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單細胞RNA測序技術(shù)解析人類胎盤在足月分娩期間的母體-胎兒信號傳導(dǎo)

瀏覽次數(shù):179 發(fā)布日期:2024-12-20  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負
期刊:Science Translational Medicine
影響因子:15.8
主要技術(shù):ScRNA-seq;足月分娩;信號傳導(dǎo)

導(dǎo)語
分娩是一個復(fù)雜的生理過程,需要母體和胎兒多種信號通路的精心協(xié)調(diào)。然而,在分娩過程中促進母胎串?dāng)_的細胞貢獻和通訊尚未完全闡明。本研究采用單細胞RNA測序(scRNA-seq)技術(shù)來破譯足月分娩過程中人類胎盤中的母胎信號。首先,建立了人類胎盤的單細胞圖譜,證明母體和胎兒細胞類型在分娩過程中發(fā)生了轉(zhuǎn)錄組活性的變化。受分娩影響最大的細胞類型是絨毛膜(CAM)中的胎兒間質(zhì)細胞和母體蛻膜細胞以及胎盤中的母體和胎兒髓細胞。細胞-細胞相互作用分析顯示,CAM和胎盤細胞類型參與分娩驅(qū)動的母體和胎兒信號傳導(dǎo),包括膠原蛋白、C-X-C基序配體(CXCL)、腫瘤壞死因子(TNF)、凝集素和IL-6途徑。將scRNA-seq數(shù)據(jù)與可公開獲得的大量轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合,表明胎盤來源的scRNA-seq特征可以在整個妊娠和分娩過程中監(jiān)測母體循環(huán)。此外,比較分析顯示,足月分娩時胎盤來源的特征與自然早產(chǎn)和分娩時的特征相一致。此外,我們證明,在妊娠早期,分娩特異性胎盤來源的特征可以在注定要經(jīng)歷自發(fā)性早產(chǎn)的婦女的循環(huán)中檢測到,無論是完整的還是過早破裂的膜?偟膩碚f,該研究結(jié)果為人類分娩的母胎串?dāng)_提供了見解,并表明胎盤來源的單細胞特征可以幫助開發(fā)用于預(yù)測早產(chǎn)的非侵入性生物標志物。

主要技術(shù)
scRNA-seq;足月分娩;信號傳導(dǎo)

研究結(jié)果
1. 人類胎盤單細胞圖譜的建立
為了探索分娩過程中母體和胎兒之間的細胞相互作用,首先使用自然分娩(n = 24)和非自然分娩(n = 18)足月婦女的胎盤和胎盤外組織建立了一個全面的人類胎盤單細胞圖譜。胎盤在分娩后立即收獲:絨毛膜-羊膜(CAM,包括羊膜、絨毛膜和頂蛻膜)的樣本,以及包括基底膜(基底蛻膜)和胎盤絨毛(BPPV)的活檢(圖1A)。收集的CAM和BPPV用于制備單細胞懸液,然后進行單細胞RNA測序(scRNA-seq),并在單細胞分析期間進行母體和胎兒基因分型以確定細胞類型來源(圖1A)。無監(jiān)督聚類分析和細胞類型注釋鑒定出33個不同的簇,對應(yīng)于CAM和BPPV的免疫和非免疫細胞類型(圖1B和C)。非免疫細胞包括基質(zhì)細胞(C7)、蛻細胞(C3)、合胞滋養(yǎng)細胞(STB)、細胞滋養(yǎng)細胞(CTB, C4)、胞外滋養(yǎng)細胞(EVT,C2)、非增殖性間質(zhì)細胞滋養(yǎng)細胞(npiCTB)、EVT軌跡內(nèi)的CTB亞群(CTB/EVT)、內(nèi)皮細胞和子宮內(nèi)膜細胞(圖2)。鑒定出的免疫細胞類型有單核細胞、巨噬細胞(C4)、先天淋巴樣細胞(ILCs)、淋巴內(nèi)皮細胞(LED)細胞、NK細胞、T細胞(C3)和B細胞(圖1B和C)。每個細胞簇的細胞計數(shù)顯示了組織間細胞類型組成的差異,與BPPV相比,CAM中內(nèi)皮細胞(C14和23)、基質(zhì)細胞(C0、2、8、15和22)和個體細胞類型(C10、12和17)更為豐富。淋巴樣細胞組成在不同細胞間無明顯差異(圖1B和C)。相比之下,髓系細胞在BPPV中更占優(yōu)勢(圖1B和C);|(zhì)-4和基質(zhì)-6(C20和27)主要存在于BPPV中(圖1B和C)。正如預(yù)期的那樣,除了EVT-1(C1)外,BPPV中多種滋養(yǎng)細胞類型更為明顯,EVT-1在CAM中更為豐富(圖1B、C)。

