胎盘表观基因组与早产：从细胞异质性到液体活检生物标志物

《Epigenomes》：The Placental Epigenome in Preterm Birth: From Cellular Heterogeneity to Liquid Biopsy Biomarkers

　　

早产（PTB）仍是全球新生儿发病率和死亡率的主要原因，早期预测或靶向预防的工具有限。越来越多的证据表明胎盘是妊娠期限的中心调节因子，胎盘基因调控程序的改变与PTB相关。本综述综合了胎盘基因组学和表观基因组学的最新进展，强调细胞类型特异性调控景观如何塑造PTB风险。研究人员描述了DNA甲基化、染色质可及性以及滋养层细胞、Hofbauer细胞、内皮细胞、自然杀伤（NK）细胞和间充质基质细胞之间的转录异质性如何整合母体、胎儿、免疫和环境信号。研究人员进一步评估了新兴的液体活检方法，重点关注循环游离胎盘DNA（cfpDNA）甲基化作为一种检测胎盘功能障碍的微创策略。单细胞和长读长测序技术已能够高分辨率绘制胎盘调控架构图谱，揭示炎症、滋养层分化受损和血管重塑异常背后的细胞类型特异性通路。这些研究支持将胎盘表观遗传改变作为PTB相关生物学的潜在贡献因素进行研究，尽管其因果作用和在PTB亚型间的一致性仍不确定。循环cfpDNA甲基化谱正在被研究作为胎盘生物学的微创指标，但其用于PTB预测的准确性和临床效用需要进一步验证。总之，这些发现表明表观基因组改变可能与PTB相关的生物学通路有关，并可能提供母体循环中可测量的分子特征。

1. 引言

早产（PTB）定义为妊娠37周前分娩，仍是新生儿发病、死亡和长期神经发育障碍的主要原因。尽管具有临床重要性，目前基于母体病史、宫颈长度和生化标志物的预测策略准确性有限，治疗选择仍不一致。这些局限性凸显了需要更深入地理解驱动早产的机制通路。PTB是一种异质性临床结局，包括具有潜在不同机制的不同亚型。自发性PTB可表现为完整胎膜下的分娩发动以及早产胎膜早破（PPROM）后的分娩。医学指征性PTB是指因继续妊娠对孕妇或胎儿构成风险而启动分娩，包括子痫前期或胎儿生长受限（FGR）等并发症。尽管这些类别可能涉及重叠的生物学通路，但一个PTB亚型的研究结果不应自动推广到其他亚型。因此，胎盘表观遗传和分子生物标志物研究的解读需要考虑所研究的PTB表型及分娩周围的临床情况。胎盘已成为妊娠期限的中心调节因子，整合塑造PTB风险的母体、胎儿和环境信号。胎盘内分泌、免疫、代谢和血管信号通路的紊乱与PTB相关，并可能参与导致早产的过程。表观遗传调控，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控和染色质可及性， governs胎盘细胞身份和功能。胎盘表观遗传重塑越来越多地与炎症激活、滋养层侵袭受损、血管功能障碍和分娩通路的过早激活相关联。单细胞和多组学技术的最新进展使得能够高分辨率表征与PTB相关的胎盘细胞异质性和调控程序。与此同时，循环胎盘核酸，包括游离胎盘DNA（cfpDNA），已成为一种能够捕获与PTB风险相关的胎盘特异性表观遗传分子改变的微创生物标志物。总之，这些进展将胎盘表观基因组定位为理解PTB的统一框架。在本综述中，研究人员综合了关于胎盘表观遗传调控、细胞异质性和新兴多组学及液体活检方法的当前证据，以更好地理解、预测并最终预防PTB。

2. 胎盘表观基因组：概述

人类胎盘是一个短暂的专门化器官，介导母体与胎儿之间的营养交换、免疫耐受和内分泌信号传导。它拥有哺乳动物组织中最动态和专门化的表观遗传景观之一。表观基因组整合DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控和染色质可及性，以协调维持妊娠所需的快速细胞分化、免疫耐受和代谢需求。这些表观遗传机制在不改变 underlying DNA序列的情况下调控胎盘中的基因表达，并作为滋养层谱系定向、营养转运、血管发育和母胎通讯的关键调节因子。胎盘同时暴露于母体生理、胎儿信号和环境应激源；其表观基因组既是宫内条件的传感器又是效应器，使其成为研究潜在妊娠并发症生物学界面的靶器官（图1）。

