圖片來源：Pixabay
撰文 | 石云雷
審校 | 吳非
每當一個胎兒降生，其母親體內就會有一個胎盤脫落，并離開子宮。胎盤在孕婦體內存在的時間僅9個多月，但它在繁育后代的過程中至關重要。它的一端連接著母親的子宮壁，另一端連接著胎兒的血液系統(tǒng)。胎盤能將兩者的血液系統(tǒng)分開，避免了母親體內的免疫細胞進入胎兒體內，導致其死亡。但與此同時，它又能將母親體內的營養(yǎng)物質、氧氣和抗體等傳遞給胎兒，幫助其正常地生長和發(fā)育。
特殊的起源
雖然胎盤極其重要，但相比于人體的其他器官，我們對它的關注較少。近年來，關于胎盤如何出現和其連接子宮壁的獨特方式，引起了一些科學家的興趣。據相關研究，胎盤出現的時間可以追溯到2億~1.5億年前，當時一些動物的生育方式開始由卵生轉變?yōu)樘ド?。Edward B. Chuong是科羅拉多大學的基因組學家，他在分析人胎盤細胞的基因時，發(fā)現其中一些明顯不是人類的基因，而是來自逆轉錄病毒。
圖片來源：維基百科
類似于HIV，這些逆轉錄病毒通過逆轉錄整合到人體的基因組中。在2018年一篇發(fā)表于PLoS子刊的文章中，Chuong發(fā)現一個來自于逆轉錄病毒的基因，能通過表達合胞素（Syncytin-1），促進胎盤中合胞體滋養(yǎng)層（syncytiotrophoblast）的合成。這是胎盤最外層的細胞，它與子宮壁相連，分離母體和胎兒的血液系統(tǒng)，同時保證兩者之間的物質交換。
在胎盤中，逆轉錄病毒的基因還能控制由胎盤分泌的促腎上腺皮質激素釋放激素（corticotropin-releasing hormone）的水平，進而控制胎兒的生長狀態(tài)和出生時間。當這種激素的水平異常時，可能會導致早產、新生兒體重過輕等現象。
在Chuong看來，這是一個外來的病毒基因被人體馴化的結果。這些逆轉錄病毒的基因整合到哺乳動物的基因組中，和其他基因一起協同發(fā)揮功能，進而徹底改變哺乳動物生育后代的方式。這種方式帶來了更多的益處，如增加后代的存活幾率。但對人類來說，這種生殖方式在帶來諸多優(yōu)勢的同時，也展現出意料之外的負面影響。
癌癥變嚴重的原因
一些科學家注意到，在不同的哺乳動物中，黑色素瘤的擴散情況并不相同。相比于牛和馬等，人類抵抗腫瘤細胞擴散的能力更弱。耶魯大學的科學家在2019年發(fā)表于《自然·生態(tài)與演化》的研究中揭示了部分原因。哺乳動物胎盤中的合胞體滋養(yǎng)層，能實現母親和胎兒之間的物質交換。但這些細胞入侵雌性子宮內膜的方式，十分類似于癌細胞進入正常組織中的細胞間質的過程。另一項研究發(fā)現，在哺乳動物中，當滋養(yǎng)層細胞的入侵性越強時，其體內的多種癌癥（包括皮膚癌、乳腺癌和軟組織瘤）或許更容易擴散。
耶魯大學的科學家表示，胎盤與子宮壁的連接方式，是各種哺乳動物在后期獨立演化出的結果。而人類的癌癥更容易轉移，可能是后期演化中妥協的結果——細胞的侵襲性更強時，也意味著胎兒能得到更多的營養(yǎng)，從而更好地發(fā)育。但這些滋養(yǎng)層細胞為什么具有更強的侵襲性？研究人員并沒有給出解釋。
近期，在一篇發(fā)表于《自然》的論文中，科學家或找到了一個能解釋這一現象的原因：實際上，在胎盤中的滋養(yǎng)層細胞與癌細胞十分相似，有著大量基因突變。這也意味著在母親懷孕期間，胎兒或時刻與這些危險的細胞相伴。
由“癌細胞”組成的胎盤
在研究中，英國維康桑格研究所和劍橋大學的科學家從37個胎盤中分離了86個胎盤細胞組織樣本。通過對這些樣本的全基因組測序，他們發(fā)現其中近一半的細胞存在基因突變，包含大量單堿基置換。其中，SBS18在胎盤細胞中最為常見，這種單堿基置換導致了細胞中近43%的突變。
圖片來源：Pixabay
除了單堿基置換，這些胎盤細胞樣本中還存在其他類型的基因突變，例如小片段堿基的插入、刪除，以及基因拷貝數的改變。近一半的胎盤細胞樣本中至少存在一處基因拷貝數改變；其中一個樣本還出現了染色體異常，擁有3條10號染色體。但在臍帶的間充質細胞（成纖維細胞、肌肉細胞等的混合物）和胎兒細胞中，就不存在這樣嚴重的基因突變情況。
研究人員猜測，由于胎盤是一個暫時、多余的器官，因此在大多數組織中，用來保護染色體和基因組的機制，在胎盤滋養(yǎng)層中并不會發(fā)揮作用。例如，上段中有3條10號染色體的現象，在胎兒體內并不沒有出現，這是由于受精卵中的三染色體救援（Trisomic rescue）過程清除了一條10號染色體。
研究團隊在對胎盤不同區(qū)域的滋養(yǎng)層細胞進行測序時，還發(fā)現了一個有趣的現象：在單個滋養(yǎng)層細胞群內部，細胞中基因的相似性很高；但不同滋養(yǎng)層細胞群之間，基因突變的差異卻很明顯。這提示單個滋養(yǎng)層細胞群或由一個祖細胞演化而來。祖細胞在多次復制時，基因突變會逐漸累積。隨后，它和其他胎盤細胞群拼接成胎盤，形成一個由具有不同“癌變”特征的細胞群拼接起來的“馬賽克”。
該文章的通訊作者、劍橋大學的Steve Charnock-Jones教授說：“這項研究首次證實，胎盤的組織結構與其他人體器官不同。事實上，它就像不同的腫瘤細胞拼接起來的。與人體其他健康的組織相比，它的基因突變率和一些突變模式高得有點離譜。”
那么這些突變的胎盤細胞對胎兒有害嗎？此前的研究表明，胎盤中的染色體畸變會導致1%~2%的生殖異常。在胎盤中，細胞的基因突變會導致胎盤功能不全，且還會誘發(fā)多種產科并發(fā)癥，例如早產、胎兒死亡和胎兒宮內生長受限等。
在這項新研究中，科學家發(fā)現，一些新生兒易患的癌癥（例如成神經細胞瘤和橫紋肌肉瘤）中也存在大量SBS18類型的單堿基置換。當胎兒還在子宮發(fā)育時，這些癌癥的種子就已經形成，這或與胎盤細胞具有一定的相關性。研究人員表示，這一研究建立起了胎盤基因異常和新生兒狀態(tài)之間的聯系。使用更大樣本進行后續(xù)研究，或將有助于揭示在懷孕期間，母親或胎兒出現并發(fā)癥或其他疾病的原因。
聯系客服