在確定CAM和BPPV細胞組成的變化后,我們隨后使用基因分型信息來確定所有鑒定細胞的母體和/或胎兒來源(圖1D和E)。CAM和BPPV中的滋養(yǎng)細胞來自胎兒(圖1D和E), CAM中的大部分基質(zhì)細胞也來自胎兒(圖1D)。如預(yù)期的那樣,蛻細胞來自母體,而內(nèi)皮細胞、淋巴細胞和髓細胞類型在CAM和BPPV中顯示混合的母體和胎兒來源(圖1D和E)?傊,這些數(shù)據(jù)提供了分娩時人類胎盤的全面單細胞景觀,表明在CAM中受影響最大的細胞類型是胎兒間質(zhì)細胞,而在BPPV中受影響最大的是CTB和胎兒巨噬細胞。
 

圖 1

2. 母體和胎兒細胞類型顯示運動驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄組活性
接下來,我們探索了CAM和BPPV中由運動驅(qū)動的細胞類型特異性轉(zhuǎn)錄組變化(圖2A)。在CAM中,胎兒Stromal-1、Stromal-2和Stromal-3表現(xiàn)出最大的運動驅(qū)動差異基因表達變化(圖2A)。母體蛻膜-1細胞也顯示出相當(dāng)數(shù)量的差異表達基因(DEGs);然而,與胎兒間質(zhì)細胞相比,這種變化是溫和的(圖2A)。在BPPV細胞類型中,DEGs數(shù)量最多的主要是母體單核細胞類型,其次是胎兒巨噬細胞-2,可能分別對應(yīng)浸潤性炎癥單核細胞和Hofbauer細胞(圖2A)。分位數(shù)-分位數(shù)圖顯示了CAM和BPPV中受胎兒和母體影響最大的細胞類型(圖2B),這與表現(xiàn)出最大差異基因表達的細胞類型基本一致。值得注意的是,在CAM中發(fā)現(xiàn)胎兒間質(zhì)細胞類型受到分娩的影響,母體蛻細胞也是如此(圖2B)。同樣,母體單核細胞和胎兒巨噬細胞-2在BPPV中受分娩影響最大(圖2B)。分娩對細胞類型間基因表達影響的相關(guān)性分析表明,母體骨髓細胞、蛻膜細胞和胎兒間質(zhì)細胞等存在相似之處(圖2C)。胎兒基質(zhì)亞群中,基質(zhì)-1表達凋亡信號,基質(zhì)-2表達ATP代謝,基質(zhì)-3表達炎癥反應(yīng),包括細胞因子的產(chǎn)生(圖2D),表明這些胎兒基質(zhì)亞群在分娩過程中具有不同的功能。此外,母體decidual -1顯示了與細胞運動和遷移相關(guān)的過程的富集(圖2D),這表明decidual細胞參與了分娩過程中的白細胞浸潤。

這些數(shù)據(jù)為產(chǎn)婦和胎兒細胞類型的分娩特異性轉(zhuǎn)錄組活性提供了進一步的見解,特別是那些基因表達發(fā)生實質(zhì)性變化的細胞,如CAM中的結(jié)構(gòu)細胞和BPPV中的免疫細胞。此外,我們證明了在分娩過程中,細胞遷移和增殖、白細胞募集和細胞因子/趨化因子信號通路的細胞類型特異性富集。最具代表性的細胞類型,如滋養(yǎng)細胞,在勞動過程中沒有經(jīng)歷基因表達的劇烈變化,這表明更多的轉(zhuǎn)錄活躍亞群,而不是更豐富的亞群,是勞動相關(guān)信號的主要貢獻者。
 


