大家好，今天跟大家分享一篇2024年10月22日，复旦大学附属妇产科医院、复旦大学生殖与发育研究院黄荷凤院士、吴琰婷、张宇联合深圳华大生命科学研究院高雅副研究员团队，在Cell Discovery发表了题为：“A spatiotem poral transcri ptomic atlas of mouse placen tation”的最新研究成果，构建并解析了胚胎植入后E7.5-E14.5小鼠胎盘发育的空间转录组图谱。
01
研究背景
胎盘是临时但必不可少的妊娠支持器官，在整个妊娠过程中会经历错综复杂的形态和功能转变。然而，对胎盘基础基因表达的时空模式仍然知之甚少。利用 Stereo-seq，我们构建了从胚胎天 （E） 7.5 到 E14.5 的小鼠胎盘时空转录组图谱 （MPSTA），其中包括以前的单细胞图谱中未捕获的大型滋养层细胞的转录组。
我们定义了胎盘外胎盘锥的四个不同层，一种早期异质滋养外胚层结构，并阐明了 E9.5 之前植入后早期滋养层分化的空间轨迹。我们的时空配体-受体相互作用分析专注于迷宫区域，即小鼠胎盘中营养交换的界面，揭示了滋养层发育和胎盘血管生成所必需的关键调节剂。
我们还发现，父系表达的基因仅在胎盘中富集，而不是在蜕膜区域富集，包括一组富含内皮细胞的基因，这些基因可能在胎盘血管生成中发挥作用。在侵袭前沿，我们鉴定了界面特异性转录因子调节子，例如 Atf3 Jun Junb Stat6 Mxd1 Maff Fos 和 Irf7，参与妊娠维持。
此外，我们发现母体高脂饮食暴露优先影响该界面，加剧炎症反应并破坏血管生成稳态。总的来说，我们的研究结果提供了一个全面的、空间分辨的图谱，为未来探索胎盘形态发生和病理学提供了有价值的见解和基准。
见图一
小鼠胎盘的时空转录组图谱。
图一
a 本研究工作流程的示意图。对于 Stereo-seq，在 E7.5 到 E14.5 的时间点收集小鼠子宫节段的切片。
b UMAP 图显示迷路的 bin 50、JZ 和来自六个阶段的 8 个胎盘切片的蜕膜。根据胎盘结构或亚区域注释对区间进行着色，这些注释是通过无监督的鲁汶聚类和手动注释步骤建立的。
c E7.5 S1、E8.5 S1、E9.5 S1、E10.5 S1、E12.5 S1 和 E14.5 S1 子宫切片与 24 个带注释的亚区域以及子宫肌层一起显示。一个头的箭头、两个头的箭头和三个头的箭头分别表示内部 EPC、早期界面 （EPC inva.） 和早期界面 （P-TGC inva.）。指示子面域注释的分箱颜色与 b 中的颜色相同。LaTP 迷路滋养层祖细胞、SynT 合体滋养层、CP 绒毛膜板、EPC 外胎盘锥、JZ 交界区、GlyT 糖原滋养层、SpT 海绵滋养层、SPA-TGC 螺旋动脉相关 TGC、C-TGC 管 TGC、P-TGC 顶叶 TGC、MD 膜状蜕膜、VSZ 血管窦区、AMD 抗膜膜蜕膜。
d 显示 E10.5 S1 部分的多色显示屏;显示了 7 个众所周知的标记物和一个 ssDNA 层。
e 量化迷宫中每个亚区域的比例，并在每个发育阶段捕获 JZ。本分析使用了所有 13 个子宫切片。颜色图如 c 所示。
f 从 E7.5 到 E14.5 的胎盘中指定基因表达的空间可视化。
见图二
早期滋养层发育过程中的转录组景观。
图二
a 一个 UMAP 图，显示了来自迷宫和 JZ 的 bin50 的积分聚类和注释;E7.5 S1 、 E7.5 S2 、 E8.5 S1 、 E8.5 S2 和 E9.5 S1 截面用于此分析。
b E7.5 S1、E8.5 S1 和 E9.5 S1 子宫切片显示有（顶部）和没有（底部）滋养层结构。
c 气泡图显示代表性标记基因的表达谱。基因标签显示在左侧面板中，相应的簇在顶部和右侧面板中进行注释和着色。从黑色到黄色的颜色表示低到高的基因表达水平。
d E8.5 S1 节中胎盘外锥区域的代表性标志物和放大图像的多色显示。
e 上图：b 中各节中去卷积细胞类型的空间可视化。下图：放大的图像，显示上面板正方形区域中的细胞组成。
f 热图显示了 E8.5 节中每个集群中细胞类型的缩放比例。S1 的g 左：空间 RNA 速度简化了定向流的可视化。右图：预测 E8.5 S1 节中胎盘外锥和 P-TGC 发育轨迹的 RNA 速度 PAGA 图。数据桶按集群标识着色，如 a。h Hand1 在早期每个簇中的转录表达及其在所有簇中的中位调节子活性评分 （RAS）。
见图三
迷路发展过程中的系统调控事件。
图三
a 迷路细胞比例的时间动力学 （排除了尿囊、卵黄囊和 Reichert 膜/绒毛膜板 （CP））。
b 参与血管相关生物过程的基因集中不同阶段的 Ucell 评分变化。
c 来自几个信号通路的关键激素的空间表达谱。
d Mdk 、 Apela 和 Pdgfb 空间表达的可视化。
e 在不同阶段的迷宫中鉴定出显着的空间限制性配体-受体相互作用对。
