《Human Reproduction Update》：Advantages, limitations, and innovative considerations for established and emerging models of human placental syncytiotrophoblast
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本文综述了当前用于研究人胎盘合体滋养层细胞（STB）的体外模型，系统评估了包括原代培养、永生化细胞系、干细胞来源滋养层细胞、类器官及新兴3D培养系统在内的多种模型。文章旨在为选择合适模型以研究STB分化、功能及功能障碍提供框架，强调需根据具体科学问题权衡不同模型的优缺点，并指出尽管现有模型已取得显著进展，但尚无单一系统能完全复现STB在体内的复杂特征。该综述对推动胎盘研究方法的精细化及STB模型系统的持续创新具有重要指导意义。
胎盘是妊娠期间维持胎儿生命的关键胎儿器官，其最外层的合体滋养层细胞（Syncytiotrophoblast, STB）更是承担了激素分泌、营养交换、免疫豁免等多重核心功能。然而，由于人类胎盘的独特性，动物模型难以准确模拟其生物学特性，使得对STB的研究严重依赖于体外培养系统。近年来，随着细胞生物学技术的飞速发展，涌现出多种STB体外模型，从传统的原代培养和永生化细胞系，到基于滋养层干细胞（Trophoblast Stem Cells, TSC）或人多能干细胞（human Pluripotent Stem Cells, hPSC）分化的新型模型，乃至更为复杂的3D类器官和器官芯片技术。这些模型为理解STB生物学及其在妊娠相关疾病（如先兆子痫、胎儿生长受限）中的作用提供了前所未有的工具。但模型的多样化也带来了选择的困惑：每种模型能在多大程度上模拟STB的哪些特性？它们的优势和局限分别是什么？未来发展方向何在？发表于《Human Reproduction Update》的这篇综述文章，正是为了系统回答这些问题而生。
为了全面评估现有STB模型，研究人员通过PubMed数据库检索了截至2025年8月的相关文献，检索词包括“人胎盘模型”、“合体滋养层细胞模型”、“滋养层干细胞”、“滋养层类器官”等。通过对文献的筛选与综合，作者团队从胎盘发育与生理学的角度出发，构建了一个评估框架，重点考量不同模型在重现人类STB分化、发育、功能及功能障碍方面的能力。
研究首先概述了STB在早期胎盘发育中的关键事件。STB起源于囊胚的滋养外胚层（Trophectoderm, TE），经过细胞融合形成多核的合体层，覆盖在胎盘绒毛表面，负责母胎界面的物质交换。STB的形成和维持依赖于其下方的细胞滋养层细胞（Cytotrophoblast, CTB）的持续融合，而这一过程受到如GCM1、Syncytin-1（ERVW-1）等关键分子调控。随着妊娠进展，STB还会经历独特的生命周期，包括核聚集形成合体结（Syncytial Knots）以及衰老成分的脱落。这些复杂的生物学过程对体外模型的构建提出了巨大挑战。
在模型评估部分，文章详细讨论了各类模型的特性：
- 1.
原代模型（如胎盘外植体、原代CTB培养）：能较好地保持组织原有结构，支持自发的STB形成，是研究STB融合和激素分泌的经典模型。但其获取受孕周限制，且体外培养时细胞易发生衰老，难以进行长期的分子操控。
- 2.
稳定滋养层样细胞系（如BeWo, JEG3）：易于获取和培养，是研究STB融合机制（如cAMP通路激活）的常用工具。然而，这些细胞系多来源于癌组织，存在染色体异常，且无法模拟STB的完整生命周期（如合体结形成和脱落）。
- 3.
滋养层干细胞：可从囊胚、早期胎盘CTB或多能干细胞诱导获得，具有自我更新和分化为STB及绒毛外滋养层细胞（Extravillous Trophoblast, EVT）的双向潜能。TSC来源的STB在转录组和表观遗传特征上接近早期滋养层，但其分化过程往往跳过典型的CTB阶段，直接形成STB，与体内过程存在差异。
- 4.
