肿瘤抑制蛋白p53调控人类滋养层谱系发育的新机制及其在生殖与癌症中的双重意义

Cell Reports期刊推荐：本研究针对p53在人类胚胎发育和生殖健康中的未知功能，利用人多能干细胞模型揭示p53通过调控细胞周期状态决定滋养层细胞命运倾向的新机制。研究发现p53缺失导致滋养层干细胞分化潜能失衡，合体滋养层发育缺陷而绒毛外滋养细胞侵袭性增强，为理解p53在胚胎植入、胎盘发育及肿瘤转移中的双重作用提供重要依据。

　　

在人类胚胎发育的早期阶段，受精卵经过一系列精细调控的细胞分裂和分化过程，最终形成包含内细胞团（ICM）和滋养层（TE）的囊胚。滋养层细胞进一步分化为构成胎盘的各类滋养层细胞，包括细胞滋养层细胞（CTBs）、合体滋养层（STBs）和绒毛外滋养细胞（EVTs）。这些细胞共同承担着胚胎植入、母胎界面建立、激素分泌和免疫调节等关键功能。胎盘发育异常会导致子痫前期、胎儿生长受限等严重妊娠并发症，但调控滋养层谱系发育的分子机制尚未完全阐明。

肿瘤抑制蛋白p53（由TP53基因编码）作为最著名的抑癌基因，在细胞应激响应、DNA损伤修复、细胞周期阻滞和凋亡等过程中发挥核心作用。近年来研究发现，p53在胚胎发育、干细胞分化和生殖过程中也扮演重要角色。p53缺失的小鼠表现出多种胚胎发育缺陷甚至植入失败，携带p53基因单核苷酸多态性（SNP）的患者也显示植入率降低。然而，p53如何影响人类滋养层发育及其在细胞命运决定中的具体作用机制仍不清楚。

为了解决这些问题，香港大学刘宝陶（Pentao Liu）团队与广州医科大学附属第三医院刘见桥（Jianqiao Liu）团队合作，在《Cell Reports》发表了题为"Tumor suppressor protein p53 governs human trophoblast lineage development"的研究论文。研究人员主要利用人多能干细胞（hPSCs），特别是具有胚胎和胚外发育潜能的扩展潜能干细胞（hEPSCs），结合基因编辑、单细胞多组学分析和功能实验，系统揭示了p53在人类滋养层谱系发育中的关键调控作用。

研究采用的主要技术方法包括：利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建TP53敲除的干细胞模型；通过体外定向分化体系获得滋养层干细胞（hTSCs）及其分化后代；采用单细胞RNA测序（scRNA-seq）解析细胞异质性和发育轨迹；通过染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）和ATAC-seq分析表观遗传调控机制；使用Transwell实验评估细胞侵袭能力；并利用人类早期胚胎和胎盘组织进行免疫荧光验证。

研究发现，p53在人类植入前胚胎中高表达，抑制p53活性会导致胚胎发育停滞，并伴有滋养层特异性标记物CDX2和GATA3表达下调。在干细胞模型中，TP53敲除的hEPSCs（TP53KO-hEPSCs）虽然维持多能性，但在向滋养层分化过程中表现出明显的缺陷：滋养层基因表达显著降低，人绒毛膜促性腺激素（hCG）分泌减少，囊胚样类胚体（BAP-EB）的植入能力受损。

通过单细胞转录组分析，研究人员发现p53缺失导致滋养层分化过程中羊膜细胞特征基因表达上调，而滋养层谱系基因表达下调，表明p53可能参与调节滋养层与羊膜谱系之间的命运抉择。更重要的是，从TP53KO-hEPSCs建立的滋养层干细胞（TP53KO-hTSCs）虽然表达典型的滋养层干性标记物（如TP63、ELF5），但其双向分化潜能严重失衡。

在分化功能上，TP53KO-hTSCs完全丧失形成多核合体滋养层（STBs）的能力，表现为STB标记基因（CGB、ERVW-1、SDC1）表达缺陷、hCG分泌不足和细胞融合障碍。相反，p53缺失并不影响绒毛外滋养细胞（EVTs）的分化效率，但显著增强其增殖和侵袭能力。TP53KO-EVTs表现出与人类癌症细胞相似的转录组特征，包括细胞粘附、迁移和免疫调节相关基因的富集。

研究人员进一步通过scRNA-seq将hTSCs分为三个亚群：TSC-1（富集STB祖细胞特征）、TSC-2（典型CTBs）和TSC-3（富集EVT祖细胞特征）。p53缺失导致TSC-1群体几乎完全消失，TSC-3群体显著扩增，表明p53通过调节细胞身份影响滋养层命运倾向。

机制上，p53通过介导细胞周期状态调控滋养层命运决定。在正常hTSCs中，向STB命运分化的细胞主要停滞在G1期，而向EVT命运分化的细胞分布在所有细胞周期阶段。p53缺失导致细胞周期进程加速，G1期细胞减少，S/G2M期细胞增加。使用CDK4/6抑制剂帕博西尼（palbociclib）处理TP53KO-hTSCs，强制诱导G1期阻滞，可部分恢复STB祖细胞相关基因表达并抑制EVT祖细胞基因表达，证明p53通过调控细胞周期状态影响细胞命运抉择。

表观遗传学分析发现，p53缺失导致hTSCs中染色质开放性和组蛋白修饰发生显著改变。STB相关基因位点（如CGB基因簇、FOSL1）的活跃组蛋白标记（H3K27ac、H3K4me3）减少，而抑制性标记（H3K27me3）增加；相反，EVT关键转录因子（如ASCL2、IRX4）位点则呈现活跃染色质状态，为p53调控滋养层命运决定的表观遗传机制提供了证据。

研究结论表明，p53是人类滋养层发育的多阶段调控因子：在植入前胚胎中促进滋养层谱系特化；在滋养层干细胞中维持双向分化潜能；通过调控细胞周期状态决定STB与EVT的命运平衡；并通过表观遗传机制抑制EVTs的过度侵袭性。这些发现不仅揭示了p53在人类生殖和胚胎发育中的新功能，也为理解p53在正常发育与肿瘤抑制中的双重作用提供了重要连接——滋养层细胞特别是EVTs的侵袭行为与肿瘤转移具有相似性，p53在其中的抑制作用可能代表了一种进化上保守的机制，既保障正常胎盘发育，又防止异常侵袭行为。

该研究的发现对理解人类不孕症、胎盘相关妊娠并发症以及p53在癌症发生发展中的作用具有重要意义，为相关疾病的诊断和治疗提供了新的思路和靶点。