探秘胎盘 X 染色体甲基化：打破常规，解锁孕期发育性别差异之谜

时间：2025年3月5日

来源：Biology of Sex Differences

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研究人员剖析人类胎盘 DNA 甲基化（DNAme）与 X 染色体失活（XCI）关系，发现独特甲基化景观，助力理解产前性别差异。

在生命的奇妙旅程中，胎盘作为孕育新生命的关键 “基地”，一直吸引着科学家们不断探索。人类胎盘的 DNA 甲基化（DNAme）模式与大多数器官截然不同，其基因组整体甲基化程度较低，尤其在部分甲基化区域（PMDs）和女性胎盘的失活 X 染色体（Xi）上更为明显。以往研究表明，在其他组织中，Xi 的 DNAme 对 X 染色体失活（XCI）至关重要，但在胎盘里，它的角色却充满神秘。而且，X 染色体相关的 DNAme 变化在胎盘里是如何影响 XCI，以及对产前发育和表型性别差异有何作用，这些问题都亟待解答。

为了揭开这些谜团，来自加拿大 BC 儿童医院研究所（BC Children’s Hospital Research Institute）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Biology of Sex Differences》杂志上，为我们理解胎盘的奥秘和产前发育的性别差异提供了重要线索。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：

构建样本队列：整合多个数据集的 DNAme 阵列数据，构建了多组织数据集、发现队列和复制队列。多组织数据集涵盖了妊娠各阶段的胎盘样本、胎儿膜、胎儿体细胞组织和脐带血样本；发现队列是用 EPIC 阵列分析的不同孕期的正常胎盘样本；复制队列则是用 450K 阵列分析的足月胎盘样本121314。
数据处理与分析：利用相关软件对 IDAT 文件进行处理，包括样本遗传身份确认、性别评估、细胞组成分析、探针过滤和数据归一化等。通过主成分分析（PCA）等方法，研究不同组织间 DNAme 的差异，以及 DNAme 与样本特征的关联1516。
功能注释与关联分析：对 CpG 位点进行功能注释，包括启动子、基因体、增强子等。将 DNAme 数据与之前研究的胎盘 XCI 状态数据进行关联分析，探究它们之间的关系1718。

研究结果如下：

胎盘具有独特的 X 染色体 DNAme 特征：通过 PCA 分析发现，胎盘的 X 染色体 DNAme 特征与其他组织明显不同，在 XX 样本中尤其突出。胎盘的 X 染色体 DNAme 分布与其他组织不重叠，且在 XX 样本中，其 X 染色体 β 值分布向左偏移，意味着更多低和中等程度的 DNAme。此外，胎盘的 Xi 启动子 DNAme 比其他组织少，且这种低 DNAme 现象不能完全由 PMD 或 LINE-1/SINE 重复元件占据来解释123。
胎盘 Xi DNAme 在孕期稳定：分析不同孕期的胎盘样本发现，X 染色体 DNAme 在孕期保持稳定，与孕期年龄无显著关联，即便调整细胞组成后也是如此。这表明胎盘 X 染色体 DNAme 模式在早期发育中就已确立4。
细胞组成影响胎盘 Xi 染色体 DNAme：在足月 XX 胎盘样本中，细胞组成与 X 染色体 DNAme 的前几个主成分相关。例如，PC1 与基质细胞和细胞滋养层细胞比例有关，PC2 与细胞滋养层细胞比例和出生体重 z 评分有关。这说明 X 染色体 DNAme 在胎盘主要细胞类型间可能存在差异56。
胎盘 X 染色体 DNAme 与基因沉默存在关联，但关系较弱：研究发现，胎盘 X 染色体启动子 DNAme 与基因受 XCI 影响的比例（proportion subject）之间存在适度相关性（R≈0.3）。在不同的功能区域，如启动子、转录起始位点（TSS）周围区域和增强子，DNAme 都与 proportion subject 有一定关联。不过，胎盘的这种关联比其他组织弱，且通过 DNAme 难以像在其他组织中那样准确区分基因的 XCI 状态789。
胎盘与脐带血中 DNAme 和 XCI 状态关系不同：对比胎盘和脐带血发现，在 XCI 相关的 DNAme 方面，两者存在差异。例如，在逃脱 XCI 的基因启动子上，胎盘的 DNAme 在两性中都较低；而脐带血在逃脱基因启动子上无显著性别差异，但在受 XCI 影响的基因启动子上，XX 样本的 DNAme 高于 XY 样本，且差异更大1011。

研究结论和讨论部分指出，该研究证实了胎盘 DNAme 的独特性，尤其是 Xi 的低甲基化景观。胎盘 X 染色体 DNAme 模式可能与滋养层细胞的特征有关，并且在早期发育中就已形成。虽然胎盘大部分基因的 XCI 状态与体细胞组织一致，但许多受 XCI 影响或可变逃脱 XCI 的基因，其启动子 DNAme 水平比其他组织低，这表明 Xi 的启动子 DNAme 在维持胎盘许多基因的 XCI 方面可能不像在其他组织中那样关键。

这项研究也存在一定局限性，比如缺乏等位基因分辨的 DNAme 测量，限制了对 X 染色体相关 DNAme 特征的解读。未来研究可借助长读测序等技术，更好地区分 Xi 和活性 X 染色体（Xa）的 DNAme 特征，同时结合匹配的 DNAme 和 RNA 表达数据，进一步探究胎盘 DNAme 与 XCI 的关系。总体而言，该研究为深入理解胎盘的发育机制和产前发育中的性别差异奠定了重要基础，为后续研究指明了方向。