Life Med | 王红梅/闫龙等揭示正常孕妇和子痫前期患者胎盘滋养层细胞中多肽类激素特征

胎盘作为妊娠期间重要的临时内分泌器官，对于胚胎的发育和母体健康至关重要。胎盘分泌的多肽类激素是妊娠建立和维持以及胎儿健康保障的关键。而且，妊娠期间多肽类激素异常可能导致多种妊娠相关疾病，如子痫前期（PE）这种导致母体妊娠期特异性高血压和多系统损伤的疾病。胎盘滋养层细胞作为胎盘的主要功能细胞，包括单核滋养层细胞（CTB），及由CTB分化的合体滋养层结构（STB）和绒毛外滋养层细胞（EVT）。STB被认为是多肽类激素的主要来源。然而，在整个妊娠期间，STB到底分泌了哪些多肽类激素？这些激素是否存在妊娠时程特异性？CTB和EVT是否也能分泌多种多肽类激素？多肽类激素分泌异常是否与PE的发生相关？目前仍不清楚。

为解决上述问题，中国科学院动物研究所王红梅团队，在国际期刊Life Medicine上以Letter形式发表了题为Elucidating the dynamics of polypeptide hormones in the physiological and preeclampsic placental trophoblast cells across gestation at single-cell level的研究论文。该文章从单细胞转录组测序（scRNA-seq）出发，系统分析了正常孕妇和PE患者的胎盘不同类型滋养层细胞多肽类激素的表达特征，并利用人胎盘滋养层干细胞（hTSC）分化模型对关键多肽类激素在不同类型滋养层细胞中以及PE患者滋养层细胞中的变化进行了深入分析。本研究为全面了解多肽类激素在正常和PE患者胎盘发生中的作用提供了新的见解，为开发PE患者早期诊断和治疗方法提供了潜在靶点。

胎盘滋养层细胞中多肽类激素表达特征

首先，研究人员通过对多例孕早期，孕中期和孕晚期患者胎盘进行10X Genomics scRNA-seq分析，发现滋养层细胞共表达91种多肽类激素编码基因。STB中，除了已知的重要多肽类激素，如CGB家族激素和PSG家族激素外，研究人员发现妊娠期对于胚胎植入及胎盘发育极为重要的多肽类激素Kisspeptin特异性表达于STB。此外，STB还高表达血管生成相关多肽类激素，包括ANGPTL1，ANGPTL2和ANGPTL6，以及生长激素/催乳素家族激素，包括CSH1，CSH2，CHL1，GH1，GH2和PRL。值得注意的是，EVT也具有分泌多肽类激素的功能，分泌包括血管生成相关多肽类激素，如ADM，CSH1，FSTL1，PGF，TAC3和ANGPTL3，以及和EVT侵润母体蜕膜和改建母体螺旋动脉功能相关的激素，如FSTL3，PAPPA和PAPPA2。CTB高表达CORT，ANGPTL5，UTS2和RNL2。scRNA-seq和免疫组化染色证明多肽类激素ADM，FSTL3，FSTL1和TAC3在整个妊娠期内的三种类型滋养层细胞中均高表达。

图1. 正常孕妇滋养层细胞中多肽类激素表达特征

随后，研究人员利用hTSC分化滋养层细胞模型对多肽类激素在不同类型滋养层细胞中的变化进行了验证，证明FSTL1，PGF，ADM，TAC3，ANGPTL4，PAPPA，FSTL3，CSH1和PAPPA2等多肽类激素随着hTSC的分化表达升高，与scRNA-seq结果一致。以上结果系统阐明了胎盘滋养层细胞中多肽类激素表达特征。

图2. hTSC分化滋养层细胞模型中多肽类激素表达变化

PE患者胎盘滋养层细胞中多肽类激素表达变化

为系统解析PE患者胎盘各类滋养层细胞中多肽类激素变化，研究人员对PE患者和妊娠时程对应的正常孕妇胎盘中滋养层细胞scRNA-seq数据进行了比较分析。研究发现，PE患者STB中POMC，STC1，ADM，FSTL1和ANGPTL4的表达下降；CTB中GAL和INSL4的表达升高；EVT中CTGF和TAC3表达升高，而ADM和FSTL1表达下降。值得注意的是，ADM和FSTL1在PE患者的STB和EVT中均呈下降趋势。ADM编码的肾上腺髓质素在血管生成及血管舒张过程中具有重要作用，FSTL1编码的卵泡抑素-1在促血管生成、炎症反应、细胞增殖和迁移过程中具有重要作用。通过对PE患者和正常孕妇胎盘组织进行免疫染色证明肾上腺髓质素和卵泡抑素-1在PE患者STB和EVT均呈下降趋势。

图3. PE患者胎盘滋养层细胞中多肽类激素表达特征

为了进一步验证ADM和FSTL1在PE患者滋养层细胞中的变化，研究人员通过低氧处理hTSC分化滋养层细胞模型构建了PE滋养层细胞模型（STBH，EVTH）。结果表明，相比于正常滋养层细胞，STBH和EVTH中ADM和FSTL1的表达呈下降趋势。以上结果表明，PE患者胎盘滋养层中与胎盘血管生成相关的多肽类激素肾上腺髓质素和卵泡抑素-1下降。

图4. PE滋养层细胞模型中多肽类激素表达变化

总结和局限性

综上，本研究系统解析了正常孕妇和PE患者胎盘不同类型滋养层细胞中多肽类激素的表达特征，加深了对妊娠期间多肽类激素在胎盘生理和PE条件下作用的理解。然而，本研究仍存在一定的局限性，一方面由于STB结构的直径较大，因此scRNA-seq技术对于STB的捕获数量受限；另一方面，本研究主要针对转录组水平，对于多肽类激素在蛋白水平的功能还有待进一步研究。

图5. 系统阐明正常孕妇和PE患者胎盘滋养层细胞中多肽类激素表达特征

中国科学院动物研究所王红梅研究员、闫龙副研究员为本文共同通讯作者，中国科学院动物所吴昊博士后和中山大学附属第一医院罗郴香博士为共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的经费支持。

英文全文链接：

https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnad003

引用本文：

Hao Wu, Chenxiang Luo, Yin Rong, Ruoxuan Yu, Yan Zhao, Long Yan, Hongmei Wang, Elucidating the dynamics of polypeptide hormones in the physiological and preeclampsic placental trophoblast cells across gestation at single-cell level, Life Medicine, 2023;, lnad003, https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnad003