技术分享：女性妊娠期恶心和呕吐与GDF15有关
多达七成的女性怀孕时会出现恶心和呕吐。当妊娠期恶心和呕吐（NVP）非常严重导致无法正常进食或饮水时，会被诊断为妊娠剧吐（hyperemesis gravidarum，HG），通常还伴随着体重减轻和电解质紊乱，这可能对母亲和胎儿的长期健康造成重大影响[1]。HG是孕妇妊娠早期住院的主要原因，也是妊娠住院的第二大常见原因[2]。目前，对NVP或HG的分子机制研究还没有显著进展。最近一些证据表明，一种作用于脑干的激素GDF15与NVP有关。在非妊娠状态下，GDF15在细胞应激时被广泛表达。其受体是GFRAL和RET异源二聚体，仅在后脑表达，受体激活后会导致恶心和呕吐反应[3]。2000年，首次报道孕妇血液中存在高水平的GDF15[4]。最近，GDF15被发现是由人类滋养层类器官分泌最丰富的多肽之一，并且胎盘中的GDF15 mRNA比其他组织都更丰富[5]。发生NVP或HG孕妇的循环GDF15浓度也会更高些。一种罕见的杂合突变体GDF15（C211G）在HG女性中高度富集[6]。然而，迄今为止，GDF15与NVP、HG的遗传关联机制尚不明确。
2023年12月，Nature期刊在线报道一项研究，发现胎儿产生GDF15的水平以及母体对GDF15的高敏感性，都会大大增加妊娠剧吐（HG）的风险。研究证实，妊娠母体血液中较高的GDF15水平与发生妊娠期恶心和呕吐（NVP）和HG有关，且绝大多数GDF15来源于胎儿胎盘。母体对GDF15的敏感性是由妊娠前暴露于GDF15决定的，非妊娠状态下低水平的循环GDF15会增加发生HG的风险。相反，因其他因素造成非妊娠状态下本底循环GDF15高的女性发生NVP或HG的风险较低。在怀孕前增强女性对GDF15激素的耐受性可能是预防孕吐的关键[7]。
首先，研究者测量孕妇循环血液中的GDF15水平。因一种GDF15的常见突变体H202D被证实会干扰野生型GDF15浓度的测量[8]，于是研究者使用一种不易被H202D突变体干扰的免疫测定法来进行测量。采集妊娠15周左右的孕妇血液样本，结果显示，出现NVP的女性GDF15水平显著高于无NVP反应的女性（图一a）。在另一项研究中发现，HG女性的GDF15水平显著高于轻微NVP的女性（图一b和c）。以上数据表明，妊娠期母体GDF15水平与发生NVP和HG之间存在正相关性。
图一 妊娠期恶心、呕吐和妊娠剧吐的母体循环GDF15水平较高[7]
接下来，研究者探究妊娠期循环GDF15的来源。开发了基于质谱的测定方法，来区分在202位（成熟循环蛋白第6位）携带组氨酸（H）或天冬氨酸（D）的GDF15（图二a）。在内肽酶GluC的切割作用下，根据第202位氨基酸的不同，可将GDF15切割成H肽或D肽（图二a）。使用来自妊娠结局预测（POP）研究队列的胎盘RNA-seq数据和母体DNA[5]，对胎儿和母亲进行基因分型，发现7种胎儿和母亲H202D基因型不一致的组合，即胎儿和母亲其中一人携带H202D杂合基因型。结果显示，在母亲为HD杂合基因型的血浆中，来源于母体的D肽平均贡献少于1%的循环GDF15（图二b-d），提示循环GDF15主要来自胎儿。研究者选择胎儿为HD杂合基因型，母亲为HH纯合基因型的组合进行检测，令人惊讶的是，该队列由胎儿产生的D肽就构成了总循环GDF15的一半以上（图二e）。以上数据表明，循环中的GDF15绝大多数都来源于胎儿，并且D肽可能被优先表达和分泌，以及可能在循环中具有更长的半衰期。
图二 妊娠女性的循环GDF15主要来源于胎儿[7]
