孕期 I 型干扰素升高对绒毛外滋养细胞功能的影响及子痫前期发病机制研究

本文揭示孕期 I 型干扰素（IFN）升高影响绒毛外滋养细胞（EVT）功能，或引发子痫前期（PE）。

　　

引言

在生命的奇妙旅程中，成功的生殖就像一场精密的交响乐，而平衡的免疫介导细胞间通讯则是这场交响乐的指挥。胚胎着床到母体子宫内膜，以及随后的胎盘形成过程，更是如同一场复杂而有序的舞蹈。在这个过程里，胎儿的滋养层细胞需要侵入并重塑子宫血管，而子宫内膜的转化则是为了让血液能够以低阻力的状态流向胎儿，这一切都需要滋养层细胞精准的侵入程度，多一分或者少一分，都可能引发一系列的妊娠并发症。

绒毛外滋养细胞（EVT）作为这场 “舞蹈” 中的关键角色，它来源于具有特殊迁移和侵袭特性的上皮细胞滋养细胞（CTB），承担着介导子宫内膜侵袭和螺旋动脉重塑的重要使命。它的功能受到多种细胞的严格调控，其中细胞因子起着关键的调节作用。干扰素（IFNs）作为细胞因子中的一员，在正常生理条件下，对于子宫内膜蜕膜化和螺旋动脉重塑至关重要，尽管其产生者至今仍是个谜。

然而，当母体的免疫系统出现异常时，就如同交响乐出现了不和谐的音符，各种妊娠并发症可能接踵而至。慢性炎症性疾病，如系统性红斑狼疮（SLE），与妊娠丢失的风险增加密切相关。特别是在怀孕早期，SLE 患者病情发作时，发生妊娠并发症的风险极高，有 30%-40% 的患者可能会经历妊娠丢失。研究发现，在怀孕早期，也就是胚胎着床和胎盘形成的关键时期，不适当的 I 型干扰素信号传导与不良妊娠结局紧密相连。例如，患有 SLE 且并发子痫前期（PE）的患者，在怀孕早期的功能性 I 型干扰素活性明显高于那些妊娠过程顺利的 SLE 患者。

PE 是一种在妊娠期间出现的高血压疾病，其特点是滋养层细胞侵入浅、螺旋动脉重塑不足。鉴于 I 型干扰素在患有 SLE 且出现与滋养层细胞侵入不良相关妊娠并发症的患者中升高，研究人员推测，怀孕早期 I 型干扰素升高可能会影响 EVT 的功能，导致绒毛胎盘处于应激状态，进而增加患 PE 的风险。带着这样的疑问，研究人员开启了探索之旅，旨在研究 I 型干扰素刺激对 EVT 侵袭和螺旋动脉重塑的影响。

结果

1. 升高的 I 型干扰素暴露抑制 EVT 侵袭

研究人员就像一群敏锐的探险家，为了探究 I 型干扰素对胚胎着床的影响，他们巧妙地利用了一种模拟胎儿 EVT 侵入母体子宫的植入芯片（IOC）设备。这个设备就像是一个微观世界，重建了母胎界面的三维结构，在这里，EVT 可以通过细胞外基质（ECM）向子宫内膜内皮细胞（ECs）进行定向迁移。

实验开始时，研究人员小心翼翼地在 IOC 设备中接种了从临床标本中分离出的人类孕早期组织相容性白细胞抗原（HLA）-G⁺ EVT 和人类子宫内膜 ECs，并通过免疫荧光染色确认了 EVT 中人类胎盘催乳素（HPL）、细胞角蛋白 - 7（Ck7）和 HLA-G 的表达。两天后，他们开始了关键的操作，每天用 I 型干扰素的标志性成员 IFN-β（100 或 1,000 IU/mL）对 IOC 设备中的 EVT 和 ECs 进行处理。

实验结果令人惊讶，IFN-β 处理后，EVT 的侵袭能力受到了显著抑制。在 24 小时内，与对照组相比，EVT 从滋养层细胞腔迁移到 ECM 的数量明显减少，而且这种抑制作用在第 3 天和第 5 天依然存在。到了第 5 天，研究人员进一步量化分析发现，1,000 IFN-β IU/mL 处理后，侵入 ECM 的 EVT 平均数量和平均深度都显著降低，即使是较低剂量的 100 IU/mL IFN-β，也同样能抑制 EVT 的侵袭。