圖 2

3. 分娩過程包括由母體-胎兒細胞-細胞串?dāng)_協(xié)調(diào)的炎癥通路
在確定了受分娩影響最大的母胎細胞類型后,我們試圖使用cellchat推斷CAM中母胎串?dāng)_的最終變化(圖3)和BPPV(圖4)。我們首先可視化CAM細胞類型的傳入和傳出相互作用,其中每個箭頭的方向和長度分別表示傳入或傳出相互作用的運動驅(qū)動優(yōu)勢及其強度,如相應(yīng)的圖例所示(圖3A)。胎兒間質(zhì)細胞類型在輸入和輸出的相互作用中都表現(xiàn)出最強的增加(用箭頭的長度表示),暗示這些細胞是CAM中運動相關(guān)信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵參與者(圖3A)。相比之下,母體T細胞、NK細胞和蛻細胞的相互作用減弱(圖3A)。這種相互作用強度分析提供了關(guān)于哪些細胞在勞動過程中發(fā)生了輸出和/或輸入信號的變化的信息,但沒有告訴我們這些信號的細胞靶點或來源。因此,我們接下來將每種細胞類型視為信號發(fā)送者或接收者,并評估細胞類型對之間的相互作用強度,如圖熱圖所示(圖3B和圖3C)。胎兒基質(zhì)細胞類型表現(xiàn)出與分娩相關(guān)的強相互作用,以及作為發(fā)送者或接受者的非免疫細胞和免疫細胞(圖3B和C)。此外,多種基質(zhì)細胞類型表現(xiàn)出自我信號傳導(dǎo),表明與分娩有關(guān)的正反饋循環(huán)(圖3C)。與箭頭圖一致,母體CD4 T細胞的傳入信號隨著分娩而減弱(圖3B)?紤]到CAM中分娩特異性細胞-細胞信號的實質(zhì)性變化,我們隨后選擇了受分娩影響的特定信號通路,以推斷出最重要的細胞類型(圖3D-F),這可能表明他們參與了與分娩相關(guān)的CAM結(jié)構(gòu)變化。C-X-C基序配體(CXCL)信號通路主要由母體蛻膜-3、巨噬細胞-2和巨噬細胞-1細胞類型驅(qū)動,許多相互作用指向胎兒EVT-1亞群以及其他胎兒和母體細胞類型(圖3E),表明母體蛻膜細胞和胎兒滋養(yǎng)細胞之間存在母胎串?dāng)_。母體單核細胞和巨噬細胞-1類型驅(qū)動TNF信號傳導(dǎo),可能導(dǎo)致分娩相關(guān)炎癥(圖3F)。


在BPPV中,在胎兒基質(zhì)細胞類型中再次觀察到細胞-細胞相互作用中最強的運動相關(guān)變化,基質(zhì)-1/基質(zhì)-3主要表現(xiàn)出增加的入射相互作用強度,基質(zhì)-2/基質(zhì)-4主要表現(xiàn)出增加的外向相互作用強度(圖4A)。相比之下,胎兒CD4 T細胞、巨噬細胞-2和CTB-3亞群與分娩的相互作用強度下降(圖4A);這些結(jié)果反映在熱圖中,胎兒基質(zhì)-2亞群顯示出與免疫細胞作為受體的外向相互作用強度增加(圖4B),這主要與炎癥反應(yīng)有關(guān)。

