人类胎盘合体滋养层形成分子机制及其与子痫前期发生关联的研究

The human placenta is a transient endocrine organ to connect the fetus to the mother. Dysregulation in placentation is closely correlated with fetal development and maternal gestational related diseases, such as pre-eclampsia. Accordingly, it is very important to study how the human placenta is formed and how it functions. However, what we know about human placenta is still very limited. The human placenta consists of the inner stromal cell pore and the outer trophoblast layer which include three types of trophoblast cells, i.e. cytotrophoblast cells, extravillous trophoblast cells and syncytiotrophoblast. Syncytiotrophoblast is a multiple-nuclei structure (containing tens of billions of nuclei during pregnancy) covering the whole placenta which is immersed in the mother blood pool in the uterine, and its main functions include the transfer of nutrient and gas between the mother and the fetus and secretion of hormones. How the fate of nuclei in the syncytiotrophoblast is determined and the relationship between the nuclei fate with the outcome of pregnancy, such as pre-eclampsia are the key questions to be answered. In this study, we will use single nucleus ATAC-seq, the micro RNA-seq technologies, in vitro cell biologial and molecular biological studies using trophoblast stem cells, together with mouse models to investigate the syncytiotrophoblast in order to further explore how its function is acquired and the association of its transcriptome dynamic with pre-eclampsia. This study will add knowledge in our understanding of human placentation and provides new insights into the onset of pre-eclampsia.

人类胎盘是妊娠时连接母体和胎儿的临时内分泌器官，胎盘发育异常不仅会影响胎儿发育，也能引起母体发生妊娠相关疾病，如子痫前期。研究胎盘形成的机制至关重要，但我们对胎盘的认识仍然不足。人类胎盘主要由位于外围的滋养层细胞以及位于滋养层细胞内部的间质细胞构成，外围滋养层细胞包括细胞滋养层细胞，绒毛外滋养层细胞和合体滋养层。合体滋养层是位于胎盘外侧的多核结构，包含数十亿个细胞核，它与母体血池直接接触，发挥营养物质转运和内分泌等功能。合体滋养层的细胞核命运是如何决定的，以及合体滋养层的功能与妊娠结局的分子关联如何是本研究拟解决的关键科学问题。本研究拟采用单细胞核ATAC测序和微量RNA测序技术，结合离体细胞模型以及小鼠动物实验阐明合体滋养层功能是如何实现的以及合体滋养层细胞核的改变及转录组改变与子痫前期发生的关系。本研究将为深入了解胎盘的结构和功能提供重要实验证据，为子痫前期发病机理的阐释提供全新视角。

人类胎盘是妊娠时连接母体和胎儿的临时内分泌器官，胎盘发育异常不仅会影响胎儿发育，也能引起母体发生妊娠相关疾病。研究胎盘形成的机制至关重要，但我们对胎盘的认识仍然不足。人类胎盘主要由位于外围的滋养层细胞以及位于滋养层细胞内部的间质细胞构成，外围滋养层细胞包括细胞滋养层细胞，绒毛外滋养层细胞和合体滋养层。合体滋养层是位于胎盘外侧的多核结构，包含数十亿个细胞核，它与母体血池直接接触，发挥营养物质转运和内分泌等功能。研究合体滋养层的细胞核命运对于我们认识胎盘及其与疾病的关联至关重要。为了研究胎盘中合体滋养层结构形成，我们优化了胎盘的研究方法，采用单细胞核转录组和ATAC测序方法对胎盘发育进行了解析。我们收集了早期和足月正常胎盘，将其中绒毛经过机械性研磨，最后获得了胎盘绒毛中的细胞核，对这些细胞核分别进行了单细胞核水平转录组以及ATAC测序，我们确定了CTB融合形成STB细胞核后的动态变化过程。确定了CTB细胞融合形成合体滋养层后，STB细胞核经过初始状态形成成熟状态细胞核，而成熟细胞核最终能够形成PAPPA和FLT1阳性两个STB细胞核类群。我们发现FLT1通路高表达早期妊娠标志分子CGB，它有可能是早期合体滋养层的一个分化通路，促进了早期母胎联系的建立，并且这个分化通路参与了很多运动相关功能，有可能促进了早期绒毛分枝形成。而PAPPA通路会高表达催乳素相关基因如CSH1和CSH2，这些基因更多地参与了妊娠中后期母体对妊娠适应过程。我们确定了早期和足月胎盘STB在基因表达以及细胞核类群方面都存在着巨大差别。早期胎盘STB高表达基因包括LEP, CGB和 FLT1。足月胎盘STB高表达基因包括PAPPA和ACOXL。细胞类群方面，PAPPA通路在足月胎盘中成为了主要分化路径。综上，我们针对胎盘研究领域存在的短板不足，采用单细核多组学研究技术，对这个领域进行了研究，进一步推进了这个领域的进展。