2.1 DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控和染色质可及性

人类胎盘中的表观遗传调控通过DNA甲基化和组蛋白修饰介导，协调滋养层分化、胎盘生长、免疫调节和整个妊娠期母胎通讯所需的基因表达程序。与其他组织不同，胎盘表观基因组保持高度动态，反映快速的细胞更新和对宫内环境线索的敏感性。DNA甲基化是胎盘研究最多的表观遗传机制，调控转录活性、基因组印记和转座元件的抑制。胎盘甲基化景观的特征是整体CpG低甲基化，同时在控制滋养层谱系特化、免疫信号和内分泌功能的基因位点呈现位点特异性高甲基化。在PTB中，差异甲基化与异常滋养层侵袭、炎症信号改变、血管重塑和激素失调相关。然而，大多数研究仍为横断面研究且仅限于分娩时。组蛋白修饰进一步调控染色质可及性和基因表达；激活标记如H3K4me3和H3K27ac富集于参与胎盘发育、血管生成和激素合成的基因的启动子和增强子处，而抑制标记包括H3K27me3和H3K9me3则限制不适当的谱系程序和过度免疫激活。为说明这种病理相关性，绘制整个妊娠期PTB表观基因组动态揭示重度子痫前期以异常H3K27ac谱为特征，显示以未成熟峰值模式或表观遗传加速衰老迹象为标志的不同亚型。尽管其重要性，PTB中的组蛋白修饰景观仍相对研究不足。非编码RNA和染色质可及性提供额外的调控层，精细调节胎盘基因表达和细胞身份。微小RNA、长非编码RNA和胎盘富集簇如C19MC调控滋养层增殖、侵袭、免疫耐受和抗病毒反应，通常通过与DNA甲基化和组蛋白修饰复合物的相互作用实现。这些RNA种类的表达改变与PTB相关，提示分娩发动前转录后调控的紊乱，尽管其功能后果和细胞类型特异性仍不完全清楚。染色质可及性 governs转录因子与调控元件的结合，从而能够快速激活维持妊娠所需的免疫、内分泌和代谢基因网络。这些可及性景观在胎盘内高度细胞类型特异性并在妊娠期动态调控；然而，其在PTB中的作用，特别是在单细胞分辨率下，仍表征不足。为强调对这些结构域更严格空间控制的需求，大规模染色质重组和抑制性异染色质区室的侵蚀可导致胎盘特异性基因的异常去抑制，如妊娠特异性β-1糖蛋白，当在正常妊娠背景之外错误表达时积极驱动细胞衰老和表观遗传不稳定性。总之，这些相互关联的机制赋予胎盘既是适应性又是脆弱性，强调需要整合的、细胞类型分辨的研究来定义它们在早产中的作用及其作为早期生物标志物和治疗靶点的潜力。

2.2 胎盘表观基因组的独特特征

胎盘表观基因组的特征是整体DNA低甲基化、基因组印记和显著的表观遗传可塑性，这些特征共同支持快速生长和环境响应性。大部分甲基化结构域（PMDs），特别是在滋养层谱系中，跨越兆碱基规模区域，富集于基因贫乏和重复元件，导致与体细胞组织相比广泛的低甲基化。这些PMDs类似于在癌症和早期发育中观察到的表观遗传景观，与滋养层侵袭性和细胞可塑性相关，维持胎盘功能所需的转录许可状态。低甲基化区域经常与调控免疫、内分泌和分化通路的调控元件重叠，而通常在体细胞组织中沉默的转座元件可被重新利用作为替代启动子或增强子来驱动胎盘特异性基因表达。与此同时，胎盘表现出高密度的受等位基因特异性DNA甲基化调控的印记基因，包括控制胎儿生长、营养转运和滋养层增殖的位点如IGF2/H19；这些印记模式的破坏与子痫前期、胎儿生长受限和PTB相关。为强调这种疾病特异性，最近证据表明印记位点如KCNQ1和PEG10的发散性DNA甲基化改变驱动子痫前期和胎盘植入谱系疾病的不同、相反的发病机制。最后，表观遗传可塑性使得在滋养层分化为专门化谱系如EVTs和STBs期间染色质可及性、组蛋白修饰和增强子活性的动态调控成为可能，氧敏感性增强子驱动参与侵袭和血管重塑的基因。扩展这一框架，最近的工作概述了祖细胞CTBs、STBs和EVTs的独特身份如何受到转录因子和远端CREs之间时空相互作用的严格调控；这些细胞类型特异性增强子或沉默子内的任何破坏都可能从根本上破坏谱系特化并表现为严重妊娠并发症。虽然这种可塑性支持对环境线索的适应，但它也可能赋予脆弱性，因为缺氧和母体炎症可破坏增强子活性并 contribute to与PTB相关的适应不良转录程序。