此外，研究人员还发现，IFN-β 暴露不仅影响了 EVT 的侵袭，还对其增殖能力产生了影响。通过免疫荧光染色观察，他们发现长时间暴露于 IFN-β 后，Ki-67 的表达降低，这意味着 EVT 的增殖能力下降。这些结果表明，升高的 I 型干扰素暴露就像一个 “捣乱分子”，严重损害了 EVT 的侵袭能力。

2. 升高的 I 型干扰素限制侵袭性 EVT 的出现

为了深入了解 IFN-β 影响 EVT 侵袭的内在机制，研究人员运用了单细胞测序（scRNA-seq）技术，就像拿着一把 “微观钥匙”，打开了细胞分子机制的大门。

他们从 36 个 IOC 设备的所有层中提取了 38,495 个细胞进行单细胞测序分析。经过一系列严格的数据筛选和处理，他们利用 Seurat 软件将所有样本整合在一起，并通过均匀流形近似和投影（UMAP）降维分析，成功区分出了 EVT 和 ECs 两种主要细胞群。通过细胞标记物，他们进一步发现 EVT 群中存在四个不同的亚群，ECs 群中有两个亚群，这显示了细胞状态的异质性。

在正常情况下，EVT 在侵入母体子宫内膜的过程中，会重塑并取代子宫动脉的母体内皮细胞，以促进血液向胎盘的低阻力流动，在这个过程中，EVT 会呈现出内皮样状态。研究人员惊喜地发现，在 IOC 设备中也出现了类似的现象，一个名为 EVT4 的细胞簇独特地表达了内皮标记物和血管内滋养细胞的标记物，这表明在 IOC 设备中确实出现了侵袭性 EVT。

然而，当 IFN-β 与 I 型干扰素受体复合物（IFN-α 受体 [IFNAR]）结合后，情况发生了变化。它会激活一系列信号通路，导致许多干扰素刺激基因（ISGs）的转录。研究人员发现，IFN-β 处理后，所有 EVT 和 ECs 簇中多个经典 ISGs 的表达都增加了，这表明细胞对细胞因子刺激产生了强烈的反应。

进一步分析发现，IFN-β 暴露后，代表两种细胞类型融合状态的 EVT3 和 EVT4 簇的比例下降，尽管差异没有达到统计学意义。通过伪时间轨迹分析，研究人员发现，与对照组相比，I 型干扰素处理后的 EVT 向 EVT4 的轨迹减少，这意味着升高的 I 型干扰素暴露限制了侵袭性 EVT 在 IOC 设备中的出现。

3. 升高的 I 型干扰素改变 EVT 的上皮 - 间质转化并促进子痫前期基因特征的出现

上皮 - 间质转化（EMT）是细胞的一种神奇 “变身” 过程，它可以使细胞从上皮状态转变为间质表型，从而获得迁移和侵袭的能力。CTB 向 EVT 的分化就是一种特殊的 EMT 形式，EVT 在这个过程中处于上皮和间质混合状态，并且可以灵活地相互转换。

研究人员知道，EVT 的这种可塑性对于其在子宫内膜的迁移和侵袭至关重要，而且不同孕期的 EVT 在 EMT 特征上有所不同，孕早期的 EVT 在活跃的子宫内膜重塑过程中表现出更发达的间质特征。鉴于实验中使用的 EVT 来自孕早期胎盘绒毛，研究人员对其间质和上皮基因的表达变化进行了深入研究。

他们发现，所有 EVT 都高表达间质基因和转录因子，同时低表达上皮基因和转录因子。其中，EVT1 亚群表达更高水平的与侵袭、运动和 ECM 沉积相关的基因，表现出更发达的间质表型；而 EVT2 亚群则更明显地表达 EMT 的调节诱导因子。

然而，当 EVT 暴露于 I 型干扰素后，情况变得糟糕起来。许多经典的间质基因表达显著降低，包括间质标记物和参与细胞运动、ECM 沉积的基因，这表明 I 型干扰素导致了 EVT 的上皮 - 间质转化进程受阻。

