胚胎和胎盘的分区代谢支持哺乳动物发育
众所周知，在哺乳动物体内，代谢通过为能量产生、合成代谢、基因表达的表观调控和形成胚胎模式的代谢梯度等生命过程提供代谢中间物，支持组织发育。植入后的胚胎和胎盘最初在相对低氧（1-5% O2）的环境下发育，胎盘和胚胎都需要低氧诱导的基因表达模式。在妊娠中期，随着胚胎红细胞开始生成、胎盘和胚胎的血管系统成熟，营养物质和氧气从母体循环中的转移增强。在此阶段，胎盘和胚胎加速生长，其心脏、脑、肝脏形态发生。因此，妊娠中期是一个代谢动态期。
之前关于小鼠胚胎代谢的分析是依赖于体外的模型或者从遗传功能丧失实验的发育后果中间接推断代谢需求。而Sean J. Morrison和Ralph J. DeBerardinis团队在Nature上发表的“Compartmentalized metabolism supports midgestation mammalian development”这篇文章中，在体内通过更加直观地观察妊娠中期的完整胎儿-胎盘的代谢，阐明了代谢的动态变化以及检测扰乱代谢变化后的影响。
1. 小鼠胚胎和胎盘的代谢特征在GD10.5发生明显转变
为了描述妊娠中期的代谢特征，研究人员在GD10.5到GD13.5从自然妊娠的C57BL/6J母鼠中收集了胚胎和胎盘进行代谢组学分析。作者发现，胎盘和胚胎在GD10.5的代谢和之后几天不同，表明在GD10.5和GD11.5间存在代谢转变。代谢组过表征分析（MSOA）表明，胎盘在GD10.5到GD11.5氮和氨基酸代谢以及嘌呤和嘧啶代谢途径变化较明显。
2. 子宫内快速的局部代谢变化
研究人员在GD10.5向妊娠小鼠中注射均匀标记的[13C]-葡萄糖（[U-13C]葡萄糖）。每30 min取出胚胎和相邻的胎盘，并保持子宫血流，以便动态评估营养转运和代谢。数据表明，妊娠中期代谢迅速，包括母体葡萄糖和谷氨酰胺被显著用于合成胚胎嘌呤，并且在胚胎和胎盘间具有不同模式的代谢标记。
3. 分区的胚胎代谢
在妊娠中期，胚胎血管生成、红细胞生成和心脏功能的增强，表明胚胎中氧化代谢能力增强。当氧气水平升高时， GD9.5到GD12.5时进行[U-13C]葡萄糖同位素标记发现，在GD9.5，胎盘比胚胎具有更高水平的三羧酸（TCA）循环中间产物的标记。在接下来的三天内，胎盘中的TCA循环中间产物标记几乎无变化，但胚胎中的标记增加，到GD12.5时，胚胎中的标记与胎盘类似，甚至更高。丙酮酸氧化在胚胎和胎盘中的时间不同，在胚胎中滞后几天。
在这篇文章中，研究人员揭示了妊娠中期胚胎和胎盘的代谢特征，随着妊娠中期超过GD9.5，母体来源的营养物对于胚胎TCA循环的贡献增加。此研究为在单个胚胎器官水平上观察代谢途径提供了一种有效的可支持时空发育模式的方法，为将来基于更加精确的方法观察生命发育奠定了基础。
参考文献:Solmonson A, Faubert B, Gu W, Rao A, Cowdin MA, Menendez-Montes I, Kelekar S, Rogers TJ, Pan C, Guevara G, Tarangelo A, Zacharias LG, Martin-Sandoval MS, Do D, Pachnis P, Dumesnil D, Mathews TP, Tasdogan A, Pham A, Cai L, Zhao Z, Ni M, Cleaver O, Sadek HA, Morrison SJ, DeBerardinis RJ. Compartmentalized metabolism supports midgestation mammalian development. Nature. 2022 Apr;604(7905):349-353.
撰写人：徐晶晶/常伟