胎儿侧浓集转运的质子梯度。结论部分强调，MCT1作为肠道微生物群衍生代谢物跨越人SynT层的基本组件，在维持胎儿丙酸稳态中发挥着核心作用。