据报道，携带GDF15的C211G杂合突变女性发生HG的风险至少增加了10倍[6]。第211位的半胱氨酸是参与GDF15链内二硫键形成的关键保守半胱氨酸残基之一，C211的缺失被预测具有高度破坏性。研究者将GDF15 C211G表达质粒瞬转到HEK 293T细胞，发现虽然GDF15 C211G高度表达，但与野生型不同，并没有成熟肽被分泌出来，表现为未被加工的前肽完全保留在细胞内（图三a）。GDF15是以同源二聚体的形式被分泌的，研究者随后测试C211G突变体是否会干扰野生型GDF15的分泌。采用不同标签蛋白标记GDF15的突变体和野生型，发现当野生型与C211G共表达时，野生型的分泌明显减少（图三b）。为确定C211G突变体对循环GDF15的影响，研究者在另一队列进行探究，发现未怀孕的C211G杂合基因型女性（11/2872）的循环GDF15水平相比对照组显著降低了50%以上（图三c）。为阐明C211G杂合基因型母体和胎儿GDF15之间的相互作用，研究者进一步鉴定了6名C211G杂合基因型女性的17名后代[6]，发现胎儿为C211纯合野生型时，10/10孕妇都发生HG；相反，胎儿为C211G杂合基因型时，只有4/7孕妇发生HG。以上数据表明，GDF15 C211G突变体会影响GDF15的分泌，孕妇携带这种罕见C211G突变型会带来HG风险，然而当胎儿也携带C211G突变型时，HG风险可能会被降低。
图三 罕见和常见HG风险基因突变都降低了非妊娠状态下的循环GDF15水平[7]
据报道，全基因组范围内，GDF15基因及其临近的常见遗传变异与HG具有最强的相关性。于是，研究者着重研究两种GDF15基因座上的单核苷酸（SNV）突变体，并在18,184人的研究队列中检测它们与GDF15水平的相关性。与罕见C211G突变体一致，在非妊娠状态下，这两种SNV突变体等位基因均与较低的GDF15相关（图三d）。随后研究者系统地检测非妊娠状态下循环GDF15与HG风险之间的因果关系，发现在非妊娠状态下循环GDF15水平的增加降低了HG风险（图三e）。以上数据表明，常见的HG风险基因突变会降低非妊娠状态下的循环GDF15水平，而非妊娠状态下低水平的GDF15会增加发生HG的风险。
最后，研究者猜想增加非妊娠状态下的循环GDF15水平能否降低HG风险，并设计小鼠实验进行验证。给野生型小鼠注射长效的人FC_GDF15或PBS，三天后，再给小鼠急性注射人重组GDF15，测量食物摄入量和体重的变化（图四a）。结果显示，预先接受PBS注射的小鼠，在注射人重组GDF15后出现显著的食物摄入量减少和体重减轻（图四b和c），但预先接受长效人FC_GDF15处理的小鼠在GDF15急性暴露后没有表现出类似的表型（图四b和c）。为了明确本底GDF15水平能否影响GDF15急性暴露后的厌食作用，研究者对野生型和先天性缺乏GDF15的Gdf15-/-小鼠，分别给与一定剂量的人重组GDF15处理。发现Gdf15-/-小鼠的24小时食物摄入量受到显著抑制，野生型小鼠则没有（图四d和e）。以上数据表明，GDF15急性暴露产生的厌食作用可以通过预先的GDF15处理得到缓解。
图四 长效GDF15的预处理可降低GDF15急性暴露小鼠的厌食反应[7]
综上所述，该研究表明发生妊娠期恶心和呕吐（NVP）甚至是妊娠剧吐（HG）的孕妇循环GDF15水平显著升高，且GDF15绝大多数来源于胎儿。当女性携带GDF15罕见或常见的突变基因型时，会影响GDF15的分泌，降低非妊娠状态下的循环GDF15水平，进而在怀孕后显著增加HG风险。因其他因素造成非妊娠状态下本底循环GDF15高的女性则发生NVP或HG的风险较低。该研究证实了胎儿来源的GDF15造成女性妊娠期恶心和呕吐的因果作用，怀孕前增强女性对GDF15激素的耐受性可能是预防孕吐的关键，为有效预防和改善孕吐提供了一种新的思路。
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参考文献
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