碘缺乏疾病(Iodine Deficiency Disorders, IDD)是全世界导致智力缺陷最常见的可预防性疾病,其对人类大脑的损伤主要发生在脑发育的关键期-胎儿期和生后早期,妊娠期间适宜的碘营养和甲状腺激素(TH)水平是保证胎儿正常的生长发育、尤其是脑发育的必要条件。目的：本研究旨在从整体、细胞、分子水平深入探讨母亲及其联系胎儿的胎盘组织对碘缺乏和碘过量的代偿能力(即对胎儿的保护能力),为孕期适宜补碘和进行孕期碘营养监测及甲状腺功能筛查提供实验依据。方法：按体重将4-6周龄健康Wistar雌性大鼠随机分为5组：重度缺碘组(S1D)、中度缺碘组(MoID)、轻度缺碘组(MiID)、正常碘组(NI)、30倍碘过量组(ExI),其中NI组作为正常对照。每组大鼠均食用低碘鼠粮,SID饮用自来水,每日总碘供给量为1.24μg；中、轻度缺碘组和正常碘组、碘过量组饮用含不同剂量碘化钾的自来水,每日总碘供给量分别是2.5μg、5μg、10μg和300μg。喂养3月后与按正常组条件饲养的Wistar雄性鼠交配,以妊娠16、20天孕鼠及其胎鼠为研究对象。砷铈催化分光光度法检测孕鼠和胎鼠的(尿、血、羊水、胎盘组织)碘含量,化学发光免疫分析法检测孕鼠血清和胎鼠羊水甲状腺激素及促甲状腺激素(TSH)水平,观察甲状腺形态；应用实时荧光定量PCR、Western blotting、免疫组织化学、激光捕获显微切割等技术,对胎脑TH代谢脱碘酶(D2、D3)和TH转运体(MCT8)、发育中神经元标志物(DCX)和突触发育标志物(p38)、胎盘组织和纯化的滋养层细胞的碘转运体(NIS、pemdrin)和TH转运体(MCT8、OATP14)以及TH代谢脱碘酶(D2、D3)进行了基因表达水平及部分蛋白表达水平检测。酶联免疫吸附双抗体夹心法测定孕鼠血清绒毛膜促性腺激素(rCG)水平。结果：1不同碘营养对孕鼠甲状腺功能的影响1.1轻、中、重度碘缺乏①机体碘水平降低尿碘和血碘水平与对照组相比显著降低,随缺碘加重,降低更加明显；但血碘变化的幅度小于尿碘。②甲状腺摄碘增强甲状腺NIS免疫阳性反应明显上调,主要沿滤泡细胞基底膜呈线性分布,并与缺碘程度呈正相关。③甲状腺功能减退症血清TT4、FT4呈降低趋势,TSH呈增高趋势,随缺碘加重,激素的变化趋势更加明显。④甲状腺质量增加随缺碘加重,甲状腺绝对和相对质量呈升高趋势,与对照组比较,SID组有统计学意义,MoID和MiID组无统计学意义。⑤甲状腺解剖和组织学变化SID组甲状腺明显充血肿大,呈明显的小滤泡增生性甲状腺肿改变；MoID和MiID组甲状腺肿大不明显,MoID组呈轻度的小滤泡增生性改变,MiID甲状腺与NI组甲状腺滤泡大小相似,但胶质较少。1.2碘过量①机体碘水平增高尿碘和血碘水平与对照组相比显著升高,但血碘升高的幅度低于尿碘。②甲状腺摄碘减少甲状腺NIS免疫阳性反应下调,主要位于滤泡上皮细胞胞浆内。③甲状腺功能不足血清TT4、FT4呈轻度降低趋势,TSH呈增高趋势。④甲状腺质量甲状腺绝对和相对质量与对照组接近。⑤甲状腺解剖和组织学变化甲状腺外观与对照组相似,组织学表现与对照组甲状腺滤泡大小相似,但胶质有增多的改变。2不同碘营养对胎鼠甲状腺功能和脑发育的影响2.1胎鼠甲状腺功能建立之前(孕16天)2.1.1轻、中、重度碘缺乏①机体碘水平未见降低羊水碘含量与对照组相似。