科研进展

刘峰团队合作揭示胎盘巨噬细胞新起源

2021-06-30

    众所周知,连接母体和胎儿的胎盘,既参与母胎气体、营养物质以及废物交换,分泌妊娠胚胎发育所需激素和生长因子,同时还保护胎儿不受母体免疫系统的攻击(Rossant and Cross, 2001)。近年来,除上述经典生物学功能之外,胎盘在胚胎期造血过程中的作用也逐渐被揭示。小鼠妊娠中期(胚胎期E12.5-E13.5)的胎盘中含有大量造血干/祖细胞(hematopoietic stem and progenitor cells, HSPCs)(Gekas et al., 2005; Ottersbach and Dzierzak, 2005)。研究人员利用缺乏心跳的Ncx1-/-小鼠,推测胎盘中可能存在原位产生的血细胞 (Rhodes et al., 2008)。但是,由于Ncx1-/-小鼠死于E11.5 (Koushik et al., 2001),胎盘原位产生的血细胞类型及其生物学功能尚不清楚。

  2021年6月30日,中国科学院干细胞与再生医学创新研究院/中国科学院动物研究所刘峰研究组与北京大学韩敬东团队、中国科学院干细胞与再生医学创新研究院/中科院动物所王红梅团队合作,在Developmental Cell杂志发表题为“De novo generation of macrophage from placenta-derived hemogenic endothelium”的研究论文。该论文通过单细胞转录组测序和体外功能实验,发现并鉴定了胎盘生血内皮细胞,随后通过谱系示踪技术,证实了巨噬细胞的胎盘生血内皮细胞来源。这一研究不仅丰富了我们对胎盘造血的认识,还揭示了胎盘巨噬细胞的新起源。

  研究人员首先通过单细胞转录组测序技术,鉴定了胎盘中所有胎儿来源的细胞类型,并搭建了数据信息网站(http://liulab.ioz.ac.cn/Placenta_hematopoiesis/)。通过对胎盘内皮细胞的深入解析,研究人员鉴定了一群特殊的并可被CD44标记的动脉内皮细胞。体外共培养实验发现,CD44+胎盘内皮细胞具有生血潜能。随后,通过比较胚胎期不同造血位点(卵黄囊、主动脉-性腺-中肾和胎盘)的内皮细胞转录组,研究人员发现Hoxa13特异性表达在胎盘内皮细胞中。因此,研究人员将新构建的Hoxa13CreER小鼠与荧光报告小鼠交配,并在特定时间对孕鼠进行它莫西芬处理,以此体内示踪系统特异性标记胎盘内皮细胞。通过单细胞转录组测序对Hoxa13+谱系细胞进行分析,研究人员进一步证实了胎盘生血内皮细胞的存在。与此同时,体内外功能实验证明Hoxa13+胎盘生血内皮细胞可以直接贡献巨噬细胞。此外,通过转录组预测分析,研究人员发现胎盘内皮细胞产生两种巨噬细胞亚型,参与免疫响应、促进血管发育和保护胎儿免受病毒入侵。

  综上所述,本文首次描绘了胎盘中胎儿来源的所有细胞类型,不仅为胎盘功能研究提供了重要的转录组资源,还扩充了胎盘作为生血内皮细胞以及巨噬细胞来源的临床应用价值。中国科学院动物研究所博士研究生梁桂仙、博士后蒋祥祥和中国科学院营养与健康研究所博士研究生周纯羽为该论文第一作者。上述工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委重点项目和中国科学院先导专项的资助。

  https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.06.005

  References

  Gekas, C., Dieterlen-Lievre, F., Orkin, S.H., Mikkola, H.K., 2005. The placenta is a niche for hematopoietic stem cells. Dev Cell 8, 365-375.

  Koushik, S.V., Wang, J., Rogers, R., Moskophidis, D., Lambert, N.A., Creazzo, T.L., Conway, S.J., 2001. Targeted inactivation of the sodium-calcium exchanger (Ncx1) results in the lack of a heartbeat and abnormal myofibrillar organization. FASEB J 15, 1209-1211.

  Ottersbach, K., Dzierzak, E., 2005. The murine placenta contains hematopoietic stem cells within the vascular labyrinth region. Dev Cell 8, 377-387.

  Rhodes, K.E., Gekas, C., Wang, Y., Lux, C.T., Francis, C.S., Chan, D.N., Conway, S., Orkin, S.H., Yoder, M.C., Mikkola, H.K., 2008. The emergence of hematopoietic stem cells is initiated in the placental vasculature in the absence of circulation. Cell Stem Cell 2, 252-263.

  Rossant, J., Cross, J.C., 2001. Placental development: lessons from mouse mutants. Nat Rev Genet 2, 538-548.