胎盘是遗传缺陷的垃圾场

对人类胎盘基因组结构的首次研究证实，胎盘的正常结构不同于任何其他人类器官，与肿瘤的正常结构相似，与儿童癌症中发现的许多基因突变相同。

在第一项研究基因组结构的人类胎盘,威康基金会桑格研究所的科学家们,剑桥大学和他们的合作者已经证实胎盘的正常结构不同于任何其他的人体器官,类似于肿瘤,窝藏许多相同的基因突变在儿童癌症。

这项研究发表在今天(2021年3月10日)的《自然》杂志上，发现了支持胎盘是基因缺陷“垃圾场”的理论的证据，而胎儿可以纠正或避免这些错误。为了更好地理解早产和死产等问题，这些发现为研究遗传变异和分娩结果之间的联系提供了一个明确的理论基础。

在怀孕的最初几天，受精卵植入子宫壁，并开始从一个细胞分裂成许多细胞。细胞分化成各种类型的细胞，其中一些会形成胎盘。在怀孕的第10周左右，胎盘开始进入母亲的循环系统，为胎儿获取氧气和营养物质，清除废物，调节关键激素*。

人们早就知道胎盘不同于其他人体器官。在1%到2%的妊娠中，一些胎盘细胞的染色体数量与胎儿细胞的染色体数量不同——这是一种可能对胎儿致命的基因缺陷，但与此同时胎盘的功能通常还算正常。

尽管有这样的遗传优势，胎盘的问题仍然是对母亲和未出生的孩子造成伤害的主要原因，例如生长受限甚至死产。

这项新研究是第一次对人类胎盘基因组结构的高分辨率调查。英国威康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)和剑桥大学(University of Cambridge)的科学家们对42例胎盘进行了86次全基因组测序和106次显微切片，样本取自每个器官的不同部位。

研究小组发现，每一个活组织检查都是一个基因上截然不同的“克隆扩增”——一个从单一共同祖先进化而来的细胞群——这表明人类胎盘的形成和癌症的发展之间有明显的平行关系。

分析还发现了在儿童癌症中常见的特定突变模式，如神经母细胞瘤和横纹肌肉瘤，这些突变在胎盘中的数量甚至高于癌症本身。

剑桥大学的史蒂夫·查诺克-琼斯教授是该研究的资深作者，他说:“我们的研究首次证实，胎盘的组织结构与其他人体器官不同，事实上，它就像一块拼凑起来的肿瘤。”与其他健康的人体组织相比，基因突变的比率和模式也高得令人难以置信。”

研究小组利用系统发育分析追溯了受精卵第一次细胞分裂时细胞谱系的进化过程，并发现了支持胎盘能够容忍主要基因缺陷的证据。

在一次活检中，研究人员在每个细胞中都观察到了10号染色体的三个副本，两个来自母亲，一个来自父亲，而不是通常的双亲各一个副本。但来自同一胎盘和胎儿的其他活组织检查携带了两个10号染色体的拷贝，都来自母亲。在任何其他组织中，像这样的染色体拷贝数错误将是一个主要的遗传缺陷***。

来自剑桥大学的戈登·史密斯教授是这项研究的资深作者，他说:“观察像染色体拷贝数错误这样严重的基因缺陷是如何被婴儿而不是胎盘消除的，这很有趣。”这个错误可能存在于受精卵中。然而，衍生细胞群，最重要的是那些继续形成孩子的细胞群，拥有正确数量的10号染色体，而胎盘的某些部分却未能做出这种修正。胎盘还提供了一个线索，即婴儿从父母一方遗传了染色体的两个副本，这本身可能会导致问题。”

现在胎盘基因变异和分娩结果之间的联系已经建立，进一步的研究使用更大的样本量可以帮助揭示怀孕期间出现并发症和疾病的原因。

该研究的资深作者、来自维康桑格研究所的萨姆·贝贾蒂博士说:“胎盘类似于人类基因组的‘狂野西部’，其结构与任何其他健康人体组织完全不同。”它有助于保护我们不受基因缺陷的影响，但同样，胎盘也会带来很高的疾病负担。我们的研究结果为我们在高分辨率和大规模研究胎盘基因畸变和分娩结果之间的联系提供了理论依据。”

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联系方式:

剑桥大学桑格学院，CB10 1SA电话:[phone]电子邮件:[e-mail]

编辑笔记:

 

*内分泌学会有更多关于胎盘在怀孕期间作用的信息:https://www.yourhormones.info/glands/placenta/

**所有样本均来自妊娠结局预测(POP)研究:https://www.obgyn.cam.ac.uk/research/pops-2/

*** Yourgenome.org有更多关于染色体和基因错误如何影响健康的信息:https://www.yourgenome.org/facts/what-is-a-chromosome-disorder

 

出版:

Tim H. H. corens, Thomas R. W. Oliver and Rashesh Sanghvi et al.(2021)。体细胞突变揭示了广泛的嵌合体和突变在人类胎盘。大自然。DOI: https://doi.org/10.1038/s41586 - 021 - 03345 - 1

 

资助:

这项研究由惠康和剑桥生物医学研究中心国家健康研究所(NIHR)资助。

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NIHR

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