空间多组学解析晚发型子痫前期胎盘的细胞特异性动态与代谢重塑机制

本刊推荐：本研究整合空间转录组学（ST）与空间代谢组学（SM）技术，首次在晚发型子痫前期（LOPE）胎盘中实现细胞分辨率的多组学空间整合分析。研究发现LOPE胎盘存在滋养细胞分化异常（VCT↑、SCT↓）、免疫-基质细胞互作紊乱及显著的甘油磷脂/鞘脂代谢重编程。创新性“点匹配”算法突破多组学空间对齐瓶颈，为理解子痫前期发病机制提供全新空间维度见解。

　　

1 引言

子痫前期是妊娠20周后出现的以高血压和多器官功能障碍为特征的严重并发症，影响2%-8%的妊娠。根据国际妊娠高血压研究学会（ISSHP）标准，分为早发型（EOPE，<34周）和晚发型（LOPE，≥34周）。目前唯一有效治疗方式是提前分娩胎盘，常导致早产。虽然对EOPE机制已有较多研究，但LOPE的发病机制仍不明确。经典两阶段假说认为EOPE与胎盘植入不足和母体系统反应有关，但无法解释LOPE中胎儿常足月且无生长受限的现象。近期研究提出LOPE可能源于足月时子宫胎盘灌注不良，胎盘受压导致绒毛间隙灌注中断和合体滋养细胞（SCT）应激。

2 材料与方法

研究选取符合2019ACOG指南的LOPE患者和正常妊娠（NC）对照，排除既往高血压、肾脏疾病等基础疾病者。剖宫产术后立即取母面胎盘组织（6.5mm立方体），Cryo-Gel包埋后-80°C保存。采用空间转录组学（10x Genomics Visium CytAssist）和空间代谢组学（Waters-DESI-Q Exactive Orbitrap）技术进行分析。创新开发"点匹配"算法，通过坐标转换公式（UTX = (TransX/2 + 0.5)transresolution; UTY = TransYsqrt(0.75)*transresolution）实现ST与SM数据的空间对齐。细胞类型鉴定采用RCTD算法整合公共单细胞数据，细胞通讯分析使用CellChat工具。

3 结果

3.1 多组学数据概览

SM分析显示胎盘代谢物形成10个空间簇，簇1、3、4、5主要分布于基底板，簇2、6、7、9、10主要分布于绒毛区域。OPLS-DA模型显示PE与NC组间代谢物差异显著（R²X=0.926, Q²=0.974），KEGG富集于坏死性凋亡、鞘脂代谢和甘油磷脂代谢通路。DG(38:4)和N-乙醇酰神经节苷脂GM2显著升高，PA(42:0)和PC(36:4)显著降低。ST分析鉴定8个转录簇，簇3（KRT5、NEU2、KCNJ16）和簇7（RORB）主要分布于基底板，其他簇位于绒毛区域。

3.2 空间细胞图谱与细胞互作

RCTD分析鉴定10种细胞类型：红细胞、绒毛外滋养细胞（EVT）、成纤维细胞、巨噬细胞（MC）、NK细胞、合体滋养细胞（SCT）、T细胞、平滑肌细胞（SMC）、绒毛细胞滋养细胞（VCT）和增殖性VCT。LOPE组EVT和VCT比例增加，SCT比例降低。细胞通讯分析显示成纤维细胞与VCT、SCT存在强相互作用，THY1信号通路（MC与SCT/VCT间）和ncWNT信号通路（MC、成纤维细胞、VCT、SCT间）在LOPE组减弱。

3.3 滋养细胞分化过程中的空间动态

伪时间分析显示VCT为分化起点，分化为SCT（Branch1）和EVT（Branch2）两个分支。代谢轨迹分析发现：鞘磷脂[d18:2(4E,14Z)/24:2(5Z,9Z)]、鞘磷脂(d42:0)和PE(42:3)在VCT向SCT和EVT分化中均降低；PC(38:2)在VCT→SCT分化中不变，在VCT→EVT分化中增加；DG(38:4)、PC(32:3)、GM2、LacCer(d34:1)和Cer(d32:0)在VCT→SCT分化中降低，在VCT→EVT分化中增加；PE(44:11)、PG(42:8)、PS(40:6)、PA(44:5)、PC(20:1)和PC(18:0)在VCT→SCT分化中增加，在VCT→EVT分化中降低。

3.4 甘油磷脂代谢紊乱

甘油磷脂代谢通路关键分子显示空间分布异常：LPL基因（将TG转化为DG）在LOPE绒毛区域表达升高，与DG(38:4)增加一致；DGKZ基因（将DG转化为PA）表达降低，与其下游代谢物PA(42:0)减少一致；CDP-DAG下游代谢物PG(36:2)、PE(20:3)、PC(32:0)、PS(38:3)和PI(36:1)在LOPE绒毛区域分布减少。这些变化表明甘油磷脂代谢紊乱是LOPE的重要代谢特征。

4 讨论

本研究首次通过ST和SM技术揭示LOPE胎盘的细胞异质性和空间代谢特征。发现滋养细胞分化异常（VCT↑、SCT↓）、免疫-基质-滋养细胞互作紊乱以及甘油磷脂/鞘脂代谢重编程。创新的"点匹配"方法实现了多组学数据的精确空间整合。局限性包括样本量较小（SM：n=3/组；ST：n=1/组），未来需扩大样本并整合空间蛋白质组学。

5 结论

研究证明空间多组学整合策略能有效揭示LOPE胎盘的细胞特异性代谢重塑和分子互作网络，为理解疾病机制和发现治疗靶点提供新视角。