《Viruses》：Spatial Transcriptomic Profiling of the Human Placenta in Congenital Cytomegalovirus Infection: A Broad Antiviral Response with Concurrent Suppression of Trophoblast and Vascular Programs
编辑推荐：
先天性巨细胞病毒（congenital CMV，cCMV）是最常见的先天性感染，也是儿童听力丧失和神经发育障碍的主要感染性病因。胎盘对感染的细胞层次应答的组织结构尚未完全阐明。研究人员应用Visium CytAssist空间转录组学技术，对来自两例CMV感染和
先天性巨细胞病毒（congenital CMV，cCMV）是最常见的先天性感染，也是儿童听力丧失和神经发育障碍的主要感染性病因。胎盘对感染的细胞层次应答的组织结构尚未完全阐明。研究人员应用Visium CytAssist空间转录组学技术，对来自两例CMV感染和两例未感染的晚期妊娠胎盘福尔马林固定组织进行分析，并通过基于参考的标签转移注释了主要的母体和胎儿细胞群体。在16,074个空间点（spatial spots）中，唯一显著的组成变化是CMV感染胎盘中T细胞点增加和合体滋养层（syncytiotrophoblast，STB）富集点减少；其余群体显示出相似的变化但未达到统计学显著性。在每个细胞类型内比较CMV感染与未感染样本的差异表达分析识别出两种对立的程序。感染胎盘展现出广泛的干扰素刺激基因（interferon-stimulated gene，ISG）特征，同时伴有CXCR3配体趋化因子、抗原加工机制、主要组织相容性复合体I类反式激活因子NLRC5、经典途径补体成分以及淋巴细胞和浆细胞标志物的诱导，这种诱导在内皮细胞、基质细胞和合体滋养层簇中最显著，而在绒毛外滋养层（extravillous trophoblast，EVT）中最小。与此同时，感染胎盘显示滋养层分化和合体化基因的下调，包括PAPPA2、妊娠特异性糖蛋白、CGA和GCM1，以及血管和止血基因，包括FLT1、VEGFA、PECAM1和TFPI2。这些数据提供了与先天性CMV相关的免疫激活和胎盘功能障碍的细胞类型分辨的分子相关性。总之，数据表明先天性CMV感染与母胎界面处一种协调性的转变相关，其中广泛的干扰素驱动的免疫反应伴随着滋养层发育和血管程序的抑制，为更大规模的胎盘CMV传播研究提供了细胞类型分辨的参考。未来需要在更大队列中进行研究以确认这些发现。
论文解读文章
一、研究背景与目的
先天性巨细胞病毒（cCMV）是全球最常见的先天性感染，也是导致非遗传性儿童感音神经性耳聋和发育迟缓的首要感染性病因。尽管母体对CMV的免疫力可提供部分保护，但在血清阳性母亲所生的婴儿中仍会发生cCMV，这反映了新毒株的再感染或病毒再激活。目前尚无孕期cCMV筛查的既定指南、无批准的产前干预措施预防传播，也无经过验证的产前疾病标志物。CMV疫苗的开发努力仍在进行但迄今令人失望。理解调控胎盘感染的机制可能指导预防和治疗策略。
CMV传播通过母体病毒血症期间的胎盘感染发生，破坏正常的胎盘发育和功能。病毒感染正在分化的细胞滋养层和子宫微血管内皮，诱导促炎和血管生成介质的产生，从而损害母胎血管交换。cCMV感染胎盘的组织病理学显示，有症状婴儿的慢性绒毛炎增加，对胎儿的影响部分取决于感染时的孕龄。合体滋养层的感染在很大程度上是顿挫性的，这使得对该层免疫激活的解释变得复杂。
母胎界面的先天免疫反应是胎盘传播的核心决定因素，通过Toll样受体和NOD样受体等模式识别受体充当活性屏障。然而，人类胎盘不同细胞群体如何在原位对CMV作出反应仍未完全明确。整体RNA测序和体外研究无法解析哪些胎盘细胞类型引发这些反应或其空间组织方式。因此，本研究旨在通过空间转录组学技术，绘制CMV感染和未感染胎盘在晚期妊娠时的细胞反应图谱。
二、主要关键技术方法
研究人员从威斯康星儿童医院和约翰霍普金斯大学病理系获取了福尔马林固定石蜡包埋的胎盘切片，根据CMV免疫组织化学染色结果分为CMV感染组和未感染组，并按孕龄匹配。空间转录组学队列包括两例CMV感染（胎盘2和3）和两例未感染（胎盘1和4）的晚期妊娠胎盘。采用Visium CytAssist空间基因表达方案处理FFPE组织，使用人类探针组v2（靶向18,536个基因）进行过夜杂交，然后在Illumina NovaSeq 6000上测序。数据分析方面，使用Space Ranger v2.1.0进行定量，Seurat v5.1进行样本整合（CCAIntegration）、聚类和UMAP生成。细胞类型身份通过基于参考的标签转移，利用Garcia-Flores等人的基底板和胎盘绒毛单细胞RNA-seq数据集作为参考进行分配，并通过典型标志基因表达进行验证。
三、研究结果
3.1 CMV感染和未感染胎盘的空间转录组学分析