类胚体与球状体：类胚体可模拟早期囊胚结构，包含TE样细胞，但受限于伦理规定（14天规则）和缺乏母体环境共培养，其在模拟早期胎盘形成方面的应用受限。球状体在模拟早期STB和EVT特征方面显示出潜力。
- 5.
转分化的多能干细胞：通过特定因子组合（如BMP4、A83-01、PD173074，即BAP培养基）可将hPSC直接诱导为滋养层谱系，这些细胞能经历从CTB到STB的分化过程，并表达相应的标志物。近年来，利用此技术甚至成功构建了具有血管化的绒毛样结构，显示出模拟早期胎盘发育的巨大前景。
- 6.
类器官与器官芯片：滋养层类器官能形成3D结构，但传统方法培养的类器官常出现STB层朝内的极性倒置问题。最新研究通过改进培养基底（如琼脂糖微孔板）成功实现了STB层朝外的正确极性。胎盘器官芯片技术则能整合流体剪切力等物理因素，更好地模拟母胎界面的微环境，用于研究物质转运和屏障功能。
文章还特别强调了模拟STB独特特征（如细胞融合、核形态变化、代谢特性、内分泌功能、免疫界面作用以及机械信号感知）时面临的挑战和现有模型的局限性。例如，STB的代谢活性随妊娠进展而变化，这在多数简化模型中难以体现。STB作为母胎免疫调节的关键界面，其与母体免疫细胞的相互作用在现有模型中亦较少被涵盖。
在应用方面，综述探讨了利用这些模型研究胎盘功能障碍（如胎儿生长受限FGR和先兆子痫PE）的潜力。FGR胎盘的STB常表现为绒毛数量减少、交换膜变薄、氨基酸转运体表达下降及代谢活性降低。PE胎盘则与STB内质网应激、过度脱落合体碎片以及融合异常（如GCM1和Syncytin-1表达下调）相关。目前，原代模型和 explant 培养仍是研究这些疾病相关STB表型的主要工具，但更先进的3D模型和共培养系统有望在未来提供更深入的见解。
最后，文章总结道，尽管STB模型研究取得了显著进展，但目前尚无单一系统能完美复现STB在体内的全部复杂性。选择模型应基于具体的研究问题，充分考虑不同模型在模拟特定STB特征（如早期发育、细胞融合、屏障功能、疾病机制）方面的适用性和局限性。未来的研究需要继续优化现有模型，特别是在实现正确的细胞极性、延长培养时间、提高模型可重复性以及整合多种细胞类型和物理化学微环境信号方面进行创新。通过持续的精进与创新，STB体外模型必将为深入理解胎盘生物学和开发妊娠相关疾病的新疗法提供更强有力的支持。
主要关键技术方法
本研究为综述性文章，未涉及具体的实验操作。其方法论核心在于对现有文献的系统性检索、筛选与综合评估。作者团队通过PubMed数据库，使用“人胎盘模型”、“合体滋养层模型”、“滋养层干细胞”、“滋养层类器官”等一系列关键词，检索了截至2025年8月的英文文献。文章筛选基于与胎盘生物学及滋养层细胞模型的相关性，重点关注方法学创新及对STB生物学机制的深入理解，并优先采纳对领域有原创性贡献的研究论文。最终的内容综合与纳入由作者团队共识决定，以确保对当前可用文献进行全面且平衡的阐述。文中分析所依据的模型数据来源于已发表的各类研究，包括原代细胞培养、永生化细胞系、干细胞分化模型、3D类器官及器官芯片等。
Syncytiotrophoblast development during the events of early placentation（胎盘形成早期过程中的合体滋养层发育）
