免疫熒光染色和共聚焦顯微胎盤發育和病理的分子研究的應用

瀏覽次數：1558　發布日期：2022-10-17　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

也許沒有一個器官像胎盤一樣被低估了。它是形成的第一個器官，但在生命的宏偉計劃中，它只和我們在一起很短的一段時間。它是一個迷人的器官，母親和胎兒的組成部分，以復雜的方式相互作用，以確保有效的營養交換，以滋養胎兒。對于這樣一個短命的器官，它對我們的健康有著深遠的、終身的影響。胎盤的缺陷與先天性心臟病、神經發育障礙、甚至代謝性疾病有關。考慮到它在促進胎兒生長方面所做的一切，它在出生后經常被隨意地扔進生物危害箱，這似乎是可笑的。

01
為什么我對胎盤生物學感興趣

我記得第一次是在我作為一名醫學生在分娩和分娩的時候對胎盤生物學產生興趣的。觀看活的分娩是我們這些難忘的經歷之一，作為醫學院的學生，作為我們訓練的一部分，我們有幸體驗到這些經歷。大多數懷孕和分娩都是簡單而順利的，但作為在培訓中的醫生，我們會了解好的和壞的。我看到的最常見的妊娠并發癥之一是子癇前期。子癇前期是一種高血壓妊娠疾病，據估計將影響全球5-7%的妊娠，每年造成7萬名產婦死亡和50萬例胎兒死亡。這意味著子癇前期影響多達四分之一的懷孕。子癇前期可引起母體器官損害，胎兒生長受限，早產等并發癥。盡管它對母親和胎兒健康有重大影響，但目前除了分娩嬰兒和胎盤外，沒有治療子癇前期的方法。
02
胎盤是一個神秘的器官

當我問身邊的其他醫生是什么原因導致子癇前期病因時，似乎沒有共識以外的事實，先兆子癇是有關胎盤功能障礙。考慮到先兆子癇是如此普遍，這讓我感到驚訝和不滿意。對我來說，在一次輪班中看到兩三個先兆子癇的前期患者并不是什么稀奇的事。為什么一種疾病影響了這么多的婦女，并有潛在的毀滅性并發癥，怎么會沒有治療方法，而且人們對它的了解如此之少？這是我追求工作的動機也是作為我的論文工作的一部分。

03
從分子水平了解胎盤病理和發育

了解胎盤病理需要了解胎盤的形成和功能。在胎盤發育的早期，滋養層細胞必須連接并“替換”母體血管，以便將母體血液輸送到胎盤中進行營養交換。滋養層細胞是如何做到這一點的，這是一個很大的謎。我們知道滋養層細胞和內皮細胞具有許多相同的功能，它們形成血管和攜帶血液。滋養層細胞甚至表達許多傳統的內皮細胞分子，如血管內皮鈣粘蛋白，一種內皮細胞-細胞粘附蛋白。這種對內皮特性的適應性將滋養細胞稱為“血管擬態”。這些內皮基因會幫助滋養細胞連接母體血管嗎？如果他們失去這種能力會怎么樣？這是我們在最近發表在eLife 2上的論文中提出的問題。
04
VE-鈣粘蛋白對滋養層功能的影響

我們測試了VE-鈣粘蛋白的作用，通過創建一個小鼠模型，我們刪除VE-cadherin從滋養層細胞。這導致了一些事情。首先，胚胎生長受到限制，胎盤變小。其次，當我們通過組織學染色觀察這些胎盤時，我們發現胎盤中的母血明顯減少。這些結果表明，滋養層細胞如何連接到母體血管可能存在問題。最后，免疫熒光染色顯示滋養層細胞侵入胎盤母體側和連接母體血管的能力存在明顯缺陷。事實上，我們看到缺乏VE-cadherin的滋養層細胞完全無法置換母體血管，限制了母體血液有效地流入胎盤的能力（圖1）。這就解釋了為什么胚胎比預期的要小得多——它們得不到所需的營養。

Figure 1. Immunofluorescence staining of normal (left) and trophoblast VE-cadherin knockout (right) mouse placentas for trophoblasts (Cytokeratin 8, magenta), endothelial cells (Endomucin, green), and red blood cells (TER119, red). Nuclei are stained with DAPI (blue). White arrowheads point to persistence endothelial cells in VE-cadherin knockout placentas that should not be there. Images in bottom row are correlated to white boxes in top row. Image used with permission from Sung et al. 2022, eLife

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一種新的子癇前期小鼠模型

為了確保我們所看到的是子癇前期的生理反應，我們使用超聲波探頭來評估臍帶血流量。與我們在患者中所做的工作類似，我們可以利用各種超聲參數來計算臍帶阻力和脈動。我們的小鼠表現出增加的臍阻力和脈動，類似于先兆子癇患者所顯示的臨床參數，并表明胎盤中的血流量有問題。我們甚至能夠檢測到我們的胚胎中的心率減慢，這表明我們的胎兒處于危險之中。這些結果是一致的先兆子癇樣現象，并建議VE-鈣粘蛋白和一般血管擬態可能在滋養細胞和子癇前期發病機制中發揮重要作用。
06
未來的發展趨勢

那么為什么VE-cadherin對滋養層細胞特別重要呢？一個潛在的原因是VE-cadherin可能實際上介導了滋養細胞與母體血管內皮細胞的相互作用。這兩種細胞類型都表達VE-cadherin，因此VE-cadherin在滋養細胞中的表達實際上可能幫助它們粘附--并最終取代--母體血管中的內皮細胞。目前，我們正在開發體外系統來模擬這種相互作用。我們做這件事的方法之一是使用ibidi Culture-Insert。我一直在一邊培養內皮細胞，另一邊培養滋養層細胞，讓它們相互遷移(圖2)。我曾經寫過我對這個產品的絕對癡迷，但是培養兩種不同的細胞類型并觀察它們如何相互作用的能力只是突出了另一個獨特的優勢。這些類型的實驗對確定我們的研究結果所依據的機制是絕對有用的。

Figure 2. Endothelial cells (left) and trophoblast cells (right) were cultured in an ibidi µ-Dish 35 mm, high with a Culture-Insert 2 Well. Cells were allowed to migrate towards each other after removal of the insert prior to fixation, staining, and imaging. Cells were stained with an antibody against VE-cadherin (magenta), phalloidin for F-actin (cyan), and Cytokeratin 8 (yellow). Image used with permission from Derek Sung

我們對胎盤生物學的研究才剛剛起步。我希望下一代科學家將對婦女和生殖健康特別感興趣，因為這是一個科學和醫學領域，研究嚴重不足。我的夢想是有一天開一個自己的實驗室來研究胎盤的發育，這可能會為胎盤相關疾病的患者帶來新的治療方法。

07
參考文獻

Rana S, Lemoine E, Granger J, Karumanchi SA. Preeclampsia: Pathophysiology, Challenges, and Perspectives. Circ Res . 2019;124(7):1094-1112. doi:10.1161/CIRCRESAHA.118.313276
Sung DC, Chen X, Chen M, et al. VE-cadherin enables trophoblast endovascular invasion and spiral artery remodeling during placental development. Elife . 2022:1-17

Derek Sung — MD/PhD Student

Derek是賓夕法尼亞大學醫學院的醫學博士/博士生，從事發育和細胞生物學領域的工作。他的研究探討血管發育的機制，他在免疫熒光染色和共聚焦顯微鏡方面有專長。