基于SLC6A8的胎盘分子特征谱，通过机器学习和单细胞分析预测胎儿生长受限

《Reproductive Biology》：SLC6A8-centered placental molecular signature predicts fetal growth restriction via machine learning and single-cell analysis

　　

青华|小燕友|徐静燕|彦萍新|董梅张|小娜田|李莉

中国郑州大学附属郑州中心医院妇产科

摘要

胎儿生长受限（FGR）是妊娠期间常见且严重的并发症，是导致宫内胎儿窘迫和围产期死亡的主要原因。其发病机制涉及胎盘功能不全、营养转运障碍和代谢紊乱，但关键的分子调控因子尚未完全明了。通过机器学习，我们识别出5个胎盘相关基因（CLDN9、GCNT4、PIM3、SLC6A8和TPBG），这些基因能够有效预测FGR，并在多个数据集中验证了其预测性能。其中，SLC6A8在FGR胎盘中的表达显著上调，这一发现也得到了实验验证。进一步研究发现，蜕膜基质细胞（DSCs）中存在一个表达SLC6A8的亚群，该亚群参与了与FGR相关的异常蜕膜化过程。本研究建立了一个预测模型，并确定SLC6A8可能是FGR的潜在胎盘调控因子。我们的发现为FGR的细胞和分子机制提供了新的见解。

引言

胎儿生长受限（FGR）是妊娠期间最常见且严重的并发症之一，其主要病理机制与胎盘功能不全、母胎界面免疫调节异常以及滋养层侵袭不足密切相关[1]。蜕膜基质细胞（DSCs）由子宫内膜基质成纤维细胞在孕酮和局部信号的影响下分化而来，是蜕膜化的核心细胞类型[2]。除了提供结构支持外，DSCs还通过分泌细胞因子、趋化因子和细胞外基质成分来调节滋养层侵袭、螺旋动脉重塑和母体免疫耐受[3]。越来越多的证据表明，DSCs具有显著的转录异质性和功能特异性，其异常特性会直接影响胎盘发育并最终促进FGR的发展[4],[5]。在FGR中，DSCs的功能障碍普遍存在，包括蜕膜化不足（表现为PRL和IGFBP1表达降低[6]；血管生成基因表达受抑制（如MMP2和VEGF-A），导致胎盘血管阻力增加[7]；以及免疫调节能力缺陷，进而引起免疫细胞激活异常和滋养层侵袭受损[8]。这些DSC功能障碍会破坏子宫胎盘灌注和螺旋动脉重塑，从而加重FGR。因此，阐明DSC亚群的异质性及其与滋养层的相互作用对于理解FGR的发病机制具有重要意义。

与正常胎儿相比，受FGR影响的胎儿面临更高的围产期和长期并发症风险[9]，包括胎儿窒息和神经发育障碍。FGR还常与先兆子痫相关，进一步增加了围产期死亡率[10]。因此，早期识别和干预至关重要。然而，目前的预测方法仍然有限，即使在发达国家，也有超过50%的FGR病例在出生前未被发现[11]。因此，一些研究尝试基于母亲的临床特征（如血压、BMI）和超声指标构建预测模型[12],[13]。在我们之前的工作中，我们也基于病史和常规血液检测结果开发了一种FGR预测方法，该方法可作为临床可解释的决策支持工具[14]。除了基于临床变量的模型外，多项组学和组织学研究还探讨了与FGR相关的分子变化，包括基于网络的基因功能预测[15]、胎盘印记基因和表观遗传调控因子的异常表达[16]、先兆子痫和FGR之间的跨疾病分子特征[17]，以及胎盘来源生物标志物的蛋白质组学筛查[18]。总体而言，这些研究主要集中在胎盘组织的差异分子分析和生物标志物挖掘上。然而，这些研究仍缺乏分子和细胞层面的机制性见解，限制了对FGR病理生理学的深入理解。

因此，我们的研究旨在应用机器学习方法来识别预测FGR的新分子标志物。此外，我们期望从DSC亚群及其与滋养层相互作用的角度，以单细胞分辨率探讨这些标志物的表达和潜在的分子机制。

章节摘录

数据收集与预处理

样本被分为FGR胎盘（FGRP）和正常胎盘（NP）两组。数据来自GEO数据库的六个批量表达数据集（GSE114691（FGRP和NP分别为18和21个样本）、GSE24129（分别为8和8个样本）、GSE203507（分别为10和10个样本）、GSE12216（分别为71和26个样本）、GSE100415（分别为8和8个样本）以及GSE262116（分别为14和9个样本）。所有数据集主要根据胎儿估计体重或腹围低于相应孕周的第10百分位数来定义FGR。各组之间存在一定的异质性。

利用机器学习方法识别FGR标志基因

与正常样本相比，FGR胎盘样本中发现了73个下调基因和84个上调基因（图1A-B，表S2）。这些基因在胎儿生长相关过程中显著富集，如细胞外基质-受体相互作用、细胞因子-细胞因子受体相互作用、细胞对生长因子的反应调节以及局部黏附（图S1，表S3）。

此外，我们使用WGCNA方法确定了与FGR相关的九个基因模块。

讨论

在本研究中，我们发现FGR胎盘中的SLC6A8表达显著高于正常对照组，并通过实验验证了这一差异。通过单细胞分析，我们观察到FGR胎盘中的DSCs亚群显著扩增，且这些细胞表达SLC6A8的水平较高。鉴于DSCs在子宫内膜蜕膜化和胎盘植入中的关键作用，这些发现表明DSCs中SLC6A8的异常高表达可能

作者贡献

李莉、小娜田和董梅张参与了研究的构思和设计。青华和小燕友负责数据分析、相关实验的实施以及手稿的撰写。徐静燕和彦萍新协助样本收集、处理和数据解读。所有作者都参与了手稿的修订，并最终批准了手稿内容。

出版同意

不适用。

伦理审批和参与同意

所有研究均遵循相关指南和规定进行。本研究已获得郑州大学附属郑州中心医院伦理委员会的审查和批准（伦理编号：202379）。所有受试者均签署了知情同意书。

资金支持

本研究部分得到了河南省医学科学技术研究项目（LHGJ20240966）和河南省高等学校重点科研项目（24A320037）的支持。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

特别感谢广州英和生物科技有限公司对本研究的支持。