2023绒毛外滋养细胞侵袭模型的研究进展.docx

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1、2023绒毛外滋养细胞侵袭模型的研究进展摘要妊娠早期绒毛外滋养细胞（EVT）的侵袭和螺旋动脉的重塑对于胎盘的形成发育及成功妊娠尤为重要。EVT侵袭蜕膜不足将引发多种产科疾病，包括子痫前期、胎儿生长受限和死产等，但调节EVT侵袭的机制尚未明确。EVT的体内研究存在材料来源和伦理的限制，常规动物模型与人体差异过大，而细胞模型缺少空间组织结构，不同的模型和培养检测方法都有其优缺点,使得选择合适的替代模型极为重要。本文通过查阅大量文献,对EVT的侵袭过程及针对现有的动物、细胞系、类器官等试验模型和侵袭现象的验证方法进行综述。胎盘是母胎界面的重要组成部分，是维系母胎之间物质和能量交换的纽带,而滋养细胞是

2、构成胎盘的主要成分，滋养细胞在生物学功能上的受损或异常与多种妊娠相关疾病的发展息息相关11妊娠早期滋养细胞对子宫的侵袭和螺旋动脉的重塑是保障发育中的胎盘及胚胎组织营养供给的必要条件。由于伦理限制及物种之间的差异，对调节滋养细胞侵袭的因素和导致胎盘缺陷的机制研究提出了挑战，合适的体内外模型是目前研究的重点、难点问题，好的胎盘体外模型需要考虑到侵袭过程中滋养细胞与母体各种细胞、免疫系统及理化因素的相互影响，旨在尽可能地模拟细胞在体内的微环境。干细胞、类器官(Organoid)及微流控技术等的发展，极大促进了胎盘体外模型的开发。本文综述绒毛外滋养细胞(extravi11oustrophob1ast,

3、EVT)的侵袭过程，对现有的动物、细胞系、类器官等胎盘实验模型的研究展开分析，并将实验方法进行比较。-.EVT对子宫侵袭的实验模型在胚胎着床后，EVT自锚定于母体蜕膜表面的绒毛远端分离后定向侵袭母体组织及血管。滋养细胞在侵袭过程中持续分化，根据侵袭部位的不同，又可分为间质滋养细胞和血管内滋养细胞两个部分。间质滋养细胞自绒毛与母体接触后进入蜕膜，侵袭母体蜕膜基质及浅肌层；另一部分滋养细胞通过血管管腔进入母体蜕膜深部，在妊娠1012周EVT栓塞螺旋动脉阻止母体血流进入绒毛间隙形成生理低氧环境，而低氧环境则被认为是正常胚胎和胎盘发育的必要条件以及刺激滋养细胞侵袭的主要因素2,栓塞螺旋动脉的EVT逐渐

4、松动由增殖表型转为侵入表型侵袭母体子宫螺旋动脉，取代子宫螺旋动脉细胞，并最终转为血管内滋养细胞3o妊娠早期子宫螺旋动脉的直径是200m,重塑后的动脉平均直径为2mm,原本低流量高阻力的螺旋动脉变为高流量低阻力的新螺旋动脉，足以保证妊娠期胎儿有足够的氧气及营养物质供应4o滋养细胞在侵袭的过程中受到多因素的调控，虽然有着类似肿瘤细胞的侵袭、迁移功能，但不同于肿瘤细胞，EVT的侵袭是一种正常的、适度的生理行为,受到母体的严格调控。侵袭行为在妊娠过程中仅持续至第5个月，并仅侵袭到子宫肌层的1/3处，以实现对母体子宫螺旋动脉的重塑并使胎儿与母体建立紧密的联系5o滋养细胞具有如此严格的时间性、空间性，一方

5、面可能是因为子宫蜕膜及子宫微环境对滋养细胞侵袭和螺旋动脉重塑有重要调节作用，研究发现，蜕膜对滋养细胞侵袭性的调节能够使其在特定的深度及时间便停止侵袭，这种节制性调控与诸多信号通路的精密调控相关软6;另一方面,免疫细胞同样参与了调节启然杀伤natura1ki11er,NK)细胞在妊娠早期就大量聚集在母胎界面,也称之为蜕膜自然杀伤(decidua1NK,dNK)细胞，除了能够在胚胎植入时期抵抗来自母体的免疫排斥以外，也会在妊娠多个环节中发挥重要作用，例如子宫蜕膜化、子宫螺旋动脉重塑、胎盘血管网形成，直至妊娠中期dNK细胞数量才开始下降71二、EVT侵袭实验模型1 .动物模型：动物模型是一类常见的用

