2023子痫前期模型工具研究进展.docx

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1、2023子痫前期模型工具研究进展摘要子痫前期是产科领域中一种胎盘源性疾病，是一种严重的妊娠并发症。人类和其他哺乳动物胚胎的生长发育过程与胎盘功能密不可分。本综述就子痫前期体外细胞模型、胎盘外植体、类器官模型、口齿齿类动物模型和灵长类动物模型的应用进行了总结，以有助于加深对胎盘发育和相关妊娠疾病的理解。【关键词】先兆子痫；滋养细胞；类器官；模型，动物子痫前期（preec1ampsia,PE谡一种累及多系统的妊娠进行性疾病1o滋养细胞功能障碍导致螺旋动脉重塑不足后胎盘缺血缺氧，继之分泌大量细胞因子促成血管炎症、内皮功能障碍和母体血管损伤,此两阶段模式是目前被广泛接受的PE发病学说21胎盘发育异常会

2、引起胎儿生长受限和其他妊娠相关疾病，其中PE是特征性疾病之一。目前PE相关研究主要集中在胎盘。但由于人类胎盘是一个短期存在的器官,受伦理因素限制，研究者仅能得到终止妊娠后的组织，所以在人类胎盘的发育、分子变化和遗传基础方面了解仍不足，这使理解PE的发病过程具有一定挑战性。因此，借用体外和体内模型工具研究PE非常有必要。一、PE模型工具的种类由于PE等胎盘功能不良相关疾病仅在人类发现3,并没有完美的实验模型能够模拟人类PEo滋养细胞在整个妊娠期都有不同的功能，包括胚胎附着、侵入蜕膜、血管重塑、激素的产生和营养物质的运输。滋养细胞功能的异常与PE显著相关。在所有不同的胎盘细胞类型中，滋养细胞可能是

3、被研究最多的41目前用来研究PE的体内外模型主要包括滋养细胞系、原代滋养细胞、绒毛外植体、滋养干细胞、蜕膜相关细胞、类器官及动物模型等。研究者们也在积极探索新的模型，包括胎盘芯片模型5,以及研究滋养细胞侵袭的共培养微生理模型等6,但相关研究不多，本文未对此阐述。目前人类滋养层干细胞(humantrophob1aststemce11s,hTSCs)的建立和类器官模型构建代表着突破性的进步7-9,为研究人类滋养层细胞的发育和功能提供了一个新模型,有望克服许多传统模型的限制。二、滋养细胞系的应用文献报道应用较多的滋养细胞系主要包括JEG-3、BeWoxJAR、HTR-8SVneo等10O滋养细胞最初

4、由滋养外胚层发育，随后分化为细胞滋养细胞和绒毛外滋养细胞。细胞滋养细胞发生合体化形成合体滋养层细胞，而绒毛外滋养细胞侵入蜕膜，进而参与螺旋动脉重塑的发生。滋养细胞功能的异常与PE发生密切相关，所以滋养细胞模型的应用在研究PE方面很重要。BeWoxJEG-3和JAR细胞系均属于绒毛膜癌细胞系，染色体数目异常，可以用来研究滋养细胞不同的功能,如滋养细胞侵袭、增殖、凋亡等111由于BeWo细胞具有很高的融合能力，经常被用作滋养细胞合体化（上皮细胞-细胞连接丧失）模型121滋养细胞的合体化异常与PE相关130另外，BeW。和JEG-3细胞系可产生多种激素（人绒毛膜促性腺激素、孕激素和雄激素等），可用于

5、内分泌功能方面的研究14oJAR细胞系主要用作滋养细胞侵袭功能的模型。HTR-8/SVneo起源于妊娠早期滋养层细胞，主要用于绒毛外滋养细胞的模型口5o上述滋养细胞系与原代滋养细胞具有不同的转录组谱16,而HTR-8/SVneo除了有滋养细胞特点之外,还有间充质细胞的特性171以上细胞系是否能够真正代表人类滋养细胞是有争议的。文献报道滋养细胞模型具有4个标准：（1）分子标记物（GATA3、KRT7和TFAPC2）的表达；（2）人类白细胞抗原（human1eukocyteantigen1H1A）I类图谱（3）E1F5启动子低甲基化（4）19号染色体miRNA簇（chromosome19miRNA

