早产是指妊娠满28周而不足37周的分娩，在全球新生儿死因中的占比高达35.4%，是新生儿死亡和出生缺陷的首要原因，其本质上与分娩的异常启动有关，因此解析分娩启动的动因和机制迫在眉睫。分娩启动的异常与母体众多因素有关，比如母体炎症、生活习惯、妊娠期并发症等，都可以影响妊娠进程和分娩结局；然而作为一个母胎间交互对话的复杂过程，分娩中胎源性因素的作用却长期为人们所忽视。课题组前期的研究表明，胎源性因素在分娩启动中起着重要的信号作用，如胎肺分泌的胎源性因子如SP-A、PAF缺失可导致过期产[1]；并且过期产小鼠胎肺的发育成熟度显著低于正常胎肺[2]。然而作为胎鼠发育成熟的重要标志性事件，胎肺发育过程的代谢改变与母体的分娩启动是否直接关联尚未阐明。

研究者首先对过期产小鼠模型（steroid receptor coactivator，Src-1/-2 dKO）18.5dpc的胎肺进行RNA-seq分析，发现在Src-1/-2 dKO小鼠与WT小鼠胎肺中共有480个差异表达基因。根据Gene Ontology分析发现差异基因富集在多条与器官发育相关的通路上。由于Src-1/-2 dKO小鼠胎肺发育异常，其中9个差异表达基因，包括Crh、Gli3、Mycn、Gli1、Arg1、Lif、Crispld2、Ccbe1和Hsd11b1，与肺发育途径有关。在Src-1/-2 dKO小鼠胎肺中显著下调的转录本之一是Arg1，编码催化精氨酸代谢为鸟氨酸和尿素的关键酶（图1）。

图1 精氨酸代谢通路在SRC-1/-2敲除胎肺中显著下调

接下来，研究者扩大样本量通过RT-qPCR和western blotting验证了胎肺中Arg1的mRNA和蛋白表达。与WT相比，Src-1/-2 dKO胎肺中的Arg1 mRNA和蛋白水平显著降低。免疫组化实验表明，与WT相比，Src-1/-2 dKO胎鼠18.5 dpc胎肺中ARG1的蛋白表达降低（图2）。

图2 ARG1在SRC-1/-2 dKO小鼠胎肺表达显著降低

研究者进一步采用靶向代谢组学监测技术针对核苷酸、氨基酸、能量代谢中间产物、神经递质、维生素等200种小分子代谢物进行检测和分析。结果显示，50种代谢物在SRC-1/2 dKO胎肺和WT胎肺之间的差异具有统计学意义。在KEGG通路富集分析中，精氨酸生物合成和代谢途径均显著富集：其中精氨酸含量升高，而鸟氨酸含量降低，与胎肺中ARG1的表达变化相一致（图3）。

图3 SRC-1/-2 dKO小鼠胎肺中小分子代谢物表达情况

为了研究ARG1对胎肺发育的影响，研究者将靶向ARG1的腺相关病毒（AAV-shArg1）在13.0 dpc时注射到每个胚胎的胎盘中。孕鼠在分娩时被安乐死，并收取胎鼠的肺，肝脏，胎盘和子宫肌。与注射对照病毒（AAV-2/9）的小鼠相比，注射AAV-shArg1的小鼠胎肺中ARG1的蛋白质丰度显著降低。研究者利用Western blotting和免疫荧光观察Arg1敲低是否影响胎肺细胞的增殖或凋亡。Ki67的蛋白质表达不受胎肺中Arg1敲低的影响，而且，注射AAV-shArg1的小鼠胎肺和注射AAV-2/9的小鼠胎肺之间Ki67阳性细胞的数量没有统计学差异。但是注射AAV-shArg1的小鼠胎肺组织中cleaved caspase3表达显著增加。此外，免疫荧光显示AAV-shArg1注射小鼠的胎肺中TUNEL阳性细胞的数量在I型肺泡上皮细胞和II型肺泡上皮中均显著增加。体外实验发现L-精氨酸可诱导肺上皮细胞凋亡（图4）。

图4 Arg1敲低促进肺泡上皮细胞凋亡

有趣的是，研究者观察到胎肺中Arg1敲低的母鼠妊娠期延长，分娩启动延迟，平均分娩时间为21.375 ±0.473天，显著高于对照组的19.5 ±0.204天。体外细胞实验发现L-精氨酸处理显著抑制子宫平滑肌细胞的自发性收缩。注射AAV-shArg1孕鼠子宫肌收缩相关蛋白（CX43、OXTR、COX2和PTGFR）表达均显著降低，炎性反应通路蛋白NF-kB的磷酸化水平降低（图5）。

图5 L-精氨酸抑制子宫平滑肌收缩延缓分娩启动

图6 胎肺Arg1的表达调控及其在胎肺发育和分娩启动中的协调作用