6、来研究滋养细胞侵袭的模型，理想的动物模型不仅应该体现正常的生理过程，也需要较好地复刻病理生理过程及疾病状态。因此，在建立动物模型时往往选择与人类生理特点、胎盘形态学接近的动物。小鼠等啮齿类动物最常用于胎盘研究。虽然小鼠和人类的胎盘在妊娠期的全基因组表达谱具有不同的基因簇共表达模式8,并且与人类相比,小鼠滋养细胞侵袭程度较小，且小鼠胎盘蜕膜的血管是由内皮细胞组成而并非由滋养细胞排列形成9;但是，小鼠的胎盘细胞种类、结构组成与人类相似，同时具备滋养细胞侵袭的特点10,且因其易获取、价格低、妊娠周期短、生存力强的特点，小鼠模型依然受到许多研究人员的青睐。另一种较理想的动物模型是猩猩等非人灵长类动物，

7、黑猩猩和大猩猩有着与人类极为相似的滋养细胞深层浸润和子宫螺旋动脉重塑过程111但因伦理要求及动物来源的限制，使得关于这类动物模型的研究较少。尽管不同物种间滋养细胞侵袭及其胎盘结构存在一些差异，但并不意味着动物模型需要被放弃，研究表明，人类胎盘发育的关键分子在动物模型中同样活跃，可利用动物模型研究基因异常所致的病理性胎盘缺陷，从而了解人类胎盘疾病的分子基础12o2 .细胞模型5兹养细胞系可以用来研究细胞的迁移和侵袭能力，目前为止,常用的有JEG-3、BeW0、JAR、HTR-8/SVneo和SWan-71细胞系，其中，JEG-3、BeWO、JAR属于绒毛膜癌滋养层细胞系，是高度恶性的、含有异常数

8、量的染色体并且已经传代数年，可能与原代滋养细胞有不同的转录表达；HTR-8/SVneo则被证明可能是滋养细胞和间充质细胞的混杂13o绒毛膜癌滋养层细胞系确实能满足定义的滋养细胞标准，但它们的遗传特征与正常滋养层完全不同，因此，需要谨慎使用此类细胞14o使用人类原代EVT培养可能是一种比较理想的细胞模型,但是要获取大量的妊娠早期EVT细胞相对困难,并且存在细胞的活力不足以及分离后可能混杂有母体、胎儿细胞等问题。最近有研究人员通过严格控制接种密度、细胞纯度等手段可将人类原代EVT体外培养长达30d,然而即使延长了体外存活时间但高达50%的细胞仍保持单核形态并未能形成多核合胞体15o样本之间也因胎次

9、、并发疾病等存在变异，而这意味着仍需要多次实验以保证结果的准确性,使得用人类原代EVT培养进行研究更加困难。3.干细胞与类器官技术：近几年，干细胞与类器官技术的逐渐兴起促进了胎盘模型的发展。干细胞是一类具有高度增殖和多向分化潜能的细胞。人类滋养层干细胞(humantrophob1aststemce111hTSC)可从胚胎外胚层和妊娠早期的胎盘中获得，hTSC满足妊娠早期滋养细胞的特征并且转录组结果也非常类似16,通过改变培养条件可诱导hTSC向合胞体或迷路滋养层细胞、海绵状滋养层细胞、滋养层巨细胞等进行分化，对研究胚胎着床、发育进程以及疾病易感性等均具有重要作用17JO小鼠的滋养层干细胞可从胚

10、泡和植入后胚胎的外胚层中提取，并可分化成任意的滋养细胞群，但仍需进一步研究验证其与hTSC之间的关联18类器官是由干细胞驱动并以自组织的方式构建形成的可逐渐分化至具有一定组织结构、特定功能及器官特性的三维细胞复合体，与传统二维细胞模型相比，类器官能更好地模拟体内细胞运动及细胞间的信号交流；与动物模型相比，类器官能更简单直接地观察到人体组织器官发生、发育过程及生理、病理状态，且更加符合实验伦理的要求19o目前，人类滋养层类器官已建立,该类器官可分化为合体滋养层细胞和EVT并能长期稳定地遗传滋养细胞的特征。滋养层类器官可用于研究蜕膜微环境对滋养层功能的影响以及妊娠期母体生理、代谢和激素变化而产生的

