空間多組學探索妊娠早期滋養(yǎng)層發(fā)育圖譜-IF=69.504丨文獻解讀

文章題目：Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy

期刊：Nature

發(fā)表時間：2023.4.6

影響因子：69.504

今天給大家分享一篇2023年4月6日來自英國劍橋大學等機構的研究人員，在Nature期刊上發(fā)表了Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy文章，作者利用單細胞和空間多組學技術，在以前研究妊娠早期階段的研究工作基礎上，以細節(jié)捕捉到了胎盤的發(fā)育過程 ，解析了滋養(yǎng)層細胞發(fā)育的全部軌跡，創(chuàng)建了胎盤如何發(fā)育并與子宮交流的的深入圖景，這些新的發(fā)現可為孕早期人胎盤實驗模型的設計提供信息。

研究背景

胎盤是嬰兒與母體聯(lián)系的重要器官，為妊娠期間的胎兒提供營養(yǎng)物質、保護胎兒不受感染。在胎盤的發(fā)育過程中，絨毛外滋養(yǎng)層細胞（EVTs），滲透到孕婦子宮的粘膜內膜并向螺旋動脈遷移，破壞平滑肌。隨后，內皮細胞滋養(yǎng)層細胞（eEVTs）在細胞滋養(yǎng)層處形成栓塞，最后絨毛外滋養(yǎng)層細胞（EVTs）取代內皮細胞。。通過這種方式建立氧氣和營養(yǎng)物的供應線，這個過程對于胎盤的形成和嵌入子宮，以及最終是否成功妊娠至關重要。

研究成果

1. 人類胎盤床的空間圖譜

作者采集了3人著床部位（妊娠后（PCW）6-9周）的組織樣本，通過（1）單細胞核轉錄組測序（snRNA-seq）；（2）snRNA-seq和單核轉座酶可及染色質測序（snATAC-seq）結合測序；以及（3）空間轉錄組測序多模態(tài)方法。作者分兩步研究滋養(yǎng)層的異質性：首先，分析了P13（約9 PCW）的全厚度著床部位。其次，作者整合數據集（約5-13 PCW）驗證滋養(yǎng)層細胞群和它們的標記物，通過考慮典型標記物及其空間位置對滋養(yǎng)層子集進行注釋。在胎盤絨毛中，絨毛細胞滋養(yǎng)層（VCT）融合形成與子宮內膜間空間的母體血液接觸的覆蓋層合體滋養(yǎng)層（SCT）。在P13供體以及所有其他供體中，VCT子集高度表達TP63和CDH1。VCT和VCT增殖型（VCT-p）上調已知的干細胞和前體細胞標志物、Wnt信號分子、SEMA3F-NRP2信號復合物和VCT標記物。

圖1 早期母胎界面中的滋養(yǎng)層細胞狀態(tài)

2.EVT侵襲過程中活躍的轉錄因子

為了進一步研究EVT途徑，作者利用單細胞和空間轉錄組學聯(lián)合測序，結果發(fā)現EVTs-2位于錨定絨毛的遠端，可以分化成iEVT，也可以分化成eEVT細胞。

圖2 絨毛外滋養(yǎng)層細胞EVT 侵襲過程中活躍的轉錄因子

3.體外滋養(yǎng)層基準測試

接下來，作者探討了在VCT到EVT分化過程中觸發(fā)的細胞內在調控程序是否存在于源自兩種自我更新的初級滋養(yǎng)層類器官（PTO）和滋養(yǎng)層干細胞（TSC）產生的EVTs中。通過對以下樣本進行了scRNA-seq：（1）實驗組：在EVTM培養(yǎng)基中分化的PTO（PTO-EVTM）, 對照組：在滋養(yǎng)層培養(yǎng)基（TOM）中生長的PTO（PTO-TOM）；（2）在EVTM培養(yǎng)基中分化的TSC（TSC-EVTM），對照組：在滋養(yǎng)層干細胞培養(yǎng)基中生長的TSCs（TSC-TSCM）。發(fā)現：

a.PTOs比TSCs更好地體現VCT的異質性。b.在PTOs中存在體內定義的四個VCT亞群，，它們表達相同的典型標志物。c.在PTO中，VCT-CCC在EVTM存在下富集，觸發(fā) FOXM1–NOTCH1 軸 NF-κB （NFKB2和BACH2）和AP-1調制器（JDP2和ATF3）,相比之下，在TSC中找不到真正的VCT。D.在TSC和PTO中，VCT-CCC（CDH5，ITGB6和LCAT1）在EVTM培養(yǎng)基存在下富集，從而觸發(fā)NOTCH–FOXM1軸，導致 IRF6 進一步下調和 EVT-1 中的 TP6323。

4. 母體細胞和EVT分化

下一步作者通過scRNA-seq和snRNA-seq，以及單分子熒光原位雜交（smFISH）技術，驗證了dNK通過多個配體-受體對與EVTs相互作用，且這些受體在EVT-2處表達上調。以及iEVTs通過與EFNB1結合的子宮肌層平滑肌細胞(uSMCs)特異性表達EPHB1和EPHB4從蛻膜遷移到子宮肌層；且EFNB1在iEVT和GCs中明顯上調。

圖4 EVT侵襲期間配體-受體相互作用。

5.eEVT與螺旋動脈的相互作用

作者在動脈中膜中定義了兩種血管周細胞（PV）：PV1和PV2。隨后通過scRNA-seq和smFISH結合分析定義了PV1中的兩種細胞狀態(tài)：PV1-AOC3和PV1-STEAP4。當血管周細胞表達同源受體基因EPHB6時，iEVT通過表達EFNB1誘導其對動脈的趨向性，進而介導動脈轉化。iEVT上調了特定的細胞信號分子，對應的同源受體基因也在PV1-AOC3中上調。而且還發(fā)現表達PTPRS的iEVT與表達NTRK2和NTRK3的血管周圍細胞之間，存在密切關系。

綜上所述，作者通過snRNA-seq測序、snATAC-seq測序、空間轉錄組測序技術等多種方法，發(fā)現了滋養(yǎng)層細胞發(fā)育的全部軌跡；同時研究了母體巨噬細胞和EVTs之間的配體-受體相互作用以及巨噬細胞-EVT信號軸；以及明確了妊娠早期動脈轉化的潛在分子和細胞介質。這些研究成果有助于開發(fā)胎盤發(fā)育模型、為妊娠疾病的診斷、預防和治療提供新的思路。