《Stem Cell Reports》：Insulin receptor substrate 2 regulates placental syncytiotrophoblast differentiation at the maternal-fetal interface
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胎盘迷路是母胎交换的主要部位，其结构破坏可导致胎盘功能不全和胎儿生长受限（fetal growth restriction, FGR）。在此，研究人员将胰岛素受体底物2（insulin receptor substrate 2, IRS2）鉴定为小鼠胎盘迷路发
胎盘迷路是母胎交换的主要部位，其结构破坏可导致胎盘功能不全和胎儿生长受限（fetal growth restriction, FGR）。在此，研究人员将胰岛素受体底物2（insulin receptor substrate 2, IRS2）鉴定为小鼠胎盘迷路发育的关键调控因子。Irs2在迷路的合体滋养层（syncytiotrophoblast, SynT）层中表达，在胎盘形态发生过程中整合生长因子信号。IRS2缺失破坏迷路组织结构，导致SynT-II分化缺陷、滋养层融合受损以及胎儿血管化减少。利用CRISPR-Cas9工程化的Irs2?/?滋养层干细胞，研究人员证明IRS2缺乏会损害SynT-II调控因子Pparγ和Gcm1的上调，从而破坏SynT-II分化和血窦滋养层巨细胞的特化。在机制上，IRS2通过磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K）/AKT和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）通路传递胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor, IGF）信号，以协调滋养层增殖、分化和血管形态发生。人滋养层干细胞分化和类器官分析显示IRS2在人类合体滋养层（syncytiotrophoblast, STB）中富集，表明其在人类母胎界面存在保守表达。
胎盘是支持胚胎和胎儿发育的临时器官，通过介导母胎循环间的营养、气体和废物交换维持妊娠。在小鼠胎盘中，迷路区是母胎交换的主要场所，其内两层合体滋养层（SynT-I和SynT-II）与血窦滋养层巨细胞（S-TGC）共同构成精密的三层交换屏障。这一结构的破坏会直接损害物质运输能力，导致胎盘功能不全，进而引发胎儿生长受限（FGR）。胰岛素/胰岛素样生长因子（IGF）信号通路是协调迷路发育的关键通路，胰岛素受体底物（IRS）蛋白IRS1/IRS2在受体激活后被招募并磷酸化，启动下游PI3K/AKT和MAPK信号。既往研究显示全身敲除Irs2的小鼠出生体重约降低10%，人类FGR胎盘中IRS2蛋白水平亦下降，但IRS2在胎盘发育中的具体功能长期未被阐明。研究人员在《Stem Cell Reports》发表的研究揭示了IRS2作为胎盘迷路形态发生和滋养层分化核心调控因子的新功能，证明IRS2缺失导致SynT-II分化缺陷、滋养层融合受损及胎儿血管化减少，并通过PI3K/AKT和MAPK通路传递IGF信号，且该表达模式在人类合体滋养层中保守。
研究人员主要运用以下关键技术方法：免疫组织化学和免疫荧光染色分析E13.5/E14.5小鼠胎盘组织切片（样本来自C57BL/6背景的Irs2
?/?小鼠及其同窝对照）；CRISPR-Cas9技术构建Irs2
?/?小鼠滋养层干细胞（mTSC，TS-Rs26细胞系）克隆系；批量RNA测序（RNA-seq）结合差异表达分析及基因本体（GO）富集分析；对公开的单细胞/单核RNA测序数据集（GSE152248、GSE247038、E-MTAB-6819等）进行重分析；人滋养层干细胞（hTSC，BTS11细胞系）的forskolin诱导分化及Matrigel三维类器官培养；蛋白质印迹、RT-qPCR、细胞增殖与伤口愈合实验、细胞融合分析等。
