胎盘-蜕膜作为母体与胎儿直接接触的界面，对于维持正常妊娠十分重要，然而该交界面的细胞特征及细胞间的相互作用机制仍不清楚。
2018年11月15日英国桑格研究所（Wellcome Sanger Institute）的Sarah A. teichmann和哥伦比亚大学滋养细胞研究中心的Ashley Moffett教授团队合作，在Nature杂志上发表了题为Single-cell reconstruction of the early maternal–fetal interface in humans的研究论文，通过对70000个妊娠早期的胎盘及与之匹配的蜕膜和母体外周血细胞进行单细胞转录组测序，揭示胎盘-蜕膜交界面的细胞特征及免疫交互网络，为理解胎盘和母体细胞如何沟通以维持妊娠及妊娠早期相关疾病提供了重要信息。
背景介绍
卵细胞受精后，子宫内膜在孕激素的作用下蜕膜化形成蜕膜，为胚胎着床做准备。受精卵一边分裂，一边向宫腔移动，受精后5~6日形成晚期囊胚。晚期囊胚依靠滋养细胞穿透侵入子宫内膜、内1/3肌层及血管，直至被内膜完全覆盖。着床后胎盘的绒毛外滋养细胞（extravillous trophoblast, EVT）进一步侵袭、迁移入子宫螺旋动脉，启动血管重塑，使母-胎之间形成一种高流量-低阻力的脉管系统。重塑的脉管系统要能够满足胎儿生长发育对氧气和营养物质的需求，又不能过度重塑影响母体，因此EVT的侵袭是一个十分复杂精细的过程，对于维持妊娠十分重要。
EVT有独特的人白细胞抗原（human leukocyte antigen, HLA）特征，它不表达优势T细胞配体，而表达HLA-G、HLA-E和Ⅰ型HLA-C分子。这些HLA分子的受体则表达于蜕膜自然杀伤细胞（decidual natural killer, dNK），如母体的杀伤性免疫球蛋白样受体（killer immunoglobulin-like receptors）是HLA-C分子的受体。
以往的研究显示母体的KIRs和胎儿的HLA-C分子的基因突变与一些妊娠疾病相关，如因滋养细胞侵袭缺陷引起的子痫前期，提示胎盘-蜕膜间的细胞相互作用十分重要，然而具体机制尚不清楚。
受精卵着床过程(引自维基百科)。
方法与结果
1 单细胞测序
作者收集妊娠6~14周的11份蜕膜、5份胎盘和匹配的6份母体外周血单核细胞，利用10× Genomics和Smart-seq2进行单细胞转录组测序（scRNA-seq）。
对测序数据进行质控后，分析细胞来源，确认蜕膜样本主要为母体细胞，包含少量胎儿的HLA-G+ EVT细胞，胎盘样本以胎儿细胞为主，包含少量母体的巨噬细胞。
此图为原文Fig. 1。a图为示意图，展示胎盘-蜕膜界面的细胞类型。b图显示单细胞测序流程。c-e图通过测序数据确认胎盘-蜕膜界面的细胞类型。
为了更好的了解胎盘-蜕膜界面的母胎细胞相互作用机制，作者建立了CellPhoneDB数据库。该数据库充分考虑每种细胞表达的配体、受体水平，通过特定的蛋白复合体预测细胞间的相互作用，构建胎盘-蜕膜界面的细胞通讯网络。
2 胎儿滋养细胞的特征
作者首先分析了来自于胎盘和蜕膜的胎儿滋养细胞的特征。
此图为原文Fig. 2，显示胎儿滋养细胞的特征。a图展示胎儿滋养细胞的两条分化通路：EVT通路和SCT通路。来自蜕膜的EVT在分化轨迹的最末端，高表达HLA-G，几乎不表达细胞周期基因。b图为小提琴图，展示各个细胞的配体/受体表达情况。EGFR、NRP2、MET均为细胞增殖分化相关受体，主要表达于VCT，其配体分别为HBEGF、PGF和HGF，表达于胎盘的细胞上。ACKR2是母体分泌的炎症细胞因子的诱骗受体，CXCR6是趋化因子受体，TGFB1可以抑制免疫反应，促进上皮-间质转化。这三个分子均在EVT高表达，蜕膜细胞则存在相应的配体/受体表达。SCT, syncytiotrophoblast; VCT, villous cytotrophoblast; EVT, extravillous trophoblast; HB, Hofbauer cells; M3, maternal macrophages; Endo, endothelial cells; F, fibroblasts; Epi, epithelial glandular cells; PV, perivascular cells; dS, decidual stromal cells; dM, decidual macrophages。
