免疫荧光染色和共聚焦显微胎盘发育和病理的分子研究的应用

浏览次数：2339　发布日期：2022-10-17　来源：本站　仅供参考，谢绝转载，否则责任自负

也许没有一个器官像胎盘一样被低估了。它是形成的第一个器官，但在生命的宏伟计划中，它只和我们在一起很短的一段时间。它是一个迷人的器官，母亲和胎儿的组成部分，以复杂的方式相互作用，以确保有效的营养交换，以滋养胎儿。对于这样一个短命的器官，它对我们的健康有着深远的、终身的影响。胎盘的缺陷与先天性心脏病、神经发育障碍、甚至代谢性疾病有关。考虑到它在促进胎儿生长方面所做的一切，它在出生后经常被随意地扔进生物危害箱，这似乎是可笑的。

01
为什么我对胎盘生物学感兴趣

我记得第一次是在我作为一名医学生在分娩和分娩的时候对胎盘生物学产生兴趣的。观看活的分娩是我们这些难忘的经历之一，作为医学院的学生，作为我们训练的一部分，我们有幸体验到这些经历。大多数怀孕和分娩都是简单而顺利的，但作为在培训中的医生，我们会了解好的和坏的。我看到的最常见的妊娠并发症之一是子痫前期。子痫前期是一种高血压妊娠疾病，据估计将影响全球5-7%的妊娠，每年造成7万名产妇死亡和50万例胎儿死亡。这意味着子痫前期影响多达四分之一的怀孕。子痫前期可引起母体器官损害，胎儿生长受限，早产等并发症。尽管它对母亲和胎儿健康有重大影响，但目前除了分娩婴儿和胎盘外，没有治疗子痫前期的方法。
02
胎盘是一个神秘的器官

当我问身边的其他医生是什么原因导致子痫前期病因时，似乎没有共识以外的事实，先兆子痫是有关胎盘功能障碍。考虑到先兆子痫是如此普遍，这让我感到惊讶和不满意。对我来说，在一次轮班中看到两三个先兆子痫的前期患者并不是什么稀奇的事。为什么一种疾病影响了这么多的妇女，并有潜在的毁灭性并发症，怎么会没有治疗方法，而且人们对它的了解如此之少？这是我追求工作的动机也是作为我的论文工作的一部分。

03
从分子水平了解胎盘病理和发育

了解胎盘病理需要了解胎盘的形成和功能。在胎盘发育的早期，滋养层细胞必须连接并“替换”母体血管，以便将母体血液输送到胎盘中进行营养交换。滋养层细胞是如何做到这一点的，这是一个很大的谜。我们知道滋养层细胞和内皮细胞具有许多相同的功能，它们形成血管和携带血液。滋养层细胞甚至表达许多传统的内皮细胞分子，如血管内皮钙粘蛋白，一种内皮细胞-细胞粘附蛋白。这种对内皮特性的适应性将滋养细胞称为“血管拟态”。这些内皮基因会帮助滋养细胞连接母体血管吗？如果他们失去这种能力会怎么样？这是我们在最近发表在eLife 2上的论文中提出的问题。
04
VE-钙粘蛋白对滋养层功能的影响

我们测试了VE-钙粘蛋白的作用，通过创建一个小鼠模型，我们删除VE-cadherin从滋养层细胞。这导致了一些事情。首先，胚胎生长受到限制，胎盘变小。其次，当我们通过组织学染色观察这些胎盘时，我们发现胎盘中的母血明显减少。这些结果表明，滋养层细胞如何连接到母体血管可能存在问题。最后，免疫荧光染色显示滋养层细胞侵入胎盘母体侧和连接母体血管的能力存在明显缺陷。事实上，我们看到缺乏VE-cadherin的滋养层细胞完全无法置换母体血管，限制了母体血液有效地流入胎盘的能力（图1）。这就解释了为什么胚胎比预期的要小得多——它们得不到所需的营养。

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

05
一种新的子痫前期小鼠模型

为了确保我们所看到的是子痫前期的生理反应，我们使用超声波探头来评估脐带血流量。与我们在患者中所做的工作类似，我们可以利用各种超声参数来计算脐带阻力和脉动。我们的小鼠表现出增加的脐阻力和脉动，类似于先兆子痫患者所显示的临床参数，并表明胎盘中的血流量有问题。我们甚至能够检测到我们的胚胎中的心率减慢，这表明我们的胎儿处于危险之中。这些结果是一致的先兆子痫样现象，并建议VE-钙粘蛋白和一般血管拟态可能在滋养细胞和子痫前期发病机制中发挥重要作用。
06
未来的发展趋势

那么为什么VE-cadherin对滋养层细胞特别重要呢？一个潜在的原因是VE-cadherin可能实际上介导了滋养细胞与母体血管内皮细胞的相互作用。这两种细胞类型都表达VE-cadherin，因此VE-cadherin在滋养细胞中的表达实际上可能帮助它们粘附--并最终取代--母体血管中的内皮细胞。目前，我们正在开发体外系统来模拟这种相互作用。我们做这件事的方法之一是使用ibidi Culture-Insert。我一直在一边培养内皮细胞，另一边培养滋养层细胞，让它们相互迁移(图2)。我曾经写过我对这个产品的绝对痴迷，但是培养两种不同的细胞类型并观察它们如何相互作用的能力只是突出了另一个独特的优势。这些类型的实验对确定我们的研究结果所依据的机制是绝对有用的。

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

我们对胎盘生物学的研究才刚刚起步。我希望下一代科学家将对妇女和生殖健康特别感兴趣，因为这是一个科学和医学领域，研究严重不足。我的梦想是有一天开一个自己的实验室来研究胎盘的发育，这可能会为胎盘相关疾病的患者带来新的治疗方法。

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参考文献

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是宾夕法尼亚大学医学院的医学博士/博士生，从事发育和细胞生物学领域的工作。他的研究探讨血管发育的机制，他在免疫荧光染色和共聚焦显微镜方面有专长。