撰文
Qi
#类器官#
人类胎盘在母亲和胎儿之间形成一道屏障，通过营养物质和气体的交换来滋养胚胎，保护胎儿免受有害攻击。孕早期的胎盘异常与妊娠并发症有关，例如先兆子痫、流产和胎儿生长受限。然而，由于伦理和法律问题，特别是在早期阶段，研究子宫内人类胎盘发育的能力受到限制。近年来已经可以直接从孕早期胎盘分离出或通过重编程体细胞、幼稚的人类多能干细胞（hPSCs）获取的人类滋养层干细胞(humantrophoblaststemcells,hTSCs)，但这种细胞是否具备自我更新为滋养层类器官的潜力还不得而知。
近日，来自华盛顿大学医学院的ThoroldW.Theunissen团队等多个团队在CellStemCell杂志上合作发表了一篇题为Stem-cell-derivedtrophoblastorganoidsmodelhumanplacentaldevelopmentandsusceptibilitytoemergingpathogens的文章，他们描述了一种从hPSCs衍生3D滋养层类器官（stem-cell-derivedtrophoblastorganoids,SC-TOs）的方法，并证明该类器官可模拟人类胎盘发育、X染色体失活（Xchromosomeinactivation,XCI）和胎盘对不同病原体感染的差异易感性。
研究人员首先将不同来源（囊胚、孕早期滋养层和hPSCs）的hTSCs分离为单细胞在滋养层有机培养基存在的条件下进行培养，并通过qRT-PCR、IF、光片成像和流式细胞术分析滋养层标志物及其分布，证明所有hTSCs均有自发组织成为3DSC-Tos的潜力，且具备相当的形态结构、胎盘激素分泌和长期自我更新的能力。研究人员进一步通过scRNA-seq揭示类器官细胞组成的复杂性，并确认了SC-TOs与体内人类滋养层发育阶段之间的转录对应关系。
与体细胞组织类似，女性胚胎外组织必须接受XCI以实现与男性的剂量补偿。虽然已有研究指出雌性小鼠中父亲来源的X染色体优先在胎盘和卵黄囊中失活，但迄今为止尚未研究人类滋养层发育过程中的XCI。研究人员利用scRNA-seq数据检测衍生的SC-TO的XCI状态，所检测的X连锁转录本均未显示大量的双等位基因表达，证实XCI确实发生在幼稚hESCs的滋养层分化过程中。为了跟踪这一期间的XCI动态进程，研究人员使用双等位基因报告hESCs系，其中，X连锁MECP2基因的两个等位基因用不同的荧光标记（GFP或tdTomato），在分化为hTSCs后几乎完全丧失双荧光，而是表现出离散的GFP阳性和tdTomato阳性。因此，可以得出，MECP2基因座处的XCI发生在体外幼稚hESCs中滋养层谱系诱导的早期阶段，
图1.X染色体失活动力学示意图
除了培育发育中的胎儿外，胎盘还是抵抗感染的重要防御手段。近年来新新出现的SARS-CoV-2和ZIKV病毒与不良妊娠结局有关，于是研究人员利用SC-TOs来研究早期的胎盘细胞对这些病毒的易感性。scRNA-seq显示仅其中一簇细胞表达SARS-CoV-2入侵受体ACE2和TMPRSS2，相比之下，ZIKV入侵受体TYRO3则更为广泛地表达于不同簇中，表明SC-TOs对两种病毒的选择性易感性。这些结果也与先前报道的人类妊娠早期滋养层细胞允许ZIKV感染和复制的研究一致，也提出妊娠早期的胎盘对SARS-CoV-2垂直传播的阻碍。
总的来说，这项工作打破了体内研究胎盘发育的伦理和技术限制，以及动物模型难以概括人类胎盘发育的问题，通过构建SC-TOs表征XCI动力学以及胎盘屏障对不同病原体的选择性易感性。在未来可以基于这项工作来评估SC-TOs长期培养以及体内移植是否能成熟并发育至妊娠后期，以及评估胎盘对除了SARS-CoV-2和ZIKV病毒之外的其余与不良妊娠结局相关的病原体的易感性。
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