11、母胎相互作用201类器官虽然可以部分弥补二维细胞疾病模型在空间水平上的不足，但本质上仍然是体外模型，目前仍然存在细胞类型较少、结构简单、技术不成熟、培养成本较高等问题，因此，大部分类器官模型只能再现部分疾病过程。针对类器官的缺点，也可以尝试将其与传统的细胞模型进行互补，或者与新技术相结合开辟新的途径。三、常用的侵袭检测方法关于体外滋养细胞侵袭的常见检测培养方法主要包括划痕实验、穿膜(transwe11)小室实验等。1.划痕实验:划痕实验即在涂有细胞外基质(extrace11u1armatrix,ECM)的塑料或玻璃板上，培养融合的单层细胞，使用移液管尖端制造细胞划痕，然后用显微镜观察划痕的愈合

12、、细胞迁移的情况21JO划痕实验只能观察细胞在二维空间的迁移情况，而且无法确定究竟是由于细胞增殖还是迁移导致的划痕愈合。因此，划痕实验在研究细胞生长形态、细胞与基质及细胞之间的相互作用与信号传导等方面有明显的不足。2 .transwe11小室实验：transwe11小室即底部具有聚碳酸酯膜的活置式培养小室，膜可以将细胞在孑版内的培养空间分隔为上下层，实验利用聚碳酸酯膜的通透性小室内外的培养成分可以相互渗透、影响，应用不同孔径的聚碳酸酯膜可以进行共培养、细胞趋化、迁移、侵袭等方面的研究22o通过transwe11小室实验可观察子宫内膜基质细胞及滋养细胞的侵袭及迁移能力的变化，有研究显示，胚胎和子

13、宫内膜间信号传导增强了蜕膜化的子宫内膜基质细胞及滋养细胞的侵袭能力23otranswe11小室实验还可用于研究子宫内膜细胞与滋养细胞之间的旁分泌作用，有研究者使用transwe11小室实验发现，当HTR-8/SVneo细胞和原代滋养细胞在予以促性腺激素释放激素(gonadotropin-re1easinghormone,GnRH)处理后，可增加转录因子Runt相关转录因子2(runt-re1atedtranscriptionfactor2,RUNX2)水平，继而调节基质金属蛋白酶(matrixmeta11oproteinase,MMP)2和MMP-9的表达，增强了人EVT的侵袭能力241tra

14、nswe11小室实验已广泛应用于评估滋养细胞的侵袭性，然而这种二维的贴壁细胞培养系统并不能完全地复现侵袭过程，且无法确定细胞侵袭的速度及方向。3 .微流控技术：微流控技术是一种结合了细胞学、工程学等多学科的新技术，相较于传统单一细胞静态培养，通过微流控技术可以实现多维细胞培养和多细胞共培养模式，并配合细胞外微环境的模拟，即对各种生化关键物质浓度梯度进行调控，细胞生长的环境类似于生理力学环境，使其结果更接近人体各组织、各器官协同后的情况25o微流控技术已被用于研究滋养细胞的侵袭，研究者将原代滋养细胞嵌入水凝胶并通过两侧的通道注入含有不同浓度梯度的粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granu1ocyt

15、emacrophage-co1onystimu1atingfactor,GM-CSF)培养基,发现可量化GM-CSF对滋养细胞的趋化作用26oZhU等27应用微流控技术构建人体胎盘屏障模型，并使用该模型模拟了胎盘屏障的多种环境影响因素，为高通量的功能性类器官的形成提供了新的思路。目前，通过微流控芯片技术高仿真地模拟器官的组织结构和功能仍然不够成熟，即使是对器官组织的部分结构和功能的模拟，也需先对器官芯片系统进行标准化和统一化，以便后续多器官系统的搭建。构建器官芯片的细胞来源问题也是目前限制器官芯片发展的因素之一，例如细胞来源稀缺、细胞来源不统一等问题28o综上所述，不同的EVT侵袭模型和检测方法都有其优缺点,常规动物模型与人体差异过大,而细胞模型缺少空间组织结构，因此,将多种方法结合、互补可能会行之有效。多技术相融合构建仿真胎盘模型以研究正常妊娠过程、滋养细胞侵袭调节和胎盘缺陷的致病机制将是未来的研究重点。