2.3 环境、免疫和遗传因素对胎盘表观遗传重塑的影响

胎盘作为母体环境与发育中胎儿之间的动态界面，表观遗传机制整合环境、免疫学和遗传信号以调控胎盘转录程序。多项研究表明，环境暴露包括香烟烟雾、环境空气污染、内分泌干扰化学物、营养失衡和心理社会压力与胎盘组织中DNA甲基化、染色质可及性和组蛋白修饰模式的改变相关。例如，母体吸烟一致地与AHRR和CYP1A1等位点的差异DNA甲基化相关，反映外源性代谢通路的激活，而环境空气污染暴露与调控氧化应激和线粒体功能的基因甲基化改变相关。内分泌干扰化学物包括双酚A已被证明改变印记生长相关位点如IGF2的甲基化，对胎儿生长和胎盘内分泌信号具有潜在后果。母体心理社会压力与NR3C1的差异甲基化相关，将压力暴露与胎盘糖皮质激素信号的表观遗传调控联系起来。这些变化经常映射到参与炎症信号、氧化应激反应、血管生成和代谢调控的基因，这些对胎盘稳态和胎儿发育至关重要。母体免疫状态是胎盘表观遗传重塑的另一主要决定因素。炎症状况、母体感染和失调的先天免疫信号与胎盘细胞中广泛的转录和表观遗传改变相关，与细胞因子通路激活、屏障破坏和应激反应程序一致。遗传变异通过影响调控元件活性和染色质组织进一步塑造胎盘表观遗传景观。单核苷酸多态性、拷贝数变异和结构变异可通过甲基化数量性状位点（meQTLs）影响DNA甲基化和染色质可及性，从而调控与胎盘发育、免疫信号和应激适应相关的基因表达程序。尽管对基因-环境表观基因组相互作用的兴趣大幅增长，但将特定遗传变异或环境暴露与稳定表观遗传重塑和不良妊娠结局联系起来的直接机制联系仍然有限。这一差距反映了在足够效力的多样化妊娠队列中整合基因组和表观基因组分析的稀缺性。总之，这些发现确立DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控和染色质可及性是胎盘发育和功能的重要组成部分。然而，每个调控层的改变与PTB一致相关的程度因机制而异，在一般胎盘生物学中作用的证据不一定确立PTB特异性关联。解读进一步因胎盘表观基因组在妊娠期的动态性质以及所检查的组织、细胞群体和临床结局的差异而复杂化。因此，这些机制为研究PTB提供了生物学基础，但个体表观遗传发现的显著性必须在特定研究人群和结局的背景下评估。

3. 胎盘细胞异质性和细胞类型特异性表观遗传程序

胎盘是由多种专门化细胞类型组成的高度异质性器官。这些群体中的每一个都受不同的表观遗传程序调控，这些程序在整个妊娠期调控谱系身份、功能特化和适应性反应。单细胞转录组和表观基因组技术的进展揭示胎盘细胞类型表现出独特的染色质架构、谱系定义性DNA甲基化模式和动态组蛋白修饰景观，共同协调胎盘发育、免疫稳态和母胎通讯。重要的是，表观遗传失调并非在胎盘细胞类型中均匀发生。相反，选择性脆弱性出现在特定细胞区室中，放大炎症信号、损害血管重塑或过早激活分娩通路（表1）。这些细胞类型特异性破坏越来越多地被认识到是PTB的关键贡献因素，但在机制和时间水平上仍表征不足（表1）。图2提供了本节讨论的主要胎盘细胞类型的近似定位和主要生物学特征的示意图概述。

3.1 滋养层谱系：分化和侵袭的表观遗传控制及免疫调节

滋养层形成与母体组织的主要胎儿界面，包括CTBs、STBs和EVTs。这些谱系通过受DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质可及性协调变化调控的严格分化程序产生。CTBs维持祖细胞样表观遗传状态，特征为增殖相关基因处的开放染色质和分化通路的抑制，使得整个妊娠期能够持续更新。CTBs分化为STBs需要表观遗传重塑，包括参与合体化、激素产生和营养转运的基因的位点特异性去甲基化。这些转变伴随着富集H3K27ac和H3K4me1的增强子区域的激活，促进内分泌和屏障功能所需的强大转录输出。为提供这一转变的精确时间序列，全基因组图谱揭示，侧翼于滋养层干细胞活性调控因子如TEAD4和TP63的祖细胞增强子的退役和失活明确先于调控成熟STB特异性标记如TBX3和GCM1的休眠增强子的激活，建立谱系特化的关键阶段性基线。相反，分化为EVTs涉及建立独特的表观遗传特征，包括许可性染色质状态和与侵袭相关转录因子网络相关区域的低甲基化，涉及细胞迁移、细胞外基质降解和血管重塑。滋养层表观遗传程序的改变可能与胎盘发育和功能相关。侵袭相关位点的甲基化模式与参与EVT介导的母体螺旋动脉重塑的通路相关。血管重塑改变、胎盘缺氧、氧化应激和炎症也与胎盘功能障碍和妊娠并发症相关；然而，这些关联本身并不确立从甲基化改变到PTB的直接因果通路。同样，滋养层信号的改变，包括细胞因子、趋化因子和收缩相关蛋白表达的改变，可能与参与分娩的通路相关。然而，这些变化反映STBs中的表观遗传重塑并直接贡献于PTB的程度仍不清楚。

