人类滋养层干细胞与胎盘中染色体不稳定性揭示胎盘发育新机制

为解决胎盘非整倍体发生率争议及滋养层细胞基因组稳定性机制问题，研究人员通过建立同源滋养层干细胞(TSCs)模型结合单细胞多组学技术，首次揭示染色体不稳定性(CIN)是滋养细胞谱系的固有特征。研究发现自发性非整倍体通过自噬途径被选择性耐受，且侵袭性绒毛外滋养细胞(EVTs)异常率高达23.5%，该成果发表于《Nature Communications》，为重新定义胎盘"正常"基因组状态提供重要依据。

　　

胎盘作为胎儿发育过程中唯一具有肿瘤样特征的器官，其基因组稳定性问题长期存在科学争议。传统观点认为胎盘非整倍体是罕见现象，且与不良妊娠结局直接相关。然而临床观察发现，约1-2%妊娠存在胎盘特异性染色体异常却不影响胎儿发育，这种矛盾现象暗示我们对胎盘基因组认知存在重大空白。更关键的是，既往研究多基于异常妊娠样本或低分辨率检测技术，难以区分真正的生物学特性与技术假象。

华盛顿大学的研究团队通过建立四种同源滋养层干细胞(TSCs)模型，结合单细胞分辨率分析技术，首次系统论证了染色体不稳定性(CIN)是人类滋养细胞谱系的固有特征。研究发现所有TSCs均自发产生非克隆性非整倍体，且能维持正常增殖分化能力。通过单细胞多组学分析证实，侵袭性绒毛外滋养细胞(EVTs)的非整倍体率高达23.5%，显著高于其他亚型。该突破性成果发表于《Nature Communications》，从根本上挑战了胎盘基因组稳定性的传统认知。

研究采用多维度技术体系：从naive和primed人多能干细胞(hPSCs)及类囊胚(blastoids)建立四种TSCs；通过荧光原位杂交(FISH)和流式细胞术量化非整倍体；利用全基因组甲基化测序(WGBS)和RNA-seq分析表观遗传特征；结合公开的单细胞RNA-seq和snATAC-seq数据解析胎盘组织异质性；采用类器官(TOs)模型验证功能特性。

"滋养层干细胞可从同源naive、primed hPSCs及类囊胚中衍生"部分显示，研究团队优化建立了四种TSCs：naive hPSC直接衍生的nTSC、类囊胚衍生的nbTSC、化学重编程的ccTSC和BMP4诱导的pdTSC。转录组分析表明，naive来源的TSCs更接近原代滋养细胞，而primed来源的TSCs保留更多早期滋养外胚层(TE)特征。

"自发性非整倍体提示TSCs存在活跃的CIN"部分揭示，所有TSCs在传代4次后即出现显著染色体异常，FISH检测显示7、12、18号染色体非整倍体率较hPSCs提升3-5倍。流式细胞术显示约25%细胞DNA含量异常，且伴随微核形成和γ-H2AX焦点增加，证实存在持续DNA损伤。值得注意的是，常规核型分析和WGBS未能检测到这种异质性异常，凸显单细胞分辨率技术的必要性。

"染色体不稳定性和非整倍体存在不影响TSCs分化能力"部分证实，即使存在严重基因组异常（如四倍体或7号染色体克隆性增加），TSCs仍能分化为合体滋养层(STs)和EVTs。naive来源的TSCs表现出更强的EVT分化倾向，在3D类器官培养中形成典型的指状突起结构，而primed来源的TSCs分化效率较低。

"naive来源的滋养层干细胞转录组和甲基化谱更接近细胞滋养层"部分通过多组学比较发现，nbTSC和nTSC与原代TSCs的转录相关性达0.92。甲基化分析显示所有TSCs呈现胎盘特异性部分甲基化域(PMDs)，但primed来源的pdTSC保留更多亲本甲基化特征。关键印记基因PEG3在naive来源TSCs中高表达，而IGF2在primed来源TSCs中更活跃。

"减弱的细胞周期监控和增强的自噬促进TSCs的CIN"部分揭示分子机制：与hPSCs相比，TSCs中MAD2L1/2、RAD21等纺锤体组装检查点(SAC)基因表达降低50%以上，而自噬相关通路显著激活。氯喹(CQ)处理实验证实，抑制自噬使TSCs死亡率增加3倍，说明自噬是维持非整倍体细胞存活的关键途径。

"人类发育胎盘中CIN的鉴定"部分通过分析12个健康胎盘样本发现：早期妊娠EVTs的非整倍体率最高(23.5%)，细胞滋养层(CTs)从早期到足月呈上升趋势(16.8%→19.2%)，而STs异常率最低(1.6-2.5%)。染色体13、18、21等临床常见三体在胎盘中出现频率显著偏高，提示非随机性选择。

这项研究从根本上重塑了对胎盘生物学的理解：CIN和非整倍体是滋养细胞谱系的固有特性，而非病理状态。该发现为解释胎盘的特殊适应性提供新视角——类似于肿瘤的基因组可塑性可能促进其侵袭性功能，而独特的自噬激活和细胞周期调控机制防止其恶性转化。研究成果不仅为妊娠并发症诊断提供新标准，也为探究人类胚胎发育中的基因组质量控制机制开辟新途径。未来研究需进一步阐明CIN在胎盘功能建立中的具体作用，以及不同非整倍体类型对妊娠结局的影响规律。