與箭頭圖一致,網(wǎng)絡(luò)圖表明胎兒間質(zhì)細胞類型表現(xiàn)出更強的傳入或傳出相互作用(圖4C)。受分娩影響的top細胞-細胞信號通路包括凝集素、TNF、IL-6、CCL、CD45、II型干擾素(IFN-II)和補體,用網(wǎng)絡(luò)圖表示(圖4D-F)。凝集素通路的一個關(guān)鍵參與者是母體巨噬細胞-1,它與母體和胎兒單核細胞以及母體T細胞相互作用(圖4D)。相比之下,BPPV中TNF和IL-6信號的主要貢獻者分別是胎兒巨噬細胞-2和基質(zhì)-3(圖4E和F),進一步表明胎兒對分娩相關(guān)的細胞-細胞相互作用有很強的貢獻。綜上所述,這些細胞相互作用分析表明,分娩的特點是母體-胎兒信號通路,涉及免疫和非免疫細胞類型之間的細胞-細胞串?dāng)_。
 


圖 3

圖 4

4. 來自胎盤組織的單細胞母體和胎兒特征可以在整個妊娠和分娩期間在母體循環(huán)中被監(jiān)測
接下來,我們評估了細胞類型特異性轉(zhuǎn)錄組活性是否可以在整個妊娠期間跟蹤母體循環(huán)。我們首先利用先前生成的孕婦外周血(白細胞)的大量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集(n = 49)收集整個妊娠期,并評估細胞類型特異性轉(zhuǎn)錄物的軌跡(圖5A)。多種細胞類型特征隨胎齡變化而變化;即巨噬細胞-1、巨噬細胞-2、巨噬細胞-3、巨噬細胞-4、CD4 T細胞、CD8 T細胞、B細胞、基質(zhì)-2、基質(zhì)-3、基質(zhì)-4、基質(zhì)-5、基質(zhì)-7、蛻膜-1、內(nèi)皮細胞、LED、npiCTB、EVT-2和STB(圖5B)。觀察到的變化模式在特定細胞類型的單個集群之間不一致;例如,巨噬細胞-1隨著胎齡穩(wěn)步增加,巨噬細胞-2和巨噬細胞-3則隨著胎齡穩(wěn)步增加。巨噬細胞-4呈拋物線軌跡(圖5B),提示每種細胞類型簇的不同作用?紤]到細胞類型特征可以在母體外周血中追蹤,我們隨后評估了在同一組患者中進行縱向分析的足月分娩婦女(n = 21)和足月分娩婦女(n = 28)足月收集的樣本之間的差異(圖6A)。為了比較這些數(shù)據(jù)集,使用CAM 衍生的DEG來創(chuàng)建一個偽體數(shù)據(jù)集,該數(shù)據(jù)集可以直接與大量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集進行對比,同時仍然考慮每種細胞類型的母源或胎兒來源(圖6A)。CAM與母體外周血細胞類型特異性轉(zhuǎn)錄本的相關(guān)性表明,胎兒基質(zhì)-2以及母體巨噬細胞-1、巨噬細胞-2、蛻膜細胞-1和單核細胞呈正相關(guān)(圖6B)。相比之下,幾種細胞類型特征顯示CAM與母體外周血呈負相關(guān):胎兒EVT-2、母體CD8 T細胞和母體內(nèi)皮細胞(圖6B)。當(dāng)使用來自BPPV的細胞類型特征時,我們注意到該組織與母體外周血之間的額外相關(guān)性(圖6C)。胎兒EVT-1、CTB-1、巨噬細胞-2、CD4 T細胞、CTB-3、STB和npiCTB在室間都顯示出正相關(guān),母體巨噬細胞-1、巨噬細胞-2、單核細胞和蛻膜細胞-2也是如此(圖6C)。胎兒基質(zhì)-1以及胎兒和母體NK細胞的特征在BPPV和母體外周血之間呈負相關(guān)(圖6C)。這一比較分析支持了胎盤細胞進入母體循環(huán)和/或分娩相關(guān)信號驅(qū)動外周白細胞轉(zhuǎn)錄組變化的概念,這些外周白細胞的轉(zhuǎn)錄組變化至少部分與胎盤組織中的轉(zhuǎn)錄組變化相同。我們的數(shù)據(jù)進一步表明,可以無創(chuàng)地跟蹤母胎信號,以監(jiān)測正常妊娠和分娩,并可能用于生成產(chǎn)科疾病的生物標志物。
 


