细胞绘图和“迷你胎盘”为人类怀孕提供了新见解

来自剑桥大学、Wellcome Sanger 研究所、瑞士 Friedrich Miescher 生物医学研究所 (FMI)、EMBL 欧洲生物信息学研究所 (EMBL-EBI) 的研究人员以及合作者对胎盘如何发育进行了深入研究并与子宫相通。

早期母胎界面中的滋养层细胞状态。a，人类妊娠头三个月母胎界面的示意图。b，供体 P13（大约 8-9 PCW）（n = 1）植入部位的组织学概述（苏木精和伊红 (H&E) 染色）。黑色轮廓表示空间中的滋养层微环境。c，按细胞状态着色的母胎界面（n = 37,675 个细胞核）中供体 P13 滋养层细胞核的 snRNA-seq 的均匀流形近似和投影 (UMAP) 图。d，供体 P13 组织切片的 Visium 空间转录组学数据中入侵滋养层细胞状态的空间位置概述（捕获区域的位置在扩展数据图 1d 中用箭头表示）。专色表示由 cell2location 计算的细胞状态密度，这是 Visium 点中给定细胞状态的细胞数。入侵的滋养层细胞状态根据它们所代表的空间微环境进行分组。e，点图显示供体 P13 snRNA-seq 数据中滋养层细胞状态（x 轴）的基因（y 轴）特征的归一化、对数转换和方差标度表达。f，点图显示供体 P13 snRNA-seq 数据中绒毛细胞滋养层（y 轴）特征基因（x 轴）的归一化、对数转换和方差标度表达。信用：供体 P13 snRNA-seq 数据中滋养层细胞状态（x 轴）特征基因（y 轴）的对数转换和方差标度表达。f，点图显示供体 P13 snRNA-seq 数据中绒毛细胞滋养层（y 轴）特征基因（x 轴）的归一化、对数转换和方差标度表达。信用：供体 P13 snRNA-seq 数据中滋养层细胞状态（x 轴）特征基因（y 轴）的对数转换和方差标度表达。f，点图显示供体 P13 snRNA-seq 数据中绒毛细胞滋养层（y 轴）特征基因（x 轴）的归一化、对数转换和方差标度表达。

今天发表的这项研究是人类细胞图谱计划的一部分，该计划旨在绘制人体中的每种细胞类型。它为人类胎盘实验模型的开发提供了信息并使其成为可能。

“这是我们第一次能够描绘出胎盘如何发育的全貌，并详细描述了每个关键步骤中涉及的细胞。这种新的洞察力可以帮助我们改进实验室模型，以继续研究妊娠疾病，这会导致全世界的疾病和死亡，”剑桥大学和惠康桑格研究所的共同第一作者 Anna Arutyunyan 说。

胎盘是胎儿形成的临时器官，可促进胎儿营养、氧气和气体交换等重要功能，并防止感染。胎盘形成并嵌入子宫，称为胎盘，对成功怀孕至关重要.

在分子水平上了解正常和紊乱的胎盘有助于回答有关鲜为人知的疾病的问题，包括流产、死产和先兆子痫。在英国，轻度先兆子痫会影响高达 6% 的怀孕。严重的病例很少见，大约占怀孕的百分之一到百分之二。

尽管妊娠失调在世界范围内导致疾病和死亡，但许多妊娠过程尚未完全了解。这部分是由于胎盘形成过程难以在人类身上进行研究，虽然动物研究很有用，但由于生理差异，它们具有局限性。

在其发育过程中，胎盘形成树状结构并附着在子宫上，外层细胞（称为滋养细胞）穿过子宫壁，转化母体血管以建立氧气和营养物质的供应线。

在这项新研究中，科学家们在之前调查妊娠早期的工作的基础上，以前所未有的细节捕捉了胎盘发育过程。尖端的基因组技术使他们能够看到所有涉及的细胞类型，以及滋养层细胞如何与周围的母体子宫环境进行交流。

该团队揭示了滋养细胞发育的完整轨迹，提出了疾病中可能出现的问题，并描述了多种细胞群的参与，例如母体免疫细胞和血管细胞。

“这项研究是独一无二的，因为它可以使用罕见的历史样本，这些样本涵盖了子宫深处胎盘形成的所有阶段。我们很高兴创建了这个开放获取的细胞图谱，以确保科学界可以利用我们的研究来为未来的研究提供信息，”剑桥大学病理学系的共同资深作者 Ashley Moffett 教授说。

他们还将这些结果与实验室培养的胎盘滋养细胞类器官（有时称为“迷你胎盘”）进行了比较。他们发现，在这些类器官模型中可以看到组织样本中识别出的大多数细胞。一些后来的滋养层细胞群是看不见的，很可能只有在收到来自母体细胞的信号后才会在子宫中形成。

该团队专注于一种未被充分研究的母体免疫细胞群（称为巨噬细胞）的作用。他们还发现其他母体子宫细胞释放调节胎盘生长的通讯信号。

这项研究的见解可以开始拼凑关于这个怀孕阶段的未知数。新的认识将有助于开发有效的实验室模型来研究胎盘发育，并促进诊断、预防和治疗妊娠疾病的新方法。