《Advanced Science》：Decoding Human Placental Cellular and Molecular Responses to Obesity and Fetal Growth
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本文综述运用单细胞测序技术，系统解析了肥胖孕妇胎盘对不同胎儿生长结局（AGA与LGA）的细胞特异性转录应答。研究发现，合体滋养细胞（STB）在母体肥胖背景下普遍呈现缺氧与TNF-α信号通路上调，而绒毛膜细胞（CTB）中受体酪氨酸激酶（RTK）信号下调。尤为重要的是，研究首次揭示了仅在LGA胎盘中，霍夫鲍尔细胞（Hofbauer cells）表现出独特的免疫代谢相关基因转录改变及SPP1高表达，并利用器官芯片共培养模型验证了脂肪组织对STB的关键影响。这些发现为理解母体肥胖导致胎儿过度生长的胎盘机制提供了新的视角和潜在干预靶点。
2.1 按母体肥胖和胎儿生长分层的胎盘细胞类型
研究选取了来自智利出生队列的12例胎盘样本进行单核RNA测序（snRNA-seq），分为正常体重对照组（Control）、肥胖但胎儿体重正常组（O-A）以及肥胖且胎儿为巨大儿组（O-L）。通过对37,408个细胞核的分析，鉴定出11种主要的胎盘细胞类型，包括五种滋养层细胞（细胞滋养层细胞CTB、增殖性CTB即pCTB、早期合体滋养层细胞eSTB、合体滋养层细胞STB、绒毛外滋养层细胞EVT）、两种内皮细胞状态、两种成纤维细胞类型、霍夫鲍尔细胞和其他白细胞。细胞类型比例在三组间无显著差异。研究随后聚焦于主要的绒毛细胞类型（STB、CTB、血管内皮细胞VEC、成纤维细胞-a和霍夫鲍尔细胞），以阐明它们对肥胖和胎儿生长调节的分子应答。
2.2 沿成熟状态识别的STB亚群
通过对24,478个STB细胞核进行重新聚类和伪时间分析，识别出三个STB亚状态（STB-a, -b, -c）。STB-a代表较早阶段，特征基因包括TENM3、ITGB1、COL4A1、COL4A2、FN1和TIMP3，与细胞骨架、紧密连接和细胞外基质调控相关。STB-b特异性表达PDE4D，可能限制过度融合。成熟的STB-c状态以表达紧密连接抑制剂（如ADAMTS6）为特征，可能主动促进融合过程。这三个亚群的动态平衡对于维持STB稳态至关重要。STB状态比例在三组间无显著差异。
2.3 STB细胞核中O-A和O-L共享或不同的母体肥胖相关模式
基因集富集分析（GSEA）显示，在STB-a中，O-A和O-L共享上皮-间质转化、顶端连接和有丝分裂纺锤体等相关通路的失调。在STB-b和STB-c中，补体、缺氧和TNF-α信号通路等在两组肥胖中均上调。交叉分析发现FOXO3、FOS、SLC2A1（GLUT1）和TFRC等基因可能介导缺氧、营养转运和代谢之间的相互作用。在胎盘特异性分泌蛋白中，多数基因在肥胖组中上调，但CSHL1除外。有5个基因（如FBN2、KISS1、PAPPA、CSH1）在O-A和O-L中表现出不同的表达模式，例如编码胎盘素的FBN2在O-L中上调而在O-A中下调。此外，7个编码受体或通道的基因（如AHR、LIFR、ANO2、CHSY1）仅在O-A中上调，而在O-L中无此反应，提示O-L可能存在应答不足。
2.4 CTB中PI3K-AKT和MAPK级联信号通路模式
在CTB中，顶端连接、有丝分裂纺锤体、G2/M检查点、血红素代谢、缺氧和IL2-STAT5信号等 hallmark 基因集在O-A和O-L中均下调。然而，MYC靶基因通路仅在O-L中下调。差异表达基因分析发现102个基因显示共享的母体肥胖相关模式，其中100个下调，并显著富集于PI3K-Akt信号通路，涉及GHR、MET、ITGB4、CSF3R、PRLR、ERBB3、PDGFD等受体酪氨酸激酶（RTK）相关基因以及HSP90AA1。另有24个基因显示O-A和O-L间不同的母体肥胖相关模式，其中5个基因（WWC1、PRKCZ、MAPK4、KSR1、ERBB4）参与增强MAPK级联激活。推测在O-A中，MAPK级联的上调可能补偿PI3K-Akt通路的下调，以促进下游靶标（如MYC靶标）表达，而这种调节平衡在O-L中可能缺失。
2.5 非滋养层细胞类型中的母体肥胖相关模式：O-A和O-L共享或不同
在血管内皮细胞（VEC）中，补体、血红素代谢、IL2-STAT5信号和KRAS信号等相关基因集在O-A和O-L中均下调。9个对VEGFA-VEGFR1（即FLT1）信号传导至关重要的基因发生改变，包括GNA14、RAPGEF5、NRP1、COL4A2、COBLL1、FN1和BMP6，表明血管生成功能受损。