3.2 胎盘巨噬细胞和母胎界面免疫激活的表观遗传调控

胎盘巨噬细胞代表母胎界面的关键免疫调节轴，整合胎儿来源的HBCs和母体来源的蜕膜巨噬细胞以协调妊娠期间的免疫耐受、组织重塑和炎症信号。其中，HBCs尤其核心，因为其位于绒毛基质内及其在血管生成、细胞外基质重塑和免疫监视中的作用。这些细胞表现出显著的功能可塑性，采用类似于促炎和组织修复巨噬细胞的激活状态，这些过程在其他系统中已知受表观遗传机制严格调控。在早产胎盘中，HBCs显示与增强炎症激活一致的转录特征，包括细胞因子和先天免疫通路表达增加。这些变化与胎儿炎症反应、绒毛膜羊膜炎和分娩相关信号相关。新兴的单细胞转录组和染色质可及性研究进一步支持胎儿巨噬细胞在PTB中的作用，识别与表观遗传启动的炎症反应一致的免疫激活状态和调控元件使用。然而，将稳定表观遗传重塑如DNA甲基化或增强子重编程与持续HBC激活联系起来的直接证据仍然有限，大多数见解从缺乏细胞类型分辨率的转录或 bulk组织分析推断。蜕膜巨噬细胞通过细胞因子和细胞外基质信号维持免疫耐受和调控滋养层侵袭来补充这些功能。尽管巨噬细胞极化的表观遗传调控在外周系统中已充分确立，但其在蜕膜巨噬细胞中的作用仍定义不清，仅有有限证据表明DNA甲基化和染色质可及性影响炎症与耐受状态。增加另一层临床变异性，比较转录组学揭示母体孕次直接塑造巨噬细胞编程；多孕妇显示母体绒毛间单核细胞中促炎级联的上调以及HBCs内细胞-细胞信号和分化通路的富集。总之，这些发现强调胎盘巨噬细胞特别是HBCs作为PTB中表观遗传免疫失调的关键但表征不足的介质，未来研究需要表征和验证这些细胞群体在PTB中独特的特定表观遗传改变。

3.3 胎盘血管、基质和免疫细胞类型的整合表观遗传调控

胎盘功能由内皮、基质和免疫细胞区室间协调的表观遗传调控维持，这些区室共同控制母胎界面的血管发育、结构完整性和免疫耐受。在内皮细胞中，DNA甲基化和增强子介导的染色质可及性等表观遗传机制调控关键血管生成通路，包括血管内皮生长因子（VEGF）信号、一氧化氮生物利用度和整合素介导的粘附。在PTB中，胎盘血管功能障碍、缺氧和氧化应激经常被观察到，新兴证据表明内皮细胞在炎症或缺氧环境中采用应激相关转录和染色质状态。单细胞转录组和染色质可及性研究进一步揭示内皮异质性，识别早产胎盘中富集炎症、缺氧或抗血管生成特征的亚群。然而，这些数据集大多为横断面且来源于分娩时，限制了对内皮表观遗传改变是起始事件还是胎盘应激继发反应的洞察。间充质基质细胞通过细胞外基质（ECM）组织和旁分泌通讯的表观遗传调控 contribute to胎盘的结构和信号框架。编码胶原、整合素和金属蛋白酶基因位点的染色质可及性 governs滋养层锚定、绒毛分支和微血管稳定性，而这些区域失调的DNA甲基化或组蛋白乙酰化可能损害ECM重塑并损害胎盘完整性。除结构作用外，这些细胞分泌影响滋养层侵袭、免疫激活和子宫肌层收缩性的旁分泌因子。单细胞分析已识别具有对缺氧、炎症和激素线索响应的调控景观的间充质亚群，这些在早产胎盘组织中被扰动。然而，将间充质基质细胞中特定表观遗传构型与改变信号或分娩发动联系起来的直接证据仍然有限。蜕膜NK细胞代表母胎界面的主要免疫群体，对螺旋动脉重塑、滋养层相互作用和免疫耐受维持至关重要。它们的专门化表型被认为部分由受体表达和转录响应性的表观遗传调控塑造。在PTB中，炎症蜕膜组织中已报道NK细胞丰度、激活状态和转录谱的改变，并提出控制细胞因子、血管生成介质和NK细胞受体的调控区域失调。然而，蜕膜NK细胞中表观遗传修饰景观的直接绘制仍然稀少。因此，这些细胞中的表观遗传重塑是否因果性贡献于PTB还是反映继发性免疫激活仍未解决，突显了胎盘免疫表观遗传学的关键差距。