圖 5


圖 6

6. 足月分娩相關(guān)的母胎單細胞特征在CAM中部分與自然早產(chǎn)婦女的特征重疊
我們的研究結(jié)果表明,隨著分娩,CAM的轉(zhuǎn)錄組活性似乎經(jīng)歷了更劇烈的細胞類型特異性變化(圖2A),這與這些組織參與分娩的共同途徑是一致的。雖然被認為是一種不同于足月分娩的病理過程,但自發(fā)性早產(chǎn)也包括激活常見的分娩途徑。因此,我們下一步評估是否在自發(fā)性早產(chǎn)和分娩的婦女組織中也觀察到與產(chǎn)程相關(guān)的CAM基因表達變化(產(chǎn)程與PTL)。為此,我們利用了以前CAM的大量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集。來自經(jīng)羊膜穿刺術(shù)診斷羊膜腔炎癥和微生物狀態(tài)不同的早產(chǎn)和自發(fā)性早產(chǎn)婦女:無羊膜內(nèi)炎癥[低濃度IL-6 (<2.6 ng/mL),通過培養(yǎng)和分子微生物方法檢測不到微生物](PTL, n = 12);無菌羊膜內(nèi)炎癥[IL-6濃度升高(≥2.6 ng/mL),未檢出微生物](PTL+SIAI, n = 17);或羊膜內(nèi)感染(IL-6濃度升高,可檢測微生物)(PTL+IAI, n = 11)(85-92)(圖7A)。為了獲得細胞類型特異性PTL相關(guān)的變化,將各組CAM的大量轉(zhuǎn)錄組譜與對照組[經(jīng)歷過自發(fā)性早產(chǎn)但足月分娩的婦女(n = 15)]進行比較(圖7A)。在CAM中,產(chǎn)期相關(guān)特征與胎兒Stromal-1、Stromal-3、Stromal-5、Stromal-7、EVT-1和CTB/EVT的PTL特征呈正相關(guān)(圖7B)。母體蛻細胞類型和巨噬細胞對應(yīng)的特征在產(chǎn)程和PTL之間也觀察到適度的正相關(guān)。足月產(chǎn)程與PTL+SIAI呈正相關(guān);即EVT-1、CTB/EVT和基質(zhì)細胞類型,而其余的僅顯示輕微或最小的正相關(guān)(圖7B)。因此,我們的研究結(jié)果表明,在足月分娩的生理過程中,CAM中的母胎信號與自發(fā)性早產(chǎn)時觀察到的信號重疊;然而,羊膜腔的炎癥和微生物狀態(tài)驅(qū)動母胎細胞類型的特異性轉(zhuǎn)錄組活性。
 


圖 7

7. 分娩相關(guān)的單細胞CAM衍生的特征可以作為非侵入性生物標志物來識別要經(jīng)歷自發(fā)性早產(chǎn)的婦女
我們最后試圖確定在最終發(fā)生早產(chǎn)的婦女的外周血中,是否可以在妊娠中期和晚期追蹤分娩特異性CAM衍生的scRNA-seq特征,這可能會為即將發(fā)生的早產(chǎn)產(chǎn)生預(yù)測性生物標志物。首先,我們使用了之前從橫斷面研究中生成的大量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集,包括來自以下人群的外周血樣本:1)經(jīng)歷過自發(fā)性早產(chǎn)和早產(chǎn)的婦女(病例);2)足月分娩的胎齡匹配的對照組。大量轉(zhuǎn)錄組的主成分分析顯示,病例(紅點)與對照組(藍點)有一定程度的分離,這似乎是由PC2驅(qū)動的。然后,我們將分娩特異性CAM衍生的scRNA-seq特征與母體血液轉(zhuǎn)錄組疊加,并評估每種細胞類型對PC1和PC2的貢獻和相關(guān)性。所有細胞類型均參與PC1;單核細胞、LED和基質(zhì)細胞類型與PC2呈正相關(guān),而NK細胞、CD8 T細胞和巨噬細胞-3與PC2呈負相關(guān)。通過建立個體單細胞特征的受試者工作特征(ROC)曲線,我們發(fā)現(xiàn)其中一些(如母體蛻膜-2)對于識別最終發(fā)生早產(chǎn)的早產(chǎn)婦女具有價值。

