IF=19.8 | 中科院動(dòng)物研究所在Cell子刊發(fā)表重要研究成果

2024年7月30日，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所在國際學(xué)術(shù)期刊Cell Stem Cell發(fā)表一項重要研究成果，題為：Acetyl-CoA metabolism maintains histone acetylation for syncytialization of human placental trophoblast stem cells。該研究通過(guò)表觀(guān)組學(xué)、轉錄組和非靶向代謝組學(xué)分析研究了人胎盤(pán)中原發(fā)性CTBs和hTSCs向STBs分化過(guò)程中葡萄糖相關(guān)的代謝組學(xué)特征，并揭示了CTBs和hTSCs從高糖酵解到STBs基礎糖酵解水平的轉變。

文章標題：Acetyl-CoA metabolism maintains histone acetylation for syncytialization of human placental trophoblast stem cells

期刊名稱(chēng)：Cell Stem Cell

影響因子：19.8

合作單位：中國科學(xué)院動(dòng)物研究所

研究對象：人類(lèi)妊娠早期胎盤(pán)樣本和人類(lèi)滋養層干細胞(hTSCs)

研究方法：轉錄組、表觀(guān)組學(xué)和非靶向代謝組學(xué)等

百邁客生物為該研究提供了轉錄組和非靶向代謝組檢測和分析服務(wù)。

研究背景

在妊娠期間，胎盤(pán)是連接母體和胎兒的重要瞬時(shí)器官，不斷向胎兒輸送氧氣、營(yíng)養物質(zhì)和代謝物，維持胎兒的正常生長(cháng)發(fā)育。胎盤(pán)發(fā)育是一個(gè)復雜的過(guò)程，包括胚泡期單層胚滋養外胚層(TE)向致密、多核、多細胞和多層器官的轉變。在懷孕期間，胎盤(pán)和胎兒的營(yíng)養分配對胎兒和母親的健康至關(guān)重要。然而，胎盤(pán)滋養細胞中營(yíng)養物質(zhì)代謝和分配的調控機制尚不清楚。

實(shí)驗材料

從北京大學(xué)第三醫院(中國北京)治療性終止健康妊娠的6-8周的人正常絨毛組織收集。術(shù)后1小時(shí)內，將組織浸泡在冰凍的DMEM/F12培養基中，進(jìn)行原代細胞分離或組織固定。從新鮮人絨毛組織中分離到原代滋養細胞(CTBs和STBs)。將人絨毛組織倒搖3分鐘，通過(guò)100mm和38mm篩子，收集38mm篩子上殘留的STB。將殘留在100毫米屏幕上的絨毛組織浸泡在PBS中，修剪成2-3毫米的組織。然后，用0.25%的胰蛋白酶和DNase消化絨毛組織，在4℃，并通過(guò)75毫米篩子。離心收集細胞，在1.25%和2.5%牛血清白蛋白(BSA)中沉淀得到細胞滋養層細胞。

研究結果

1.組織學(xué)分析——糖酵解酶水平在合胞滋養細胞中顯著(zhù)降低

妊娠期間，STB是一種重要的胎盤(pán)滋養細胞，可介導代謝物交換，分泌多種激素，如人絨毛膜促性腺激素(hCG)、孕酮等。為了研究滋養細胞合胞過(guò)程中原代CTBs和STBs之間發(fā)生的代謝變化，該研究挖掘了之前人類(lèi)妊娠早期胎盤(pán)的單細胞RNA測序(RNA-seq)數據。結果發(fā)現，在RNA水平上，原代CTBs中糖代謝和TCA循環(huán)的多個(gè)關(guān)鍵酶的表達高于STB。