②甲状腺激素不足(来自母鼠)SID和MoID组羊水FT4呈降低趋势,FT3/FT4比值呈升高趋势,仅在SID组FT3/FT4比值升高有统计学意义。而MiID组羊水TH与对照组无明显差别。③脑TH不足、发育受抑制各缺碘组脑组织D2mRNA表达显著降低；DCXmRNA和蛋白表达均呈升高趋势,DCXmRNA在MoID和MiID组升高有统计学意义,DCX蛋白升高无统计学意义。2.1.2碘过量①机体碘水平增高羊水碘含量与对照组相比显著升高,但其升高的幅度(约5倍)明显小于其母鼠碘供给量的升高幅度(30倍)。②甲状腺激素基本正常(来自母鼠)羊水FT4、FT3含量与对照组相似,FT3/FT4比值呈降低趋势,但无统计学意义。③脑TH及发育基本正常脑组织各项测定指标与对照组相似。2.2胎鼠甲状腺功能建立之后(孕20天)2.2.1轻、中、重度碘缺乏①机体碘水平降低SID和MoID组羊水碘水平降低明显,约为对照组的50%和36%；而MiID组几乎接近对照组(97%)。②甲状腺摄碘增强甲状腺NIS免疫阳性反应明显上调,主要沿滤泡细胞基底膜呈线状分布,并与缺碘程度呈正相关,与孕鼠相似。③甲状腺激素不足(来自母鼠和胎鼠两方面)SID羊水FT4降低,TSH、FT3/FT4比值升高,二者均有统计学意义。而MoID和MiID组羊水TH与对照组比较无显著差别,但TSH较对照组有升高趋势。④甲状腺解剖和组织学变化SID)组甲状腺明显充血肿大,MoID、MiID组甲状腺肿大不明显,仅有充血表现；组织学SID组大多数细胞呈腺团样结构,但滤泡腔不明显,也未见胶质,毛细血管较丰富；MoID组甲状腺仅部分形成明显的滤泡腔,但腔内胶质极少,几乎看不到,仍有相当数量的细胞呈腺团样结构,小血管丰富；MiID组甲状腺形成腔滤泡的数量较MoID组明显增多,但比对照组仍少,腔内胶质仍较少,部分可见淡染胶质。⑤脑TH不足、发育受抑制各缺碘组脑组织D2和MCT8mRNA表达均显著降低,D3mRNA表达呈降低趋势。DCXmRNA表达在SID和MoID呈升高趋势(与对照组相比有统计学意义),但其蛋白表达无明显差异；MiID组DCXmRNA和蛋白表达则与对照组无明显差异。p38mRNA和蛋白表达在SID和MoID组均显著降低；而MiID组仅呈mRNA表达明显降低,蛋白表达与对照相似。2.2.2碘过量①机体碘水平增加羊水碘含量与对照组相比升高有统计学意义,但其升高的幅度(约25倍)小于其母鼠碘供给量的升高幅度(30倍)。②甲状腺摄碘减少甲状腺NIS免疫阳性反应下调,主要位于滤泡上皮细胞胞浆内,同孕鼠相似。③甲状腺激素基本正常(来自母鼠和胎鼠两方面)羊水TH水平与对照组比较差异无统计学意义。④甲状腺解剖和组织学变化甲状腺肿大不明显,仅有充血表现；组织学甲状腺滤泡大小与对照组相似,但小血管较丰富。⑤脑TH不足、发育受抑制脑组织D2mRNA水平显著降低；D3mRNA表达呈降低趋势；MCT8mRNA显著升高。DCXmRNA和蛋白表达与对照组相似。p38mRNA呈降低趋势,蛋白表达与对照相似。3不同碘营养对胎盘滋养层细胞碘转运体表达的影响3.1胎盘NIS及pendrin分布NIS主要表达在较大绒毛干的滋养层细胞(即细胞及合体滋养层细胞)靠近胎儿侧的胞质中,孕晚期的间充质细胞、母体的蜕膜细胞、子宫内膜腺体等多种细胞胞质中。