Nature重磅：胎盘的基因组结构竟类似于肿瘤！更像遗传缺陷的“垃圾桶”，这到底是为何？

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Inherent mosaicism and extensive mutation of human placentas”的研究报告中，来自英国桑格学院研究所等机构的科学家们通过研究证实，胎盘的正常结构与其他人体器官或许并不相同，但却与肿瘤相似，并携带有许多在儿童癌症中发现的相同基因突变。

文章中，研究人员提出证据支持了胎盘是遗传缺陷的“垃圾桶”这一理论，而胎儿则能够纠正或避免这些错误，这一研究结果为研究基因突变和出生结局之间的关联提供了明确的证据，从而就能帮助科学家们更好地理解诸如早产和死产等问题。

在女性怀孕的最初一段时间，受精卵会植入到子宫壁，并开始从一个细胞分裂成多个细胞；细胞会分化为多种细胞类型，其中一部分细胞就会形成胎盘；大约在怀孕10周左右，胎盘就开始形成并会进入到母体的血液循环中，为胎儿提供氧气和营养物质，并帮助清除废物且能调节关键的激素水平。

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长期以来，科学家们知道，胎盘不同于机体其它器官，在1%-2%的妊娠中，一些胎盘细胞中的染色体数目与胎儿机体细胞中的染色体数目不同，这种基因缺陷对于胎儿是致命的，但胎盘通常能够正常发挥作用。尽管遗传因素很强大，但胎盘的问题还是会对母体和未出生的胎儿产生伤害，比如胎儿生长受限甚至死胎等。

这项研究中，研究人员首次对人类胎盘的基因组结构进行高分辨率地分析。科学家们对来自42份胎盘的86份活检组织和106个微切面进行了全基因组测序分析，这些样本取自每个器官的不同区域。

研究人员发现，每一份活检样本都是遗传上不同的“克隆扩增”（clonal expansion），即有一个共同的祖先进化而来的细胞群体。这就表明，人类胎盘的形成和癌症的发生之间存在着明显的平行关系。

研究人员还识别出了在儿童癌症中常见的特殊突变模式，比如神经母细胞瘤和横纹肌肉瘤等，而且胎盘中这些突变的数量甚至还高于癌症本身。研究者Steve Charnock-Jones说道，本文研究首次证实，胎盘的组织结构与其他人类器官并不相同，事实上，其更像是肿瘤的拼凑体，与其他健康的人类组织相比，胎盘中的基因突变率和模式也相当高。

紧接着研究人员利用系统发育分析，重新追溯从受精卵的第一次细胞分类开始到细胞谱系的形成和进化过程，从而就发现了证据来支持胎盘能够耐受主要的遗传缺陷这一理论。在一份活检组织中，研究人员观察到，每个细胞中都有三个拷贝的10号染色体，其中两个拷贝来自于母亲，一个来自于父亲，而并非各有1个来自于其父母。但其它来自相同胎盘和胎儿的活检组织的细胞中却都含有2个拷贝的10号染色体，其都来自于母亲，诸如此类染色体拷贝数的错误在任何其他组织中都是一个重大的遗传缺陷。

研究者Gordon Smith说道，这项研究中我们揭示了诸如染色体拷贝数错误这样严重的遗传缺陷是如何被胎儿所解决的，这种错误原本存在于受精卵中。然而，衍生的细胞群体却拥有正确的10号染色体拷贝数，而胎盘的部分细胞却未能进行这种校正。此外胎盘还提供了另外一个线索，即胎儿从父母一方遗传了染色体的两个拷贝，这本身就可能会导致问题的出现。如今研究人员确定了胎盘中的遗传异常与胎儿出生结局之间的关联，后期他们将会使用更大的样本量来帮助揭开女性孕期所出现的并发症和多种疾病发生的分子机制。

最后研究者Sam Behjati说道，胎盘类似于人类基因组的“西部荒野”，其结构与任何其他健康的人类组织都完全不同。但胎盘却能保护胎儿免于遗传缺陷所产生的影响，但同样地，人类所面临的与胎盘相关的疾病负担依然很重。本文研究结果为研究人员揭示胎盘的遗传异常和胎儿出生结局之间的关联提供了新的研究线索和思路，后期他们将会进一步深入研究二者之间的关联和其中的分子机制。

参考资料：

【1】Coorens， T.H.H.， Oliver， T.R.W.， Sanghvi， R. et al. Inherent mosaicism and extensive mutation of human placentas. Nature (2021). doi：10.1038/s41586-021-03345-1

【2】Placenta is a dumping ground for genetic defects by Wellcome Trust Sanger Institute