6、c1uster,C19MC）的表达18o上述细胞系并不满足该标准，所以在应用上述细胞模型解释相关研究结果时，需要谨慎且保守，细胞系的结果并不能完全代表人体的结果。三、人胎盘滋养细胞和胎盘外植体的应用人胎盘滋养细胞可以从妊娠早期绒毛或足月胎盘组织中获取19o与绒毛膜癌细胞系相比，人胎盘滋养细胞难以分离，也难以进行原代培养，且经常被不同类型细胞污染，所以应用并不多20o另外，人胎盘滋养细胞可以自发合体化，在研究滋养细胞合体化方面时具有一定挑战21o人胎盘滋养细胞的应用研究较绒毛膜癌细胞系更加符合人类特点，结论更可靠。胎盘外植体来源于早孕绒毛或者晚孕期胎盘组织，将早孕绒毛尖端或胎盘组织绒毛部分剪碎，

7、铺在基质胶上培养22o该模型保持了绒毛的结构（即包含合胞体、间充质基质细胞、内皮细胞、血细胞和HofbaUer细胞的微绒毛），代表胎盘的一个功能单位。来自足月胎盘的绒毛外植体可用于评估绒毛内分泌和代谢相关的功能231早孕绒毛外植体主要用于研究胎盘形成、滋养细胞分化和绒毛外滋养细胞侵袭等24o该模型还可以研究条件介质对滋养细胞功能的影响25o绒毛外植体可与蜕膜外植体在基质胶上共培养，可用于研究母胎细胞间相互作用和螺旋动脉重塑等相关内容26o该模型的优势在于可以保留滋养细胞周围的空间关系，适于绒毛内分泌代谢相关和滋养细胞的侵袭分化功能等的研究。外植体培养有几个主要的缺点：如合体滋养细胞在培养4h内

8、广泛变性27,需要在处理后和培养期间评估组织结构完整性和活力28,严格控制实验条件。四、hTSCsx类器官的使用以及生物工程学的改进业内普遍认同hTSCs符合滋养细胞标准的观点7z180hTSCs来源于人类绒毛滋养细胞和类囊胚7,和妊娠早期滋养层的转录组非常相似。hTSCs的特征包括自我更新、特定转录因子的表达、转录组特征等，在不同条件培养基下，可以诱导hTSCs沿合胞体或绒毛外谱系分化。但hTSCs为单层生长，不能模拟绒毛和胎盘的复杂形态。2018年已有文献发表，指出成功建立了人类滋养层类器官，可模拟胎盘绒毛8o类器官模型的应用可能增强对人体胎盘组织生理学和相关疾病的理解，具有重要意义29-

9、300最近开发的hTSCs和滋养层类器官2种模型,是进一步了解人类胎盘的有用模型工具。两者均可从绒毛细胞滋养层分化为绒毛外滋养细胞或合体滋养细胞。有研究比较2种模型的转录组测序差异，发现滋养干细胞与绒毛外滋养细胞相似，且不容易向合体滋养细胞分化。类器官与绒毛细胞滋养细胞相似，可自发合体化310目前已有人类胎盘不同发育阶段的单细胞测序相关结果32-33o这些研究可能通过评估细胞群，以及不同细胞类型和组织成分之间的关系，促进胎盘领域相关研究。类器官模型局限性在于仅能模拟胎盘的滋养层成分，且培养环境与人体环境并不完全一致，因此有必要构建与人体环境更相近的模型。另外，生物工程方法学与医学领域研究联系越

10、来越密切，其优势在于机械和信号的提示，可进一步控制细胞行为和功能34o例如，有研究报道利用仿生支架和合成水凝胶等各种生物化学系统对类器官模型进行改进35-36o五、子宫蜕膜调节胎盘发育子宫内膜蜕膜化在胎盘的发育中有关键作用，其过程可能涉及的细胞类型包括血管细胞（内皮细胞和平滑肌细胞基质细胞和免疫细胞。基质细胞蜕膜化期间分泌基底膜蛋白、纤连蛋白和层黏连蛋白，为绒毛外滋养细胞迁移和侵袭提供了支持37o越来越多的证据表明蜕膜化缺陷与妊娠相关疾病有关381目前蜕膜化相关研究主要集中于蜕膜基质细胞。已知子宫蜕膜的螺旋动脉重塑过程异常与PE的发生密切相关,血管重塑涉及的细胞主要包括血管内皮细胞和平滑肌细胞