该部分详细描述了STB在胚胎植入和早期胎盘绒毛形成过程中的起源和发育过程。STB起源于囊胚的滋养外胚层（TE），TE细胞接触子宫上皮后分化为原始CTB，进而融合形成最初的STB。STB通过不断融合CTB而扩张，形成原始的STB壳包裹胚胎，并建立妊娠。随后，胎盘绒毛树开始发育，其核心由CTB构成，外层覆盖STB，形成初级绒毛。随着间充质和血管的侵入，依次形成次级和三级绒毛。成熟的STB层位于绒毛最外侧，直接与母血接触，负责物质交换。研究表明，多种标志物如KRT7（泛滋养层）、GATA3/TP63（CTB）、GCM1/Syncytin-1（STB）等可用于鉴定不同阶段的滋养层细胞。
Development of placental villi（胎盘绒毛的发育）
此节重点阐述了胎盘绒毛结构从初级到三级的形成过程。初级绒毛由CTB核心和外层STB构成。间充质细胞迁移入初级绒毛形成次级绒毛，并最终血管化形成三级绒毛。锚定绒毛是唯一不完全被STB覆盖的绒毛，其尖端分化出绒毛外滋养层细胞（EVT）负责锚定和侵入蜕膜，并重塑子宫螺旋动脉。STB在绒毛表面形成微绒毛以增大交换面积。研究表明，绒毛的形成遵循“萌发-侵入-血管化”的模式。
The onset of oxygenation and syncytiotrophoblast exchange（氧合作用的开始与合体滋养层交换）
本节讨论了妊娠早期低氧环境对滋养层细胞的影响以及STB交换功能的建立。早期滋养细胞在约2% O2的低氧环境中生长，这由EVT形成的栓子阻塞螺旋动脉维持，有利于CTB增殖和EVT分化。随着栓子逐渐瓦解，母血开始渗入绒毛间隙，STB开始介导母胎间的营养、气体和废物交换。在血管灌注建立前，STB通过组织营养方式（摄取子宫腺体分泌物）支持胚胎发育。STB表面存在多种转运体，用于摄取葡萄糖、氨基酸等营养物质。
Modeling syncytiotrophoblast development（模拟合体滋养层发育）
这部分转向如何利用体外模型研究早期STB分化和绒毛形成。由于伦理和技术限制，研究早期人类STB高度依赖体外模型。评估模型保真度的关键指标是CTB和STB标志物的表达。虽然囊胚体外培养模型能模拟TE向CTB/STB的分化，但形成的细胞与体内原始STB的相似度以及能否形成初级绒毛结构仍不确定。非人灵长类动物模型在形态和生理上与人类最接近，但存在伦理和实际挑战。转基因模型或能提供替代途径。
Human and animal blastocyst models（人类与动物囊胚模型）
理想模型是模拟人类囊胚在子宫样环境中发育2-3周，以研究初始绒毛形成。但人类胚胎培养受14天规则限制，且支持早期胎盘形成的体外条件尚不明确。动物模型（如小鼠）的胎盘在形态和分子机制上与人类差异显著（例如，介导细胞融合的Syncytin蛋白不同）。类囊胚（blastoids）等新型模型为研究TE特性和早期事件提供了可能，但其模拟早期胎盘形成的能力尚不清晰，且同样受培养时限制约。灵长类类囊胚是潜在替代方案，但实用性待考。
Primary models（原代模型）
从早期胎盘组织获取的原代滋养层细胞（外植体或分离的CTB）是研究STB生物学的常用模型。它们能维持天然结构，支持STB分化研究，并有助于理解融合的分子机制。悬滴培养等改进方法能更好地模拟体内条件。然而，获取极早期（<4周）胎盘组织困难，且原代细胞在体外易发生衰老，难以进行分子操控和长期研究。
Trophoblast stem cells（滋养层干细胞）
人TSC的出现是领域的重要突破。TSC可从囊胚、早孕期或足月胎盘CTB、以及 na?ve 或 primed 状态的多能干细胞诱导获得。它们在特定因子（TGF-β、HDAC、ROCK抑制剂，Wnt和EGF激活剂）维持下增殖，并可通过添加毛喉素（forskolin）诱导分化为STB。TSC在转录组、蛋白组和表观遗传特征上接近TE和早期CTB。然而，其向STB的分化往往不经过典型的CTB阶段，直接形成STB，与体内过程有异。近期研究利用TSC鉴定了新的STB主控转录因子。