接下來,我們試圖利用我們的分娩特異性CAM衍生的scRNA-seq特征在妊娠中期和晚期(在早產(chǎn)發(fā)作的臨床表現(xiàn)之前)收集的母親血液樣本中預(yù)測兩種不同的自發(fā)性早產(chǎn)亞群(自發(fā)性胎膜完整早產(chǎn)(sPTL)和早產(chǎn)胎膜破裂(PPROM))。我們利用了先前從一項前瞻性大量轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究中生成的數(shù)據(jù)集,包括兩個外部驗證隊列,這些數(shù)據(jù)來自妊娠17至33周最終接受sPTL或PPROM的婦女的外周血(圖8A)。通過比較從最終經(jīng)歷早產(chǎn)的婦女和胎齡匹配的足月分娩的對照者收集的血液樣本之間的基因表達譜,獲得了sPTL和PPROM相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組活性。這種與sPTL和PPROM相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組活性隨后與本研究中產(chǎn)生的運動特異性CAM衍生的scRNA-seq特征相關(guān)(圖8A)。在最終接受sPTL或PPROM的婦女的血液循環(huán)中,強烈檢測到幾種分娩特異性CAM衍生的scRNA-seq特征(圖8B)。母體和胎兒來源的多個分娩特異性CAM衍生的scRNA-seq特征-最突出的是母體蛻膜細胞-1和胎兒基質(zhì)細胞類型-與PPROM相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組活性顯示出很強的正相關(guān)(>0.10相關(guān)系數(shù)),相關(guān)強度根據(jù)采樣時間點而變化(圖8B)。母體巨噬細胞類型與胎兒其他非免疫細胞類型也觀察到中度正相關(guān)(>0.05)(圖8B)。足月分娩和sPTL相關(guān)轉(zhuǎn)錄組活性之間的相關(guān)性強度低于PPROM;然而,母體蛻膜細胞-1和胎兒基質(zhì)細胞類型也是主要的貢獻者(圖8B)。來自母體巨噬細胞-2和胎兒EVT-1的實驗室特異性CAM衍生的scRNA-seq特征與PPROM和sPTL相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組活性呈負相關(guān)。

然后,我們?yōu)槊總驗證隊列生成ROC曲線,并根據(jù)采樣時的胎齡來確定這些特征對sPTL或PPROM的預(yù)測程度。對于即將發(fā)生的sPTL的預(yù)測,與隊列2相比,使用隊列1的樣本時,母體Decidual-1特征顯示出更大的價值,與這些患者是否在17 - 23歲時采樣無關(guān)[隊列1:AUC為0.648 (0.503-0.794)vs隊列2:AUC 0.536(0.389-0.683)或27 - 33[隊列1:AUC 0.602 (0.454-0.750) vs;隊列2:AUC 0.497(0.321-0.674)]妊娠周(圖8C)。相比之下,對于PPROM,隊列2在妊娠17 - 23周[隊列2:AUC 0.612 (0.493-0.731) vs隊列1:AUC 0.564(0.429-0.699)]和27 - 33周[隊列2:AUC 0.654 (0.533-0.775) vs隊列1:AUC 0.610(0.476-0.745)]時的母體Decidual-1特征的預(yù)測值略有提高(圖8C)。隊列之間表現(xiàn)的差異可能是由于納入的人群不同(隊列1來自美國密歇根州的底特律,隊列2來自加拿大阿爾伯塔省的卡爾加里)。母體decual -1特征對PPROM的預(yù)測價值在孕晚期略有增加[隊列1,27 - 33周:AUC 0.610 (0.476-0.745) vs隊列1,17 - 23周:AUC 0.564 (0.429-0.699);隊列2,27 - 33周:AUC 0.654 (0.533-0.775) vs隊列2,17 Ga- 23周:AUC 0.612(0.493-0.731)],表明采樣和結(jié)果預(yù)測之間的時間縮短。胎兒基質(zhì)-1信號對sPTL的預(yù)測比對PPROM的預(yù)測更明顯;然而,與27 - 33周的sPTL相比,其預(yù)測性能在17 - 23周有所改善[隊列1,17 - 23周:AUC 0.623 (0.483-0.764) vs隊列1,27 - 33周:AUC 0.559 (0.416-0.703);隊列2,17 - 23周:AUC 0.559 (0.408-0.710) vs隊列2,27 - 33周:AUC 0.518(0.324-0.711)(圖8D)。對于PPROM,隊列2的胎兒基質(zhì)-1特征的預(yù)測性能在兩個采樣時間都得到了改善[隊列2,17 - 23周:AUC 0.665(0.561-0.769)與隊列1,17 - 23周:AUC 0.579 (0.445-0.712);隊列2,27 - 33周:AUC 0.633 (0.518-0.748) vs隊列1,27 - 33周:AUC 0.618(0.489-0.747)(圖8D)。這一概念驗證分析表明,在母體循環(huán)中追蹤相關(guān)的單細胞特征可能提供一種預(yù)測即將發(fā)生的sPTL或PPROM的方法。
 