3.4 胎龄作为胎盘表观遗传研究中的考虑因素

胎龄是解读与PTB相关的胎盘表观遗传改变时的重要考虑因素，因为胎盘表观基因组在整个妊娠期经历动态变化。全基因组分析已识别整个妊娠期胎盘DNA甲基化中与胎龄相关的差异。Novakovic等人识别了整个妊娠期启动子DNA甲基化的广泛差异，差异甲基化基因富集于免疫调控相关功能，与妊娠期间胎盘表观遗传调控的动态变化一致。最近，Yuan等人表征了分离的滋养层细胞、HBCs、内皮细胞和基质细胞中的DNA甲基化，并识别了在各群体间差异显著的胎龄相关甲基化改变。这些发现表明胎盘表观遗传谱反映发育过程，在评估与PTB相关的分子差异时重要考虑。重要的是，胎龄相关甲基化差异不一定在胎盘中均匀或独立于细胞组成。在对四个涵盖23至42周妊娠分娩胎盘的队列的荟萃分析中，Bulka等人识别了胎龄与胎盘DNA甲基化之间的关联，这些关联因胎儿性别而异。对细胞组成的调整大幅减少了女性胎盘中显著关联的数量，而许多关联在男性胎盘中仍然存在，表明观察到的胎龄与DNA甲基化之间的关联可能因胎儿性别和细胞组成而异。因此，在 bulk胎盘组织中检测到的表观遗传差异可能反映单个细胞群体内甲基化的变化、这些群体相对丰度的差异或两者兼有。这一区分对PTB研究特别相关，因为分娩时胎龄和胎盘特征在早产和足月组之间可能不同。这些考虑使比较早产和足月分娩胎盘的研究解读复杂化。因为分娩时胎龄按定义在这些组之间不同，观察到的表观遗传差异可能反映正常发育变化、PTB相关过程或两者兼有。基于胎盘DNA甲基化的表观遗传时钟提供这一关系的额外证据，因为全基因组甲基化模式可以高精度估计胎龄。这些发现并不确立早产和足月胎盘之间的所有差异反映发育年龄；然而，它们强调胎龄是解读与PTB相关的表观遗传特征时的重要考虑因素。若干方法学考虑可以加强胎盘表观遗传研究的解读。在可行的情况下，研究者应在研究设计和统计分析中考虑胎龄，考虑胎儿性别和相关母体或妊娠特征，并在分析 bulk组织时评估胎盘细胞组成。细胞类型特异性分析或验证的基于DNA甲基化的去卷积方法可能有助于区分与细胞组成相关的差异和特定群体内观察到的甲基化差异。去卷积的可靠性取决于参考数据的适用性和所代表的细胞群体。然而，当胎龄与分娩结局强相关或研究设计在比较组之间提供有限的胎龄重叠时，仅统计调整可能无法完全解决问题。单细胞和其他细胞类型分辨方法可以进一步帮助区分细胞丰度的变化与特定群体内基因表达或表观遗传调控的变化。然而，这些方法也需要仔细解读，因为发现可能受采样、胎龄和分娩临床背景的影响。因此，发现应在采样人群、分娩时胎龄、胎盘细胞组成和分娩周围临床情况的背景下解读。

4. 分娩的表观遗传调控及其在早产中的失调

人类分娩是一个协调的多阶段过程，涉及母体、胎儿和胎盘区室间的内分泌、免疫和机械信号传导。表观遗传机制 contribute to调控参与从子宫静止到收缩激活转变的基因表达程序。在PTB中，确定这些程序的改变反映分娩相关通路的过早激活、胎龄相关变化还是其他妊娠并发症，在解读胎盘表观遗传发现时仍是重要考虑因素。在人类中，这一过程由功能性孕激素撤退和分娩相关基因包括编码前列腺素合成酶、催产素受体和收缩相关蛋白的基因的进行性染色质重塑介导。例如，催产素受体基因（OXTR）在妊娠晚期经历表观遗传重塑，DNA甲基化改变和染色质可及性增加，增强子宫对催产素的响应性并促进收缩激活。胎盘促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）作为中心内分泌调节因子，其表达受DNA甲基化和组蛋白修饰严格控制；CRH位点的低甲基化和组蛋白乙酰化增加与表达升高和分娩发动提前相关。PTB可以被概念化为这些相同表观遗传程序的过早激活。PTB与涉及炎症、内分泌、血管和细胞外基质（ECM）通路的表观遗传重塑相关。这些变化可能反映参与分娩过程的过早或过度激活，尽管其时间和对PTB的贡献仍不完全清楚。表观基因组研究特别是单细胞和空间分析表明，这些改变是高度结构化和细胞类型特异性的，汇聚于保守的生物学过程包括炎症、氧化应激、滋养层分化受损和血管功能障碍。DNA甲基化改变最为表征充分，在调控免疫信号、血管生成、内分泌功能和ECM组织的基因处观察到整体低甲基化和位点特异性高甲基化。更动态的调控层包括组蛋白修饰和染色质可及性 contribute to PTB相关表观遗传重塑。在早产胎盘中已观察到细胞因子、前列腺素合成和收缩相关基因位点处染色质可及性增加，通常伴随激活组蛋白标记如H3K27ac的富集。NF-κB相关增强子活性和抑制性组蛋白标记的改变已在胎盘研究中与炎症信号和分娩相关通路相关联。这些变化与胎膜中ECM重塑的表观遗传调控相互作用，基质金属蛋白酶（MMP）和组织金属蛋白酶抑制剂（TIMP）位点的甲基化改变和增强子激活与细胞外基质重塑相关，这一过程与胎膜弱化和破裂相关。非编码RNA包括微小RNA和长非编码RNA通过调控炎症反应、滋养层分化和染色质组织贡献额外调控控制（图3）。PTB的一个统一特征是在母胎界面多种细胞类型包括滋养层细胞、免疫细胞、内皮细胞和间充质基质细胞中这些表观遗传改变的整合。免疫细胞中的表观遗传改变可能与促炎位点可及性增加和对刺激的响应性增强相关。这些变化可能加强炎症信号并影响前列腺素产生、ECM降解和子宫肌层激活，尽管这些关系确立到PTB的因果通路的程度仍不确定（图3）。环境暴露如空气污染可能进一步塑造这些表观遗传状态并 contribute to胎盘功能障碍（图3）。重要的是，其中一些表观遗传改变可能是稳定的并可通过游离胎盘DNA或RNA在母体循环中检测到，提供PTB风险早期非侵入性生物标志物的潜力。总之，文献支持胎盘表观遗传调控、炎症信号和参与分娩的通路之间的关联，但直接作用于PTB的证据强度因机制和研究而异。来自子痫前期、胎儿生长受限或其他胎盘并发症的发现可能提供相关生物学背景，但不应被视为PTB特异性机制的直接证据。因为许多研究分析分娩时收集的胎盘组织，通常难以确定观察到的表观遗传差异是先于PTB还是反映胎龄、分娩、炎症或其他临床因素。需要前瞻性研究和独立重复来阐明哪些改变与特定PTB亚型可重复相关。

