TCF7L2通过调控细胞周期和细胞外基质重构介导人绒毛外滋养细胞分化的关键机制与功能研究

《Cellular and Molecular Life Sciences》：TCF7L2 is essential for the differentiation and invasive function of human extravillous trophoblast

本研究针对胎盘发育中滋养细胞分化机制不清的问题，聚焦转录因子TCF7L2在人类绒毛外滋养细胞（EVT）分化中的功能。通过整合ChIP-seq、RNA-seq及功能实验，发现TCF7L2通过直接抑制细胞周期相关基因（如Rho GTPase通路）并激活细胞外基质组织相关基因（如RAC1 GTPase循环），协同GATA2、ASCL2等EVT关键因子形成调控网络，同时调节WNT/NOTCH信号通路，最终驱动EVT分化与侵袭功能。该研究为理解妊娠疾病（如子痫前期、宫内生长受限）的胎盘机制提供了新靶点。

　　

胎盘作为连接母体与胎儿的关键器官，其正常发育对妊娠成功至关重要。在胎盘形成过程中，绒毛外滋养细胞（extravillous trophoblast, EVT）承担着锚定胎盘、侵入母体蜕膜及重塑螺旋动脉的核心任务。若EVT分化或功能异常，可导致螺旋动脉重构不足，引发子痫前期（preeclampsia, PE）、宫内生长受限（intrauterine growth restriction, IUGR）等严重妊娠并发症。尽管研究表明转录因子TCF7L2在胎盘组织中表达，且与滋养细胞运动性相关，但其在人类滋养干细胞（trophoblast stem cells, TSCs）分化过程中的具体靶基因及调控机制仍不明确。

为揭示TCF7L2在滋养细胞谱系分化中的功能，研究人员以人TSCs为模型，通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）、转录组测序（RNA-seq）及功能丧失/获得性实验，系统解析了TCF7L2在TSCs自我更新、EVT及合体滋养细胞（syncytiotrophoblast, ST）分化中的双重作用。该研究发表于《Cellular and Molecular Life Sciences》，首次阐明TCF7L2通过调控细胞周期退出和细胞外基质重组，协同其他EVT关键因子促进滋养细胞终末分化的分子网络。

关键技术方法包括：人TSCs的体外培养与定向分化（EVT与ST）、TCF7L2的短发夹RNA（shRNA）敲低与过表达、细胞增殖与凋亡检测（CCK-8试剂盒与流式细胞术）、侵袭实验（基质胶模拟侵袭）、蛋白质印迹（Western blot）及RT-qPCR验证分子表达，以及ChIP-seq和RNA-seq的高通量数据分析。

TCF7L2受超增强子调控并在TSCs与EVTs中高表达

通过分析滋养细胞亚型的H3K27ac修饰谱，发现TCF7L2在TSCs和EVTs中受超增强子（super-enhancer, SE）调控，其mRNA和蛋白水平在EVTs中显著高于STs。单细胞RNA测序数据进一步验证TCF7L2在EVTs中表达最高，提示其可能参与EVT分化调控。

TCF7L2维持TSCs增殖并抑制凋亡

敲低TCF7L2后，TSCs的增殖能力显著下降，S期细胞比例减少，G0/G1期细胞增多，凋亡相关基因BCL2、SIRT1和MCL1表达下调，而促凋亡基因TP53和CDKN1B上调。表明TCF7L2通过调节细胞周期和凋亡通路维持TSCs的自我更新能力。

TCF7L2是EVT分化的必需因子

在TSCs向EVT分化过程中，TCF7L2表达逐渐升高。敲低TCF7L2导致EVT形态异常，标志基因（如HLA-G、MMP2、ASCL2）表达显著抑制，侵袭能力下降，且细胞凋亡增加。挽救实验证实TCF7L2回补可部分恢复EVT分化表型。

TCF7L2抑制ST分化

在ST分化过程中，TCF7L2表达逐渐下降。过表达TCF7L2可抑制ST标志基因（如CGB3、CSH1、GCM1）的表达，阻碍细胞融合和ST形成，说明TCF7L2对ST分化具有负向调控作用。

TCF7L2通过直接靶向EVT功能基因调控分化

ChIP-seq显示TCF7L2在TSCs和EVTs中结合数万个基因组位点，主要分布于远端增强子区域。整合RNA-seq发现，敲低TCF7L2后，EVT相关基因（如细胞外基质组织、钙信号通路基因）表达下调，而TSCs相关基因（细胞黏附通路）表达上调。进一步分析EVT特异性结合位点（C3簇）表明，TCF7L2直接抑制细胞周期相关基因（如Rho GTPase信号），同时激活迁移相关基因（如RAC1 GTPase循环）。

TCF7L2与EVT关键因子形成调控网络

TCF7L2与GATA2、ASCL2、DLX3、NRIP1等EVT因子相互调控，其结合位点高度重叠，且敲低任一因子均会影响其他因子表达。网络分析揭示TCF7L2与其他EVT因子共同构成转录调控网络，协同促进EVT分化。

TCF7L2通过调节WNT和NOTCH信号通路促进EVT分化

在EVT分化中，TCF7L2敲低导致WNT配体（如WNT5A、WNT6）和NOTCH家族基因（NOTCH1/3上调、NOTCH2下调）表达异常，破坏正常信号通路动态平衡，表明TCF7L2通过精细调控WNT/NOTCH信号指导EVT分化。

结论与意义

本研究首次揭示TCF7L2在人类滋养细胞分化中的双重功能：在TSCs中维持细胞增殖，在EVT分化中通过直接抑制增殖基因、激活迁移相关基因，并协同其他转录因子及信号通路（WNT/NOTCH）驱动细胞命运转变。该发现不仅深化了对胎盘发育分子机制的理解，还为妊娠疾病（如PE、IUGR）的病因提供了潜在治疗靶点。此外，TCF7L2基因变异与妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus, GDM）风险相关，提示其可能通过代谢与胎盘双重途径影响妊娠结局，具有重要临床意义。