圖 8

結(jié)論
在這里,我們應(yīng)用scRNA-seq技術(shù)發(fā)現(xiàn),基底膜、胎盤絨毛和絨毛膜羊膜包括母體和胎兒起源的免疫和非免疫細胞類型,但細胞組成不同。先前對胎盤組織的單細胞調(diào)查提供了妊娠早期、妊娠中期和妊娠晚期的細胞組成概述,并允許鑒定先前未描述的細胞類型。我們的數(shù)據(jù)進一步強調(diào)了胎盤和胎盤外(絨毛膜和羊膜)組織之間的細胞類型組成和相對豐度的差異,這是由它們不同的功能驅(qū)動的。事實上,對妊娠中期絨毛(胎盤)絨毛膜和平滑(胎盤外)絨毛膜的比較分析表明,特定細胞類型(如基質(zhì)細胞)的豐度不同,以及相似細胞簇之間空間依賴性功能差異。

在懷孕不同時期的單細胞探索清楚地表明,這些隔室的細胞組成不是靜態(tài)的,而是在整個懷孕期間經(jīng)歷動態(tài)變化。在這里,我們發(fā)現(xiàn),與胎盤組織相比,絨毛膜羊膜顯示出更多受分娩高度調(diào)節(jié)的細胞類型,這與膜激活作為分娩共同途徑的重要組成部分的參與是一致的。絨毛膜羊膜中受分娩影響最顯著的細胞群是胎兒間質(zhì)細胞、母體蛻膜細胞和母體巨噬細胞。研究了蛻細胞和母體巨噬細胞在分娩過程中的參與;然而,胎兒間質(zhì)細胞在分娩中的作用尚未得到很好的證實。數(shù)據(jù)而本項目表明胎兒間質(zhì)細胞在分娩過程中具有高度活躍的作用,值得進一步研究。此外,我們報道了胎盤組織中受分娩影響最大的細胞類型是胎兒巨噬細胞和母體單核細胞。目前的證據(jù)表明,這些細胞主要表現(xiàn)為m2樣表型,與母體細胞相似,這暗示了它們在正常妊娠中的穩(wěn)態(tài)作用。分娩過程中胎兒巨噬細胞參與炎癥信號通路可能表明,這些細胞在分娩過程中經(jīng)歷了向促炎表型的轉(zhuǎn)變,這是正常分娩過程的一部分,正如母體蛻膜中存在的巨噬細胞所證明的那樣。胎盤組織中檢測到的母體單核細胞群可能代表存在于絨毛間隙的循環(huán)細胞。