滋养层细胞中功能活跃细胞(可见核分裂相)的细胞膜上也明显表达,孕早期可见全膜分布,晚期主要位于胎儿侧胞膜上。pendrin主要分布于较大绒毛干的滋养层细胞(即细胞及合体滋养层细胞)靠近母体侧胞质中。3.2碘缺乏时滋养层细胞NIS、pendrin mRNA水平SID组在孕16天NISmRNA水平呈升高趋势,pendrin mRNA显著升高；而孕20天NISmRNA呈降低趋势,pendrin mRNA呈升高趋势；MoID和MiID组在孕16和20天NISmRNA与对照组表达相似,pendrin mRNA呈升高趋势。3.3碘过量时滋养层细胞NIS、pendrin mRNA水平NISmRNA孕16天表达显著降低,pendrin mRNA呈降低趋势；在孕20天NISmRNA表达显著增高,pendrin mRNA呈升高趋势。4不同碘营养对胎盘组织TH代谢关键酶、转运体表达的影响4.1胎鼠甲功建立前(孕16天)①中、重度碘缺乏：在SID和MoID组,MCT8mRNA在胎盘组织表达显著减低,在纯化的滋养层细胞呈降低趋势；胎盘组织OATP14mRNA表达呈升高趋势；D2mRNA在胎盘组织呈降低趋势,在滋养层细胞呈升高趋势；D3mRNA在胎盘组织和滋养层细胞均呈降低趋势。②轻度碘缺乏：在MiID组,MCT8和OATP14mRNA的表达水平与SID和MoID组相似：D2、D3mRNA与对照组相似。③碘过量：在ExI组,MCT8 mRNA变化同各缺碘组相似,但胎盘组织OATP14mRNA呈降低趋势；D2mRNA在胎盘组织呈降低趋势,在滋养层细胞与对照组相似；D3mRNA表达与SID和MoID组相似。4.2胎鼠甲功建立后(孕20天)①中、重度碘缺乏：在SID和MoID组,MCT8 mRNA在胎盘组织表达显著减低(同孕16天),但SID组的滋养层细胞呈升高趋势,MoID组与对照组相似；胎盘组织OATP14mRNA呈降低趋势；D2mRNA在胎盘组织呈升高趋势,在滋养层细胞显著升高；D3mRNA在胎盘组织呈降低趋势。②轻度碘缺乏：在MiID组,MCT8mRNA在胎盘组织显著减低,在滋养层细胞与对照相似；胎盘组织OATP14mRNA变化同SID和MoID组相似：D2mRNA在胎盘组织呈降低趋势,在滋养层细胞呈升高趋势；D3mRNA表达与对照相似。③碘过量时：在ExI组,MCT8mRNA变化同各缺碘组相似；胎盘组织OATP14mRNA与对照相似；D2mRNA在胎盘组织和滋养层细胞均显著升高；D3mRNA表达与SID和MoID组相似。结论1.中、重度碘缺乏引起孕鼠、胎鼠体内碘水平显著下降,甲状腺功能减退,经母体-胎盘代偿后仍不能满足胎脑发育对TH的需求,导致明显的脑发育障碍。2.轻度碘缺乏引起孕鼠体内碘水平轻度降低,甲状腺功能轻度减退,在母体-胎盘的代偿下,胎儿体内碘水平和甲状腺功能基本接近正常,但胎脑发育所需要的TH仍相对不足,主要影响孕早期胎儿甲功建立之前(即依赖母体TH阶段)的胎脑发育。3.碘过量引起孕鼠体内碘水平升高,甲状腺功能不足,在母体-胎盘的代偿下,胎儿体内碘水平虽略有升高,但甲状腺功能基本接近正常,胎脑发育所需要的TH仍相对不足,主要影响孕晚期胎儿甲功建立之后的胎脑发育。总之,妊娠期间机体即使轻微的碘水平和(或)甲状腺功能的异常波动,都会不同程度地影响到胎儿脑发育。