Blastoids and spheroids（类囊胚与球状体）
类囊胚是由重编程细胞形成的囊胚样结构，包含ICM样和TE样细胞。它们可通过悬浮培养自组装形成，并能进一步衍生出TSC。目前类囊胚可培养至相当于2周人类囊胚的阶段，但受规则限制无法继续培养，且缺乏母体环境共培养，限制了其在模拟早期胎盘形成中的应用。球状体在模拟早期STB和EVT特征方面显示出优于类囊胚的潜力，且不受共培养限制。
Transdifferentiated pluripotent stem cells（转分化的多能干细胞）
通过BAP培养基诱导primed hPSC可使其转分化为滋养层谱系。该过程快速、均一，细胞能表达CTB标志物（如CDX2），并在培养后期出现STB区域，表达STB特异性标志物（如CGB3, ERVW-1），其转录组特征接近原始STB。此模型的一个优势是能同时诱导多种谱系分化，从而构建更复杂的组织，例如通过共诱导血管谱系，已成功创建出具有STB层和血管网络的绒毛样结构，高度模拟了早孕期胎盘发育。
Considerations for syncytiotrophoblast microenvironments（合体滋养层微环境的考量）
培养微环境对滋养层分化结果有显著影响。一个关键矛盾点是，体外低氧条件似乎抑制CTB融合形成STB，而体内早期STB恰恰是在低氧环境下形成和发展的。这种差异可能与体外静态供氧方式、氧气载体不同等因素有关。细胞的空间组织结构（2D vs 3D）也会影响其获取养分、氧气和感知信号的能力。此外，对体内极早期（<10周）STB的真实分子特征了解仍不全面，且不同来源的TSC（如na?ve vs primed hPSC来源）其分化路径和特征也存在差异。因此，选择模型时应综合考虑其模拟特定阶段STB特征的能力。
The unique characteristics of syncytiotrophoblast（合体滋养层的独特性）
STB拥有独特的生命周期，依赖于CTB的持续融合来补充和更新。融合过程涉及CTB退出细胞周期、下调TEAD4/YAP/TP63/GATA3等因子、激活GCM1/cAMP/PKA/MAPK等通路、表达连接蛋白（如connexin-43）和融合蛋白（如Syncytin-1），并进行细胞骨架重塑。成熟的STB层核形态随妊娠进展而变化，从具有大核仁的常染色质核转变为密集的异染色质核（合体结），并最终脱落进入母血（合体核聚集物，SNA）。STB还具有独特的代谢特征，其代谢活性低于CTB，并随妊娠进展变化，以适应胎儿生长需求。STB还负责分泌多种激素（如hCG, hPL, 孕酮）和细胞外囊泡，并构成母胎免疫屏障和机械信号感知界面。
Modeling syncytiotrophoblast characteristics（模拟合体滋养层特性）
准确模拟STB需涵盖其完整生命周期。KRT7是区分滋养层（上皮来源）与其他胎盘细胞的常用标志物。虽然hCG是STB的分泌标志，但其糖基化形式也由EVT分泌，需注意鉴别。HLA-G和CD9是EVT的标志物，CTB和STB不表达。
Explant cultures（外植体培养）
外植体培养是研究成熟STB特性的有力工具。培养初期，原有STB层剥脱，并在48小时内由CTB融合重建，可用于研究绒毛重建过程。外植体也能模拟体内信号分泌。但静态培养易诱发细胞凋亡和组织退化，整合流动培养系统有助于维持组织活力和功能。
Stable trophoblast-like cell lines（