3 蜕膜间质细胞的特征
蜕膜可以分为两层，表面的致密层和底部的海绵层。通过蜕膜成纤维细胞的marker，作者确认了两类血管周围细胞（PV1和PV2），两者呈现不同的分子特征。
同时作者通过对蜕膜基质细胞表达的分子进行聚类分析将其分为三类，dS1, dS2和dS3。
为了确认这些蜕膜间质细胞的位置，作者运用免疫组化和单分子荧光原位杂交（smFISH）进行分析，确认PV1和PV2表达于子宫螺旋动脉的平滑肌层，dS1表达于蜕膜海绵层的腺体之间，dS2和dS3表达于蜕膜致密层。
CellPhoneDB分析显示PV1和PV2表达的促血管生成因子的协同受体表达于血管内皮细胞，dS2和dS3表达的LGALS9 和 CLEC2D分别与dNKs表达的抑制性受体TIM3和KLRB1相互作用，使蜕膜间质能够抑制蜕膜炎症反应。
此图为原文Fig. 3，显示蜕膜间质细胞的特征。A图显示PV1和PV2，dS1, dS2和dS3呈现不同的分子特征。B-c图为免疫组化定位图片。d图为sm-FISH定位图片。E图显示配体受体相互作用及其在各类型细胞的表达水平。
4 蜕膜自然杀伤性细胞的特征
通过聚类分析，作者确认了三种dNKs亚群（dNK1, dNK2和dNK3），三种dNKs呈现不同的分子特征，不同的分子特征提示不同的功能。
作者通过流式细胞分析技术进一步确认聚类分析的三种dNKs确实存在，呈现的分子特征与scRNA-seq结果一致。
最后作者通过吉姆萨染色分析三种dNKs的形态特征，结合dNKs的分子特征，进一步推测三种dNKs的功能。
此图为原文Fig. 3，显示三种dNKs的特征。a图为三种dNKs的热图。b图显示因为KIR呈多态性及高度同源性，作者运用KIR-id的办法进行检测。c图显示三种dNKs表达KIR的情况。d图显示流式细胞技术确认三种dNKs的存在。e图显示三种dNKs表达细胞颗粒相关基因的情况。f图比较NKG2A+KIR+ 与 NKG2A+KIR− dNK细胞的颗粒部分染色。g图显示三种dNKs表达糖酵解相关酶的情况。
5 胎盘-蜕膜界面免疫调控网络
最后作者分析了胎盘-蜕膜交界面的免疫细胞表达的分子特征，构建一个免疫调控网络。
此图为原文Fig. 4，显示胎盘-蜕膜交界面的免疫调控网络。a图显示胎盘-蜕膜交界面的免疫细胞与相应细胞相互作用的网格图，圆圈大小与P值大小对应。b图是三种dNKs参与的细胞粘附与招募示意图。c图显示三种dNKs参与的免疫调控示意图。
学霸总结
本文的套路比较简单，主要是对70000个胎盘、蜕膜及匹配的母体外周血单核细胞进行单细胞转录组测序，然后分析胎儿滋养层细胞、蜕膜间质细胞、蜕膜自然杀伤性细胞的分子特征，依据分子特征推测功能，最后构建一个胎盘-蜕膜交界面的细胞免疫交互网络。
那这篇文章对我们有啥帮助呢？
本文揭示的胎盘-蜕膜交界面的细胞分子特征对于我们理解妊娠的维持、子痫前期、免疫逃避等都具有重要意义。
如果你是研究习惯性流产或子痫前期的，你可以从中挑一两个分子，去研究是不是它的异常导致了习惯性流产或子痫前期的发生。
如果你是研究肿瘤的，EVT的侵袭与免疫逃避机制是不是跟肿瘤的转移十分类似？那你可以看看转移的肿瘤细胞中是否有类似的分子表达，然后进一步研究其机制。
如果你是研究移植的，那胎盘-蜕膜交界面的分子特征对你更有借鉴意义了，如果移植物与宿主间也有相似的分子交互作用，那么移植的排斥反应会不会有望解决？
希望本文能给你启发。
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