**IRS2在合体滋养层中的表达是迷路形态发生和胎儿血管化所必需的。**免疫组织化学显示IRS2蛋白富集于E13.5小鼠胎盘迷路区，连接区表达较低。公开空间转录组和单核RNA测序（snRNA-seq）数据进一步显示Irs2在迷路区SynT-II细胞中表达最高。对E14.5 Irs2
?/?胎盘进行MCT1（SynT-I标志）和MCT4（SynT-II标志）免疫荧光染色，发现突变胎盘呈现局灶性迷路结构破坏，SynT-II层发育不良（MCT4阳性区域几乎缺失），SynT-I细胞数量保留但多为单核，符合合体滋养层融合受损。细胞角蛋白和异凝集素染色显示MCT4缺失区域胎儿毛细血管密度降低，母胎屏障厚度增加。
**IRS2调控mTSC增殖。**利用CRISPR-Cas9生成4个Irs2
?/? mTSC克隆系。细胞计数和伤口愈合实验显示Irs2
?/? mTSC增殖率显著降低。生长因子饥饿后急性FGF刺激实验表明，Irs2
?/?细胞ERK1/2磷酸化显著减弱而AKT磷酸化无显著变化，干细胞标志物Cdx2、Eomes和Esrrb表达不变，说明IRS2对mTSC干性维持非必需，但对FGF依赖的ERK/MAPK信号和细胞扩增至关重要。
**IRS2是SynT-II分化和细胞融合所必需的。**6天分化时间过程显示IRS2蛋白在未分化mTSC中高表达，撤除生长因子后迅速下调，分化第3至5天再次升高，提示翻译后调控。批量RNA-seq比较分化第3天对照与Irs2
?/?细胞，鉴定出15个高置信度差异表达基因，其中下调基因包括Pparg和Gjb2（连接蛋白26，Cx26）。E-cadherin免疫荧光染色显示Irs2
?/?培养物中多核合胞体形成显著减少。在CHIR99021（CHIR，GSK3β抑制剂）选择性诱导SynT-II分化实验中，Irs2
?/?细胞中Gcm1、Synb和Gjb2的诱导表达显著减弱，而Syna的抑制得以保留。
**IRS2缺失损害S-TGC分化。**分化第6天RNA-seq鉴定出33个高置信度差异表达基因，下调基因包括S-TGC标志物Ctsq及妊娠相关激素Psg21。RT-qPCR验证Ctsq表达显著降低。PODXL免疫荧光染色显示Irs2
?/?胎盘中S-TGC层的精细结构受损，尤其在MCT4表达降低的区域。
**IRS2介导IGF1/2依赖的AKT/ERK激活。**在mTSC中进行IGF1或IGF2急性刺激实验，Irs2
?/?细胞中AKT磷酸化显著降低，ERK1/2磷酸化出现中等但可重复的降低，表明IRS2是IGF信号向PI3K/AKT和MAPK通路转导所必需的。
**IRS2在人类合体滋养层谱系中富集。**整合人类胚胎和干细胞单细胞RNA测序数据、早孕（8周）胎盘snRNA-seq数据、hTSC来源类器官snRNA-seq数据及hTSC分化RNA-seq数据，一致显示IRS2在人类合体滋养层（STB）中富集。体外hTSC经forskolin诱导分化后IRS2 mRNA和蛋白水平均升高，hTSC来源类器官的免疫荧光染色证实IRS2在STB区室富集。
讨论部分指出，IRS2缺失导致的SynT-II缺陷和SynT-I融合障碍与Gcm1、Synb等突变体表型一致，支持迷路各细胞类型发育存在结构相互依赖性。机制上，IRS2缺失削弱FGF和IGF1/2诱导的ERK/MAPK和PI3K/AKT信号，导致PPARγ表达降低，进而损害GCM1介导的SynT-II分化，并与p110α催化亚基缺失表型相似，提示IRS2与p110α是IGF2-PI3K/AKT轴介导迷路形态发生和血管化的关键介质。IRS2缺失还导致Cx26表达降低，可能损害母胎营养转运。研究结论指出：IRS2是妊娠期间母胎交换界面建立过程中此前未知的核心调控因子，IRS2缺失破坏胎盘迷路形态发生，损害功能性交换表面的建立，营养转运受损并限制胎儿生长，可能导致长期发育障碍。研究局限性包括未直接测量胎儿和胎盘重量以确证FGR，以及未在人类滋养层中进行IRS2功能缺失验证。