f 在 scRNA-seq 数据集中确定的涉及介导迷宫中细胞间通讯的关键生长因子的配体-受体基因对。外环显示细胞类型，内环显示每个相互作用的配体-受体对的详细信息。两者都是颜色编码的。线的宽度和内部的箭头被缩放以分别表示配体和受体的相对表达水平。
g IHC 染色显示绒毛膜板中 MDK 表达的位置和迷路的 SynT（由箭头表示）。
h 显示 iMDK 治疗过程的示意图。
i 胎盘效率由胎儿体重与胎盘体重的比值表示（对照组 n = 24，iMDK n = 41 ）。
j 迷路面积和 JZ 面积的测量值以及迷宫面积与 JZ 面积的比率（n = 8 对照，n = 14 iMDK）。
k 通过迷路的横截面和小鼠胎盘中部 JZ 的代表性图像。蓝色实线勾勒出以 （k） 为单位测量的迷路和 JZ。
胎盘中印记基因的空间分布。l 实时定量聚合酶链反应 （RT-qPCR） 分析 SynT-I （Mct1） 和内皮细胞 （Cd31） 标志物的表达。将 RT-qPCR 数据归一化为内参基因 Hprt。m-o CCK-8 测定用于评估用 iMDK （m）、重组鼠 MDK （n） 处理的内皮细胞的增殖，以及从 shRNA-MDK 处理的滋养层细胞和 shRNA-Neg 处理的滋养层细胞 （o） 收集的细胞条件培养基。数据作为 SEM ±平均值表示。
见图四
分析四组差异代谢物。
图四
a 已报道的胎盘印记基因的时空表达45。
b、c、 由印记基因集内的空间转录组学捕获的所有父系和母系表达的印记基因的 Ucell 分数在空间亚区 （b） 中可视化，并针对跨阶段的不同亚区 （c） 进行聚合。
d 上图显示了早期尿囊、迷路（胎儿血管）和迷路血腔的位置，然后是印记基因 Ndn、Dlk1、Plagl1 和 Magel2 的空间表达谱。
e Plagl1 前 20 个靶基因在 E14.5 处的基因调控网络;颜色表示不同的印记状态。以红色突出显示的基因报告了其等位基因表达45.连接每个靶基因的线的字体大小和宽度与它们在调节子中的网络重要性分数成正比。
见图五
母胎界面的转录组学景观。
图五
a 所有阶段的分离母胎界面层示意图。界面的 decidua 和 JZ 区域以不同的颜色显示。
b 所有阶段分离的母胎界面的细胞类型组成。
c 显示了 Hallmark 干扰素 γ 反应和 Hallmark Myc 靶标在所有发育阶段的基因集分数分布。
d、e 每个簇中选定转录因子的时空表达谱 （d） 及其中位数 RAS （e）。
f E8.5 处多种转录因子的表达（上图）和 RAS（下图）的空间可视化。
g 由 Cytoscape 可视化的 E8.5 S1 处 Atf3 的基因调控网络。显示了网络重要性得分最高的前 50 个靶基因。连接每个靶基因的线的字体大小和宽度与它们在调节子中的网络重要性分数成正比。参与 TNF 信号通路的基因用红色标记。h Atf3 的 50 个主要靶基因在 E8.5 位点的富集通路。S1 的i 在所有六个发育阶段中，分离的母胎界面的蜕膜和 JZ 区之间选定配体-受体对的相互作用。
见图六
高脂肪饮食消费对母胎界面调节的影响。
图六
a 显示 HFD 治疗计划和采样时间点的示意图。
b 在 E14.5 处 CD 和 HFD 组中 20 个因子的 UMAP 表示。
c 显示了因子 1、8、17 和 18 的空间分布，从浅蓝色到红色的颜色表示每个 bin50 的系数从低到高。
d 离体母胎界面处免疫细胞类型的比例;E10.5 S1、E10.5 S2、E10.5 S3、H10.5 S1、E14.5 S1、E14.5 S2 和 H14.5 S1 截面用于此分析。
e 基于与因子 1、8、17 和 18 相关的前 50 个加权基因的功能富集。
f 定义指示的 NNMF（因子）的前十个基因。
g RT-qPCR 分析与因子 1 （Scgb1a1 和 S100a8）、因子 8 （Jam2 和 Thbs1）、因子 18 （Isg15 和 Ifit3） 和因子 17 （Pgf 和 Cd109） 相关的基因表达。
h 显示了在母胎界面的蜕膜和 JZ 中差异表达的基因。
i 界面区域蜕膜中 Irf7 的基因表达水平和调节子活性。
j 显示了 E14.5 处 CD 和 HFD 组中 Irf7 的前 15 个靶基因，与因子 18 相关的基因用红色标记。
02
研究结论
总之，我们提供了发育中胎盘转录动力学的时空景观，特别是在几个关键功能区域，包括 EPC、迷路和胎盘侵袭界面。该图谱为研究胎盘过程中的基因表达模式提供了宝贵的空间分辨资源。然而，这项研究有局限性。尽管我们的数据集在每个发育时间点至少包括来自不同水坝的两个胎盘，但相对有限的样本和切片数量削弱了图谱的稳健性。
未来的研究可能包括更多的时间点，并使用基于多个截面的 3D 重建来增强数据集。此外，虽然我们确定了与心脏缺陷有关的界面特异性 TF 调节子和胎盘表达基因的位置，但应更加关注使用转基因小鼠模型对这些基因的功能探索。
好了，今天的文献解读就到这儿来，我们下期再见！如果你正在开展临床研究.需要方案设计.数据管理. 数据分析等支持.也随时可以联系我们。