通过对两例CMV感染和两例未感染晚期妊娠胎盘进行无偏倚的Visium CytAssist空间基因表达分析，并在Seurat中整合四个样本后，保留了16,074个空间点。基于参考的标签转移恢复了主要的母体和胎儿细胞群体，包括合体滋养层（STB）、细胞滋养层（CTB）、绒毛外滋养层（EVT）、非增殖性间质细胞滋养层（npiCTB）、绒毛间质、蜕膜、内皮、淋巴-内皮-蜕膜（LED）群体、巨噬细胞、T细胞和B细胞。在配对比较中，感染胎盘中只有T细胞点的比例显著增加和STB点的比例显著减少达到统计学意义；其余簇显示出非显著变化。
3.2 广泛的干扰素刺激基因程序在胎盘细胞类型中被诱导
在每个细胞类型内的差异表达分析比较感染与未感染胎盘，识别出一个协调的干扰素刺激基因（ISG）程序。诱导的转录本包括ISG15、MX1、OAS1和OAS2、IFI27、IFI44和IFI44L、IFIT3、转录因子STAT1和IRF7以及GTP酶GBP1。胞质核酸传感器IFIH1（MDA5）和DDX58（RIG-I）被诱导，而NOD家族传感器NOD1和NOD2以及适配器RIPK2未被广泛诱导。该程序在内皮和STB簇中涉及最多数量的ISG，在T细胞、基质和蜕膜簇中有一致的诱导，LED簇中较少的显著ISG。EVT显示出最小的ISG诱导，巨噬细胞簇未显示显著的ISG诱导。cGAS在任何簇中均未达到显著性。
3.3 感染伴随趋化因子诱导、抗原呈递、补体激活和淋巴细胞浸润
ISG响应中值得注意的是CXCR3配体趋化因子CXCL9、CXCL10和CXCL11以及CCL5和CCL8的诱导，在内皮和STB簇中最显著。免疫组织化学（IHC）证实了感染胎盘中CXCL10和ISG15蛋白水平的表达增加。抗原加工和呈递机制的组分上调，包括B2M、肽转运蛋白TAP1、免疫蛋白酶体亚基PSMB9和I类反式激活因子NLRC5。经典补体转录本增加，包括C1QA、C1QB、C1QC、C1S、C3和调节因子SERPING1，主要在T细胞、内皮和STB簇中。与免疫细胞点的组成性增加一致，淋巴细胞和浆细胞特征被诱导，包括免疫球蛋白转录本IGKC、IGHG1和IGHG3以及浆细胞标志物MZB1和JCHAIN。感染STB、LED、内皮和蜕膜簇中NF-kB的主要抑制剂NFKBIA减少。
3.4 滋养层分化和合体化程序的下调
与诱导的免疫程序相反，与滋养层分化和合体化相关的基因在感染胎盘中广泛下调。这些包括妊娠相关血浆蛋白PAPPA和PAPPA2、多种妊娠特异性糖蛋白如PSG3、绒毛膜促性腺激素α亚基CGA、类固醇生成酶CYP19A1以及合体化主调控因子GCM1。这些基因/程序的下调在STB、基质、EVT、LED、内皮和蜕膜簇中明显，但在T细胞和巨噬细胞簇中表达缺失。
3.5 母胎界面血管和止血程序被抑制
在血管和止血基因中观察到平行的抑制。血管生成和内皮转录本，包括FLT1、VEGFA、ENG、PECAM1、CDH5和缺氧反应因子EPAS1减少，主要在STB、内皮、LED和蜕膜簇中。止血和抗凝血转录本也减少，包括胎盘因子TFPI2、组织因子F3、血栓调节蛋白THBD、蛋白酶抑制剂SERPINE1和内皮蛋白C受体PROCR。
四、讨论总结与结论翻译
讨论总结：对CMV感染和未感染胎盘的空间转录组学分析在母胎界面识别出两个并行的程序：广泛的、细胞类型分辨的先天性和干扰素驱动免疫的诱导，以及滋养层发育和血管基因程序的协调抑制。ISG响应，包括ISG15、MX1、OAS家族成员、IRF7以及胞质传感器IFIH1和DDX58的表达增加，与在cCMV感染期间羊水和蜕膜组织中观察到的I型和III型干扰素响应一致。ISG响应在内皮和STB簇中广泛分布且强烈，在基质、蜕膜和T细胞簇中也有一致诱导，而EVT簇基本不受影响。cGAS在任何簇中均未达到显著性，表明ISG15及相关效应子可能通过cGAS-STING之外的感应通路被诱导。蛋白质水平上，IHC显示感染胎盘中ISG15和CXCL10染色增加，为它们的转录诱导提供了定性支持。感染还伴随抗原加工和呈递机制的诱导，包括B2M、TAP1、PSMB9和NLRC5，这在通常限制经典MHC I类表达以维持母胎耐受的部位值得关注。与此免疫激活并行，控制滋养层分化和合体化的基因广泛下调，包括PAPPA、PAPPA2、妊娠特异性糖蛋白、CGA、CYP19A1和GCM1，这为CMV感染期间报道的滋养层合体化抑制提供了转录关联。血管和止血基因也被抑制，包括FLT1、VEGFA、ENG、PECAM1以及内皮凝血调节因子TFPI2、F3和THBD。研究存在局限性，包括队列规模小（两例感染和两例未感染胎盘），统计显著性反映的是每样本大量斑点而非个体间的生物学重复；样本孕龄跨度从25到40周，归因于感染的差异可能部分反映孕龄差异；临床变量如母体血清状态、病毒载量和感染时间在这些存档标本中不可用。
结论翻译：在晚期妊娠胎盘中，先天性CMV感染伴随着两种协调但对立的转录程序，在单个细胞类型水平上得以解析：广泛的干扰素驱动和先天免疫反应的诱导，伴随免疫细胞募集，以及滋养层发育和血管基因程序的同步抑制。尽管基于少量胎盘，这些发现提供了与先天性CMV相关的免疫激活和胎盘功能障碍的细胞类型分辨的分子相关性，并为未来关于抗病毒防御和胎盘功能如何在母胎界面平衡的研究提供了资源。需要在更大、独立的队列中进行确认和功能研究以建立这些模式及其后果。