5. 多组学方法变革早产研究

单细胞多组学技术代表胎盘生物学的重大转折点，使得能够在细胞分辨率下同时分析基因表达、染色质可及性、DNA甲基化和蛋白质标志物（图4）。在PTB中，这些方法揭示表观遗传失调集中在特定滋养层亚型、免疫细胞群体和基质区室内。转录组和表观基因组数据的整合已揭示区分适应性与适应不良轨迹的调控程序。例如，HBCs中的炎症激活或STBs中的应激反应现在可以追溯到特定增强子景观和转录因子网络，将PTB重新定义为细胞协调失调的状况。然而，大多数研究仍为横断面且限于妊娠晚期，限制因果推断和时间分辨率。补充单细胞方法，长读长测序无需亚硫酸氢盐转化即可解析转录本异构体、结构变异和DNA甲基化，保留长程调控背景。这些能力已在多样基因组应用中展示，但其用于PTB的效用仍处于研究早期阶段。为展示其在PTB研究中的应用，Linga等人使用来自15例早产和7例足月分娩的匹配母体外周血和新生儿脐血样本进行了双组织长读长DNA甲基化研究。该研究识别了组织特异性和重叠的差异甲基化位点。在母体血液中，报道的高甲基化基因包括WNT7B和MED28，而ISG20和COL4A2是新生儿脐血中报道的高甲基化基因之一。作者还识别了包括DPPA3和ABCA1在内的位点的重叠甲基化发现。这些发现提供初步证据表明长读长测序可以表征PTB中母体和脐血区室的DNA甲基化模式。然而，小样本量、缺乏胎盘组织分析以及需要独立重复限制了关于所报道特征的可重复性、生物学意义和预测价值的结论。该研究也未确立长读长测序在PTB相关甲基化分析中优于短读长方法。尽管具有潜力，更广泛应用仍受测序成本、分析复杂性和需要在更大独立队列中标准化方法和验证的制约。全基因组关联研究识别的PTB相关变异主要位于非编码区域。变异到功能的方法整合遗传、表观遗传和转录数据以定义meQTLs、等位基因特异性增强子和转录因子结合事件，将遗传风险与功能调控程序联系起来。然而，有限的胎盘参考数据集特别是跨多样化人群的参考数据集制约了解读。扩展多组学参考面板对于识别因果变异和实现公平转化至关重要。总之，单细胞和多组学方法提供有价值的框架来检查胎盘细胞身份、基因表达和表观遗传调控在受PTB影响的妊娠中如何变化。这些技术可以帮助解析在 bulk组织分析中可能被掩盖的分子模式，尽管所报道发现的可重复性和PTB特异性仍需在更大的独立队列中确立。长读长测序在PTB中的直接应用尤其初步。所讨论的现有研究证明表征母体和脐血区室甲基化模式的可行性，但其小样本量和缺乏胎盘组织分析限制了关于胎盘机制或发现普遍性的结论。长读长方法是否比现有方法为PTB研究提供有意义优势也仍不清楚。进一步研究应确立可重复性并确定这些技术是否产生超出现有方法的额外生物学或预测信息。

6. 游离胎盘DNA（cfpDNA）和循环胎盘核酸作为早产液体活检生物标志物

胎盘核酸在母体血液中循环的发现为妊娠期间研究胎盘生物学提供了非侵入性方法。循环cfpDNA，传统上称为游离胎儿DNA（cffDNA）的胎盘来源部分，主要起源于滋养层更新并保留反映胎盘功能的分子特征（表2）。虽然cfpDNA已广泛实施于产前非整倍体筛查，但其作为胎盘功能障碍和PTB生物标志物的更广泛效用正在研究中。研究已报道循环胎盘核酸测量与妊娠结局之间的关联，一些已评估其在分娩前识别PTB风险增加妊娠的潜力（表2）。然而，这一证据的强度因标志物、研究设计和结局而异。