在霍夫鲍尔细胞中，G2/M检查点、PI3K-AKT-mTOR信号和蛋白质分泌通路在两组肥胖中均被抑制。而缺氧、IL2-STAT5信号、炎症反应和TNF-α信号仅在O-L中上调。30个基因受母体肥胖调控，其中14个在O-A和O-L中模式不同。在O-L中特异性上调的基因包括FKBP5（促进NFKβ介导的炎症）、NAMPT（Visfatin，调节葡萄糖稳态）和SRGN（促进TNF-α分泌）。ADAMTS2仅在O-A中上调，可能与抗炎反应维持组织稳态有关。
在成纤维细胞中，KRAS信号、PI3K-AKT mTOR信号、脂肪生成和凋亡基因集在两组肥胖中均被抑制，而TNF-α信号仅在O-L中上调。65个基因显示共享模式，18个基因显示不同模式。6个编码鸟嘌呤核苷酸交换因子的基因下调。相反，IRS2、PID1、SERPINE1、FOXO1和PDK4在O-L中显著上调而在O-A中下调，这些基因与对氧合化合物（包括脂质和碳水化合物）的反应以及胰岛素刺激的细胞反应有关。
2.6 绒毛中细胞-细胞通讯模式在O-A和O-L中共享或不同
利用LIANA+推断配体-受体（L-R）相互作用，构建了加权定向网络。共享的母体肥胖相关网络中，血管内皮细胞（VEC）的出度最高，其次是STB-c。VEC来源的配体（如FN1、COL4A1、BMP6）是主要的发送者。在O-A和O-L间不同的网络中，霍夫鲍尔细胞的出度最强。霍夫鲍尔细胞来源的配体（如SPP1、PDGFC、MAML2）很突出。在共享网络中，STB-c的入度最高，其次是CTB。在差异网络中，成纤维细胞的入度最高，其次是CTB。整合素复合物（ITGA3-ITGB1、ITGAV-ITGB8、ITGA6-ITGB4）是共享网络中STB-c的高排名受体，而DSCAM是差异网络中成纤维体的顶级受体。
共享的细胞通讯主要存在于VEC和STB-c之间，涉及VEGFC-FLT1、FN1-ITGAV/ITGB3/FLT4和BMP6-BMPR2等L-R对，在血管形成、组织结构和细胞命运决定中发挥作用。O-A和O-L间不同的顶级细胞通讯存在于霍夫鲍尔细胞与STB-c之间（如NAMPT-INSR、MAML2-NOTCH2）以及霍夫鲍尔细胞与成纤维细胞之间（如SPP1-ITGB1、TIMP2-CD44）。CTB也是血管合体膜的重要信号接收者。研究发现STB-c和CTB细胞之间发生了最多的L-R相互作用，涉及生长促进信号对，如CSHL1-GHR/PRLR、LAMA3-ITGB4、SEMA6A-PLXNA2和ANXA1/TGFB1-EGFR。这些生长促进配体的受体在CTB中表达下调，表明其对母体肥胖的主动适应。
2.7 通过定制微流控系统共培养脂肪球状体和滋养层类器官部分模拟肥胖子宫环境中的合体滋养层反应
研究采用微流控共培养系统，让培养基从原代脂肪球状体（AS）流向人足月胎盘来源的滋养层类器官（TOs），以模拟脂肪组织与滋养层之间的通讯。滋养层类器官（TOs）在连续暴露于肥胖AS条件后，转录组发生改变，共有188个差异表达基因（DEG）。上调基因包括与胎盘发育（GO:0001890）相关的LEP、IGF2、PPARG、ASCL2，以及与子痫前期相关的KISS1、HTRA4、ADAM12、PLAC4、INHA、HLA-G、FSTL3、ENG。相反，编码金属硫蛋白的基因MT1A、MT1E、MT1X、MT2A显著下调，提示对锌等离子的细胞应答受损。转录组基于的细胞类型反卷积证实TOs在不同条件下保持了STB和CTB的一致组成。将TOs中的188个DEGs与snRNA-seq分析中滋养层细胞类型的DEGs进行比较，发现27个重叠基因，其中26个与STB共享，且这些基因显示出共享的母体肥胖相关模式。这些重叠基因中许多在共培养的TOs中高表达，包括编码胎盘特异性分泌蛋白的基因（CGA、PSG3、PSG11、CSH2、TFPI2）以及对膜完整性重要的LGALS14。O-A和O-L间不同的模式未能通过脂肪组织来源的信号重演。
3 讨论
本研究在单细胞水平上揭示了母体肥胖背景下胎盘细胞类型特异性的转录组应答，以及这些应答在胎儿生长结局（AGA与LGA）间的异同。共享的应答涉及缺氧、炎症（TNF-α信号）、营养转运和细胞连接等通路的广泛改变，反映了胎盘对肥胖母体环境的普遍适应。而不同的应答，特别是在霍夫鲍尔细胞和成纤维细胞中观察到的仅在LGA中显著上调的炎症和代谢应激信号（如SPP1、FKBP5、NAMPT），可能直接与胎儿过度生长相关。细胞间通讯网络分析突出了VEC、STB、霍夫鲍尔细胞和成纤维细胞在介导这些应答中的核心作用。微流控共培养模型部分重现了STB在肥胖中的转录变化，验证了脂肪组织信号的重要性，但也提示子宫环境的复杂性需要更综合的模型。这些发现为理解母体肥胖如何通过胎盘影响胎儿编程提供了深入的机制见解，并指出了潜在的干预靶点，对于预防肥胖相关妊娠并发症和子代远期健康风险具有重要意义。未来的研究需要结合空间转录组学、蛋白质组学和功能实验来验证这些假设，并探索其临床转化潜力。