11、39,体外研究中最常用的内皮细胞来源于人脐静脉内皮细胞。从妊娠早期蜕膜获得的原代细胞可以分离，但获得的原代细胞是螺旋动脉内皮细胞和其他蜕膜血管细胞的混合物。有研究使用滋养细胞分别与原代内膜内皮细胞和人脐静脉内皮细胞共培养，均可导致两类细胞的凋亡401提取原代蜕膜血管平滑肌细胞时，取材不纯且量少，在做平滑肌细胞相关研究时，人主动脉平滑肌细胞系应用较多410妊娠早期的主要免疫细胞是子宫自然杀伤细胞42,占子宫环境中免疫细胞的70%,其余约20%是巨噬细胞，约10%是T细胞。B细胞和肥大细胞几乎不存在，中性粒细胞也很少430文献报道妊娠早期蜕膜细胞的scRNA-seq研究定义了子宫自然杀伤细胞的3个

12、亚群，都具有特异性免疫调节特征并表达一系列绒毛外滋养细胞受体43o免疫细胞的研究可使用细胞系、原代提取原位组织免疫细胞或者从外周血提取相关类型的免疫细胞并进行相应诱导。六、体内动物研究模型PE动物实验模型主要由环境、手术、药物、免疫或者基因缺陷等因素诱导441国内已有相关综述总结了构建PE小鼠模型的方法45,一般根据研究内容选择适用的模型,主要分为以下几种(1)基因敲除小鼠模型：一氧化氮合酶基因敲除小鼠模型46、儿茶酚氧甲基转移酶(catecho1-O-methy1transferasezCOMT)缺陷小鼠模型47xBPH/5PE小鼠模型481(2)子宫胎盘缺血/灌注减少模型：子宫灌注压降低(

13、reduceduterineperfusionpressure,RUPP)模型49s注射一氧化氮合酶抑制剂亚硝基左旋精氨酸甲酯(1-nitro-argininemethy1ester,1-NAME)模型、将可溶性fms样酪氨酸激酶-1(so1ub1efms-1iketyrosinekinase-1zsF1t-1)腺病毒转染至动物体内的模型50o(3)腹腔注射脂多糖等诱导炎症相关的模型511(4)利用阿霉素诱导用于研究妊娠对肾脏疾病影响的特定模型520小鼠由于具有血绒毛膜胎盘(滋养细胞与母体血液直接接触)，是常用的动物模型530小鼠滋养细胞侵入蜕膜的深度较人类浅54o小鼠蜕膜化过程仅在胚胎着床时

14、开始形成，并且仅限于基底蜕膜55o其他啮齿类动物，如大鼠和豚鼠，在滋养细胞侵袭和子宫螺旋动脉重塑过程中与人类具有相似之处。PE与子宫螺旋动脉重塑不足有密切关系，所以有深层滋养细胞侵袭和子宫螺旋动脉重塑的实验动物更适宜做PE相关研究560尽管小鼠滋养细胞侵袭与人类的滋养细胞侵袭深度存在差异，但在胎盘功能障碍的研究中具有重要的优势。例如，可以构建基因敲除小鼠模型研究PE发病相关机制570应用动物模型研究相关内容时，可同时借助人类组织样本和人类滋养细胞模型。啮齿类动物和人类在胎盘结构发育上存在差异，而灵长类动物与人类具有相似的遗传、生理、免疫、生殖和发育特征，因此对于胚胎发育以及在母胎界面中的研究至

15、关重要58o灵长类动物，如恒河猴，其胎盘类似于人类胎盘，是一种研究胎盘发育和相关疾病重要的动物模型。相比于恒河猴，狒狒的滋养细胞侵袭深度和螺旋动脉重塑更接近人类58JO另外，恒河猴的免疫系统与人类发育相似59-601在研究PE免疫相关因素时,如条件允许，可优先选择恒河猴作为动物模型。七、小结与展望本文主要总结了PE研究领域所应用到的滋养细胞模型、外植体、类器官、蜕膜相关细胞模型和动物模型。未来在体外模型研究的工作中，需要确定不同的滋养细胞类型和类器官在多大程度上能够对应人体内细胞分化潜能、基因表达库和表观基因组谱。近年科学家们利用单细胞测序技术和相关体内外模型，在胎盘领域有了一定的研究进展。未

16、来可将基础研究结果应用到临床，包括诊断、预测和干预等，具有很大的价值。参考文献1 Chappe111C,C1uverCA,KingdomJ,eta1.Pre-ec1ampsiaJ.1ancet,2023,398(10297):341-354.DOI:10.1016S0140-6736(20)32335-7.2 PhippsEA,ThadhaniR,BenzingT,eta1.Pre-ec1ampsia:pathogenesis,nove1diagnosticsandtherapiesJ.NatRevNephro1,2019,15(5):275-289.DOI:10.1038s41581-019-0119-6.3 Cart