由于 EMT 的破坏与 PE 的发病机制密切相关，研究人员接着对与 PE 病理生理学相关的基因进行了评估。他们发现，IFN-EVTs 中多个与 PE 风险增加相关的基因表达升高，同时还观察到补体激活成分的表达增加，这些都与 PE 的发病机制密切相关。通过与 PE 患者 EVT 的单细胞转录组数据对比，研究人员发现 IFN 暴露的 EVT 中差异表达基因与 PE 患者 EVT 中失调基因有显著重叠。这一系列结果表明，升高的 I 型干扰素暴露破坏了 EVT 的 EMT 进程，并使其呈现出类似 PE 的基因特征。

4. 升高的 I 型干扰素限制 IOC 设备中 EVT 介导的血管重塑

螺旋动脉重塑是保障胎儿充足血液供应的关键环节，在这个过程中，血管内滋养细胞会取代子宫动脉的腔内皮细胞。而 IOC 设备就像一个微观的 “模拟舞台”，可以模拟这一生理过程。

研究人员通过 Slingshot 分析发现，EC1 簇会向 EC2 簇转变，这表明 EC2 细胞正在经历细胞状态的转化。进一步研究发现，EC2 细胞中血管内皮钙粘蛋白（CDH5）的水平降低，同时凋亡调节长链非编码 RNA 和线粒体细胞色素 c 亚基的表达增加，抗凋亡基因和与收缩相关基因的表达降低，这些都表明 EC2 细胞正在经历凋亡重塑。

那么，IFN-β 暴露对 EVT 介导的血管重塑有什么影响呢？研究人员通过评估 EC 簇中线粒体 RNA 的百分比来衡量细胞的凋亡命运，结果发现，与对照组相比，IFN 暴露的 EC 簇中凋亡重塑减少。通过对 IOC 设备中活化的、切割的半胱天冬酶 - 3 进行染色，他们也证实了 IFN-β 处理限制了 EVT 介导的细胞凋亡，这意味着 I 型干扰素暴露限制了 EVT 驱动的 EC 重塑。

讨论

在胚胎着床过程中，I 型干扰素升高就像一个 “不速之客”，与胎盘异常和不良妊娠结局紧密相关，这暗示着它在影响 EVT 功能方面有着重要作用。研究人员利用 IOC 设备这个强大的工具，发现升高的 I 型干扰素会限制 EVT 的侵袭和侵袭性 EVT 的出现，还会阻碍 EVT 的上皮 - 间质转化进程。

虽然之前的研究表明 IFN 信号对于子宫内膜蜕膜化和螺旋动脉重塑很重要，但在胚胎着床过程中的具体功能一直不明确。结合本次研究结果，研究人员推测可能存在一种 IFN 信号模式，它可以精细调节 EVT 的 EMT 转化，从而影响 EVT 的侵袭深度。在正常情况下，这种调节可能是有益的，但在某些情况下，如 SLE 患者中 I 型干扰素水平过高时，就可能引发疾病。不过，这一推测还需要更多的研究来验证。

当然，这项研究也存在一些局限性。比如，由于 IOC 设备的微流体设计，研究人员无法单独处理 ECs 或 EVTs，因此无法确定 I 型干扰素对 EVT 功能的影响是直接的还是间接的。而且，实验模型没有模拟着床部位的细胞复杂性，缺少基质细胞和免疫细胞等。未来的研究可以从这些方面入手，进一步探究 EVT 和 ECs 对 IFN 的特异性反应，以及它们与其他细胞的相互作用机制。

值得注意的是，研究人员在 IFN-EVTs 中发现了类似 PE 的基因特征。PE 是一种严重威胁母婴健康的妊娠高血压疾病，它还会增加母亲和孩子日后患心血管疾病的风险。PE 的发病机制复杂，目前认为它分两个阶段，早期的植入和血管重塑不足会导致胎盘灌注减少，进而引发疾病的临床表现。研究人员发现，IFN 刺激会诱导与 PE 两个阶段相关的基因表达，这进一步表明不适当的 IFN 信号可能是引发 PE 的一个重要因素。

总体而言，这项研究揭示了孕期 I 型干扰素升高对 EVT 功能的多方面影响，为理解妊娠并发症的发病机制提供了新的视角，也为未来的研究和临床干预指明了方向。在未来，随着研究的不断深入，或许能找到更多应对这些问题的方法，为母婴健康保驾护航。