胎盤組織脫落細胞外囊泡、顆粒和其他碎片進入母體循環(huán)。由于這種脫落,母體循環(huán)已被證明是具有診斷潛力的無細胞DNA和RNA的來源,并且母體外周血中的標記物可用于監(jiān)測妊娠和分娩。在這里,我們利用這一概念來監(jiān)測和潛在的預(yù)測病理性分娩(如早產(chǎn))。在沒有羊膜內(nèi)炎癥的情況下,足月分娩和早產(chǎn)之間的正相關(guān)性涉及廣泛的細胞類型。沒有羊膜內(nèi)炎癥的早產(chǎn)通常被認為是特發(fā)性的,因此這個研究組可能包括多種潛在的機制。事實上,我們之前的工作已經(jīng)暗示巨噬細胞激活是特發(fā)性早產(chǎn)和出生的潛在免疫機制。相比之下,早產(chǎn)合并羊膜內(nèi)炎癥的病例似乎涉及相似的細胞類型,無論無菌或微生物性質(zhì);|(zhì)細胞和巨噬細胞都是已知的宿主對病原體反應(yīng)的參與者。母體巨噬細胞的正相關(guān)性可能反映了急性組織學(xué)絨毛膜羊膜炎的存在,這是一種胎盤病變,是由于微生物侵入羊膜腔時,先天免疫細胞浸潤到絨毛膜羊膜引起的。這些結(jié)果表明,生理性分娩婦女的CAM轉(zhuǎn)錄組學(xué)變化與自然早產(chǎn)婦女的CAM轉(zhuǎn)錄組學(xué)變化重疊;然而,如前所述,羊膜腔的炎癥和微生物狀態(tài)也會驅(qū)動胎盤轉(zhuǎn)錄組活性。

本文包括的自發(fā)性早產(chǎn)的兩個亞群,sPTL和PPROM,涉及不同的疾病機制和臨床管理,因此它們的預(yù)測和預(yù)防需要單獨的研究。事實上,我們注意到sPTL和PPROM之間明顯的失調(diào)模式,至少部分取決于采樣窗口。具體來說,最終接受PPROM的女性與接受sPTL的女性相比,表現(xiàn)出更強的運動特異性細胞類型特征正相關(guān)。盡管如此,我們發(fā)現(xiàn)這兩個亞群共享基質(zhì)和蛻膜特征,進一步證實了導(dǎo)致早產(chǎn)的共同分娩途徑。在妊娠中期,最終發(fā)生自發(fā)性早產(chǎn)的婦女表現(xiàn)出特定特征的失調(diào),主要是母體蛻膜細胞,這與蛻膜時鐘的概念一致。此外,我們的研究結(jié)果強調(diào)了兩個關(guān)鍵事實:首先,sPTL和PPROM的潛在機制涉及不同細胞類型特征的改變,這可能使它們能夠使用預(yù)測模型進行區(qū)分;其次,在未來的研究中考慮sPTL和PPROM之間的差異是很重要的,因為這些亞群的組合可能會降低檢測特定生物標志物的能力。重要的是,這些結(jié)果表明用于預(yù)測建模的最佳單細胞特征可能在sPTL和PPROM之間有所不同,進一步支持早產(chǎn)綜合征的多病因性質(zhì)。

總之,本文的研究結(jié)果為足月分娩期間母胎信號和串?dāng)_提供了新的見解。我們的研究結(jié)果強調(diào)了單細胞技術(shù)在揭示人類胎盤分娩過程中涉及的新細胞類型和信號通路方面的實用性,并表明胎盤來源的單細胞特征在開發(fā)非侵入性生物標志物方面的潛在應(yīng)用。

參考文獻:
Garcia-Flores V, Romero R, Tarca AL, Peyvandipour A, Xu Y, Galaz J, Miller D, Chaiworapongsa T, Chaemsaithong P, Berry SM, Awonuga AO, Bryant DR, Pique-Regi R, Gomez-Lopez N. Deciphering maternal-fetal cross-talk in the human placenta during parturition using single-cell RNA sequencing. Sci Transl Med. 2024 Jan 10;16(729):eadh8335. doi: 10.1126/scitranslmed.adh8335. Epub 2024 Jan 10. PMID: 38198568; PMCID: PMC11238316.

來源:上海伯豪生物技術(shù)有限公司
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