6.1 cfpDNA释放的生物学起源和机制

cfpDNA通过滋养层凋亡和坏死释放到母体循环中。在生理条件下，这一过程产生低水平的短核小体保护DNA片段，富集胎盘特异性表观遗传特征。与胎盘损伤或滋养层更新改变相关的过程可能影响母体循环中cfpDNA的数量和组成，尽管个体应激源的贡献可能因妊娠状况而异且尚未统一确立。在并发子痫前期、胎儿生长受限和PTB的妊娠中已报道cfpDNA浓度升高，支持其作为胎盘功能障碍指标的作用。cfpDNA的一个主要优势是保留DNA甲基化模式，可提供关于组织起源和表观遗传状态的信息。胎盘甲基化组的特征是整体低甲基化、胎盘特异性差异甲基化区域和印记位点，使得能够与母体cfDNA区分。基于甲基化的组织起源方法已利用这些特征来量化循环cfDNA的胎盘贡献并推断胎盘健康。因此，胎盘相关甲基化特征作为候选生物标志物受到关注。然而，其与不良妊娠结局的关联应与已证明的PTB预测性能区分。早期预测的声明需要在分娩前收集样本并评估标志物预测性能的研究。6.2 生物标志物潜力和分子信号的整合

cfpDNA的临床价值在于其可及性和早期风险分层的潜力。研究已调查循环总cfDNA测量与PTB的关系，但关联证据不一定证明标志物能准确预测随后的早产。对于分娩前收集样本的研究，预测价值应使用所报道的性能指标评估并结合研究设计、结局定义和采样时间解读。例如，van Vilet等人纵向分析了10例无并发症足月分娩妊娠整个妊娠期的母体cfDNA甲基化，每个采样时间点有9-10名参与者的可用cfDNA甲基化谱。该研究识别了与胎龄相关的胎盘甲基化标志物，但未评估PTB预测或报告预测性能指标，说明识别胎盘甲基化特征与确立其PTB预测效用之间的区别。除丰度外，片段组学特征、甲基化变异性和基因组起源正在被研究作为关于组织起源和胎盘生物学的额外信息来源。然而，生物标志物性能因测定平台、妊娠时机、队列组成和PTB定义的差异而在不同研究间变化。这些挑战表明循环胎盘核酸在整合分子框架内解读而非作为单一分析物生物标志物时可能最具信息量（表2）。因为循环核酸改变可能发生在不止一种妊娠并发症中，其对PTB的特异性需要仔细评估。整合表观基因组、转录组和临床数据的多模式方法是研究的潜在策略，但其对PTB预测的附加价值需要证明。6.3 cfDNA和cfRNA的互补作用

虽然cfDNA提供关于组织起源、DNA甲基化和染色质组织的信息，循环cfRNA可以捕获可能反映生物学活动的RNA丰度。循环cfRNA反映生物学过程的混合物，包括内分泌信号和免疫调控。虽然这些分析物提供不同类型的分子信息，但其对急性或累积胎盘变化的相对敏感性尚未充分确立以在妊娠和PTB研究中推广。总之，cfDNA和cfRNA提供对胎盘生物学的互补见解。虽然整合这些分析物可以实现表观遗传和转录水平特征的联合评估，但其组合是否改善PTB预测超出任一单独分析物仍未确立（表2）。cfDNA的主要优势是其识别胎盘组织贡献和可能伴随胎盘功能障碍的分子变化的潜力。胎盘相关DNA甲基化模式可以帮助区分胎盘cfDNA与主要母体来源，而片段组学特征可能提供关于DNA释放和组织生物学的额外信息。相反，循环RNA可以反映转录本丰度的变化，包括参与胎盘发育、免疫调控、血管功能和细胞应激反应的基因表达改变。虽然cfRNA可能提供关于生物学活动的互补信息，但其丰度受RNA稳定性、释放和清除的影响，并不直接或全面测量特定组织内的转录。cfRNA在PTB中的证据是有前景的但仍为探索性的。研究已识别以自发性PTB结束的妊娠与达到足月的妊娠之间母体血浆cfRNA谱的差异。例如，Weiner等人（2021）进行了一项32周或之前自发性PTB的前瞻性病例对照研究。发现组包括10例妊娠（5例PTB病例和5例足月对照），四个候选血浆RNA标志物随后在另外40例妊娠（20例PTB病例和20例足月对照）中评估。所有四个标志物在PTB组中显示更高表达。在随后的早孕期研究中，Weiner等人（2023）评估了60名选定的未产妇女，包括40名随后在32周或之前自发性分娩的妇女和20名足月对照。单独APOA1表达产生AUC为0.73（95% CI，0.60-0.87），而结合APOA1与母体和妊娠特征的最佳模型产生AUC为0.79（95% CI，0.66-0.91）。这些发现支持cfRNA在研究与PTB相关的分子通路和开发早期风险预测方法方面的潜在价值。然而，两项研究均使用小型、选择的病例对照人群，限制了向更广泛产科人群的推广。2023年模型还包括临床特征，因此其报告的AUC不反映单独的基于RNA的预测。两项研究均未确立cfRNA作为临床验证的PTB筛查方法或确认所识别RNA特征的胎盘起源或因果作用。RNA测序还可以表征转录水平特征，尽管其用于PTB预测的效用尚未确立。cfRNA在其他妊娠并发症中的研究为妊娠风险评估提供更广泛背景，但不确立转录水平特征用于PTB预测的效用。总之，cfDNA和cfRNA可能提供互补信息用于研究PTB异质性。将这些测量与胎龄、临床特征和相关母体暴露整合可能支持预测模型的开发；然而，结合cfDNA和cfRNA对PTB的附加预测价值仍未确立。6.4 从分子特征到预测和个性化模型

