营养限制改变黄体期空怀母羊子宫一碳代谢及DNA甲基化相关基因表达

《Small Ruminant Research》：Nutritional restriction alters uterine one-carbon metabolism and DNA methylation-related gene expression in cyclic ewes during the luteal phase

　　

营养限制会改变绵羊的子宫生理状态，但其潜在分子机制尚不清楚。鉴于一碳代谢在为DNA甲基化和基因调控提供甲基基团中的重要作用，研究人员探讨了低营养摄入对非孕母羊黄体晚期子宫一碳代谢及表观遗传调控的影响。成年母羊被分为对照组和营养限制组，在发情周期第14天采集子宫组织，检测叶酸转运、一碳代谢及DNA甲基化相关基因的表达，并测定整体DNA甲基化水平。结果显示，营养限制显著降低了子宫中叶酸转运蛋白编码基因SLC19A1和叶酸受体编码基因FOLR1的表达，但对FOLR2和FOLR3无显著影响。在一碳代谢关键酶方面，亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）表达下降，而甲硫氨酸合酶（MTR）和甲硫氨酸腺苷转移酶2A（MAT2A）表达未发生变化。营养限制还改变了DNA甲基转移酶编码基因的表达，其中维持性甲基转移酶（DNMT1）表达降低，而从头甲基转移酶（DNMT3A）表达升高，DNMT3B表达无明显变化。然而，两组间的整体DNA甲基化水平相似。研究表明，营养限制可直接作用于黄体晚期母羊的子宫分子通路，影响代谢与表观遗传调控，为理解子宫对营养状态的敏感性提供了机制框架，并为未来探索营养在不同生殖状态下对子宫功能的影响奠定基础。

本研究发表于《Small Ruminant Research》，聚焦于营养限制对母羊子宫一碳代谢及表观遗传调控的影响。研究背景指出，低于维持需求的饲养会扰乱绵羊多种生理过程，导致繁殖性能下降。已有研究发现营养不足会改变发情周期不同阶段子宫的基因表达，尤其是在第14天这一与子宫重塑和免疫适应密切相关的关键时间点。然而，其分子机制仍未被揭示。环境因素（如营养状态）可通过影响表观基因组（如DNA甲基化模式）调节基因表达，而一碳代谢是连接营养供给与表观遗传调控的核心通路，依赖膳食中叶酸（维生素B₉）、甲硫氨酸、胆碱、丝氨酸及维生素B₂、B₆、B₁₂等微量营养素。叶酸与甲硫氨酸循环产生的S-腺苷甲硫氨酸（SAM）是DNA、组蛋白和蛋白质甲基化的通用甲基供体，由DNA甲基转移酶（DNMTs）催化完成甲基化修饰。反刍动物虽可依靠瘤胃微生物合成部分B族维生素，但在营养限制或需求增加时，饮食摄入仍是决定甲基供体可用性的关键因素。因此，研究人员假设营养限制会通过减少甲基供体微量营养素供应，破坏子宫一碳代谢，进而影响DNA甲基化与基因调控。

研究采用9只多胎成年Rasa Aragonesa母羊，分为对照组（摄食量为每日维持需求的1.5倍）和营养限制组（摄食量为每日维持需求的0.5倍），在发情周期第14天采集子宫组织，利用实时荧光定量PCR检测叶酸转运蛋白、一碳代谢关键酶及DNA甲基转移酶基因的表达，Western blot分析MTHFR蛋白水平，ELISA法测定整体DNA甲基化水平（以5-甲基胞嘧啶百分比表示）。

结果部分显示，营养限制组母羊体重和体况评分均显著下降。在基因表达方面，子宫中SLC19A1（编码还原型叶酸载体RFC）和FOLR1的表达显著降低，提示叶酸摄取能力下降；MTHFRmRNA表达下降约七倍，蛋白水平呈下降趋势；MTR和MAT2A表达无显著变化。DNA甲基转移酶方面，DNMT1表达下降，DNMT3A表达升高，DNMT3B无显著变化。然而，两组间整体DNA甲基化水平无显著差异。

讨论部分指出，SLC19A1和FOLR1的下调可能限制细胞内甲基供体池，从而影响子宫细胞的代谢与调控过程。MTHFR活性下降会减少活性叶酸生成，并可能导致同型半胱氨酸升高，引发氧化应激与炎症。尽管一碳代谢相关基因表达发生显著变化，但整体DNA甲基化未受影响，可能与DNMT1和DNMT3A表达的相反变化趋势有关，提示营养限制可能在不改变全局甲基化水平的情况下，引起特定基因位点的表观遗传修饰变化。研究结论强调，营养限制在黄体晚期显著下调MTHFR、SLC19A1和FOLR1的表达，干扰一碳代谢通路，可能影响子宫在营养应激下的代谢与调控功能，凸显营养状态在塑造子宫表观遗传环境中的作用。该研究为非孕母羊的营养—子宫功能关系提供了机制依据，并为后续探讨其对繁殖性能的潜在影响奠定了基础。