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近日，北理工生命學院董磊教授團隊肖振宇副教授與中國科學院動物研究所王紅梅研究員、中國科學院遺傳與發育生物學研究所陸發隆研究員以及北京大學第三醫院李蓉教授合作論文“Single-nucleus multi-omic profiling of human placental syncytiotrophoblasts identifies cellular trajectories during pregnancy”在《Nature Genetics》期刊發表。

胎盤是妊娠期間胎兒生存和發育必需的多功能器官，構成胎盤的主要細胞類型是不同種類的滋養層細胞，其中細胞滋養層細胞（cytotrophoblast cells, CTBs）可作為祖細胞分化為單核的絨毛外滋養層細胞（extravillous trophoblast cells, EVTs）和多核的合體滋養層（syncytiotrophoblast, STB）。STB執行激素合成、免疫防御和物質運輸等多種關鍵功能，至足月分娩時STB中的細胞核數量增加到580億之多。盡管STB細胞核之間存在差異是已知的，但其異質性的調控機制遠未被闡釋清楚。

為解決以上重大科學難題，該研究利用單細胞核RNA和ATAC測序技術（snRNA-seq和snATAC-seq）、人類滋養層干細胞（human trophoblast stem cells, hTSCs）和基于hTSCs構建的滋養層類器官等體系系統揭示了妊娠不同時期STB細胞核的動態異質性、發育軌跡、功能以及譜系特異性的轉錄因子調控網絡，為胎盤功能異常相關妊娠并發癥的研究提供了重要理論支撐。中國科學院動物研究所和中國科學院遺傳與發育生物學研究所聯合培養博士后王美蛟、蘇州大學附屬獨墅湖醫院副研究員劉亞偉、中國科學院動物研究所博士研究生孫潤、北京大學第三醫院博士后劉芬婷為該研究的共同第一作者。北京理工大學碩士研究生李佳倩為第二作者，碩士研究生謝鑫煒為共同作者。

妊娠早期和晚期人類胎盤snRNA-seq和snATAC-seq分析。A. 實驗設計示意圖。B. snRNA-seq細胞核UMAP圖。C. snATAC-seq細胞核UMAP圖。D. 整合snRNA-seq和snATAC-seq數據的細胞核UAMP圖。

本研究從表達和表觀遺傳角度描述人類妊娠不同時期STB細胞核的異質性、分化軌跡及調控機制，挖掘出妊娠早期、晚期調控各STB譜系的核心轉錄因子，對人類STB譜系動態發育調控機制的理解及未來研究人類胎盤發育和相關疾病的發病機制提供了重要的理論與數據支撐。

論文的第一單位為中科院動物所，第二單位為北京理工大學。本研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委員會重大項目、中國科學院基礎研究領域優秀青年團隊項目等的資助。