研究已调查cfpDNA甲基化谱、片段组学特征、胎儿分数和临床变量作为评估胎盘功能障碍或PTB风险的潜在输入。然而，所评估的特征、研究人群和所报道的预测性能在不同研究间各异，这些方法的临床效用仍需通过独立和前瞻性验证确立。尽管有前景，大多数模型仍为探索性的并需要在多样化人群中进行前瞻性验证。许多现有研究受小样本量、同质队列和对PTB异质性代表性不足的限制。将表观遗传谱与遗传易感性、环境暴露、免疫状态和心理社会压力整合可能实现生物学知情风险分层并支持妊娠护理的精准医学方法。然而，公平的临床实施将需要多样化参考数据集和严格验证，以确保分子预测工具减少而非加剧PTB结局中的现有差异。

7. 知识差距和未来方向

尽管胎盘表观基因组学和多组学技术快速进展，在定义表观遗传调控如何 govern分娩时机及其破坏如何可能导致PTB方面仍存在关键差距。当前文献大部分为关联性和横断面的，限制区分因果因素与下游后果的能力。纵向证据表明出生时早产和足月婴儿之间观察到的许多甲基化差异可能反映发育成熟度并随年龄 largely消退。即便如此，一部分位点可能保留甲基化差异进入成年期，提出与长期健康结局相关的持久"表观遗传遗产"的可能性。解读这些发现仍具有挑战性；然而，过去研究受限于 bulk组织组成、低分辨率甲基化阵列和对甲基化改变与后来疾病易感性之间因果关系的有限机制洞察。为克服这些障碍，未来研究应采用时间分辨、机制基础和整合的研究框架。纵向、胎龄分辨的表观遗传分析仍是研究的中心焦点。大多数研究依赖分娩时收集的胎盘样本，掩盖分娩前的早期分子事件。循环生物标志物如cfDNA和cfRNA提供在体内捕获这些动态的有前景途径，但其与妊娠阶段特异性胎盘参考图的整合仍不完整。同样重要的是表观遗传发现的功能验证。虽然高通量研究已识别候选调控位点和通路，但很少有实验测试。新兴模型包括滋养层干细胞、胎盘类器官和离体植块提供验证候选调控机制的平台。最后，确立因果关系将需要整合遗传和表观遗传方法。甲基化数量性状位点分析、等位基因特异性染色质分析和孟德尔随机化等方法可以将遗传变异与调控功能联系起来，但在胎盘研究中仍未充分利用。扩展多样化队列和多组学参考数据集对于确保机制洞察和公平临床转化至关重要。未来研究应尽可能区分自发性PTB、PPROM相关PTB和医学指征性PTB，因为组合这些结局可能掩盖亚型特异性分子关联并限制候选生物标志物的普遍性。

8. 结论

PTB仍是新生儿发病和死亡的主要原因，但其 underlying机制难以定义。新兴证据将胎盘定位为一个动态的、表观遗传调控的器官，其细胞异质性和可塑性对分娩时机至关重要。跨调控层包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA和染色质可及性，表观遗传程序帮助调控正常胎盘功能。这些调控过程的改变与PTB相关，尽管其贡献于PTB发病或进展的程度仍需确立。一个关键见解是PTB中的表观遗传失调是细胞类型特异性的而非均匀的。滋养层细胞、胎盘巨噬细胞、内皮细胞和基质群体表现出汇聚于共享通路包括炎症、细胞外基质重塑和血管功能障碍的独特脆弱性。理解PTB的有用框架是适应不良的表观遗传重塑可能是多样风险因素包括感染、压力、环境暴露和遗传变异与胎盘功能改变和参与分娩通路相关联的一种机制。然而，这些因素、表观遗传改变和PTB之间的关系可能因临床亚型而异，所提出的机制联系需要进一步研究。单细胞和长读长多组学的进展现在能够以前所未有的精度解析这些调控网络，而循环生物标志物如cfpDNA和cfRNA提供进入胎盘健康的非侵入性窗口。然而，重大挑战仍然存在，包括定义时间动态、确立因果关系和在多样化人群中验证预测模型。总之，这些进展支持向以胎盘为中心、表观遗传学 informed的PTB框架转变，一个整合分子洞察与临床转化以改善预测、预防和干预的框架。