通過(guò)免疫組織化學(xué)和免疫熒光染色在孕早期人類(lèi)胎盤(pán)絨毛組織中，證實(shí)了許多關(guān)鍵的糖酵解酶，包括己糖激酶2 (HK2)、磷酸果糖激酶、血小板型(PFKP)、磷酸果糖激酶、肝型(PFKL)和乳酸脫氫酶A (LDHA)，確實(shí)在CTBs中比體內STBs更廣泛地表達(圖1A)。通過(guò)實(shí)時(shí)qPCR和免疫印跡(圖1B)繪制關(guān)鍵代謝酶的變化。結果顯示，糖酵解酶，包括己糖激酶1 (HK1)、HK2、PFKP、PFKL、丙酮酸激酶M1 (PKM1)、LDHA和乳酸脫氫酶B (LDHB)， CTBs均顯著(zhù)高于STBs(圖1B和1C)。線(xiàn)粒體生物發(fā)生相關(guān)轉錄因子PGC1a和細胞色素氧化酶(COX) IV在STBs中高表達，而糖原代謝酶肝糖原磷酸化酶(PYGL)和糖原1 (GYG1)在CTBs中高于STBs(圖1C)，與糖原的周期性酸-希夫(PAS)染色一致(圖1A)。在主要調控糖酵解酶的磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路中，CTBs中蛋白激酶B (AKT)、核糖體蛋白S6 (S6)和真核翻譯起始因子4E (4EBP1)的磷酸化水平顯著(zhù)高于STBs(圖1C左)。這些結果表明，糖酵解和糖原溶解的糖代謝途徑在合胞滋養細胞中顯著(zhù)減少，而OxPhos水平基本保持不變。

2.代謝組學(xué)分析——滋養細胞合胞化伴隨著(zhù)代謝的重構

為了更詳細地驗證CTBs和STBs之間的代謝差異，對妊娠早期胎盤(pán)中的原代CTBs和STBs進(jìn)行了代謝組學(xué)分析(圖2A)。相關(guān)熱圖、主成分分析(PCA)圖和代謝物豐度熱圖顯示，CTBs和STBs之間的代謝物存在顯著(zhù)差異。CTBs中葡萄糖代謝相關(guān)代謝物豐度高，包括3-磷酸甘油酸(3-PG)、乳酸、丙酮酸、蘋(píng)果酸、a-酮戊二酸等。STBs中富含脂肪酸代謝和激素代謝相關(guān)產(chǎn)物，包括雌酮、膽固醇、亞油酸等(圖2B)。CTBs和STBs的前20位代謝物也有顯著(zhù)差異。代謝物MSEA集富集分析(圖2C)和KEGG代謝物分析顯示CTBs主要富集于葡萄糖代謝和氨基酸代謝，包括Warburg效應、色氨酸、甘氨酸和絲氨酸代謝、糖酵解等。相比之下，STBs主要富集脂肪酸代謝和類(lèi)固醇激素合成相關(guān)通路，包括α -亞麻酸和亞油酸代謝、雌酮代謝、花生四烯酸代謝、類(lèi)固醇生物合成等。

此外，將代謝組學(xué)結果與葡萄糖代謝的蛋白質(zhì)分析結果聯(lián)合分析(圖2D)。結果表明，CTBs和STBs代謝產(chǎn)物的變化與代謝酶蛋白的變化一致。CTBs的糖酵解代謝物、3-PG、丙酮酸和乳酸明顯高于STBs(圖2D)。CTBs中TCA循環(huán)中的檸檬酸、α-酮戊二酸和蘋(píng)果酸明顯高于STBs(圖2D)。相比之下，STBs體內類(lèi)固醇激素代謝的相關(guān)關(guān)鍵代謝物較高，這與STBs合成激素的特點(diǎn)相一致。綜上所述，CTBs和STBs之間的代謝程序存在明顯差異。在高度增殖和未分化的CTBs中，葡萄糖代謝和氨基酸代謝更為活躍，而在有絲分裂后和分化的STBs中，脂肪酸代謝和類(lèi)固醇激素代謝更為活躍。

3.代謝組分析——葡萄糖代謝的基礎水平是滋養細胞合胞的必要條件

根據代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)分析結果，葡萄糖代謝水平在合胞后急劇下降到基礎水平。許多研究表明，葡萄糖代謝的變化對決定干細胞的命運和分化很重要，因此，研究推測糖代謝與滋養細胞合胞之間存在重要聯(lián)系。為了在體外微擾實(shí)驗中模擬滋養細胞的合胞過(guò)程，該研究使用了hTSC培養和融合分化系統。再次檢測hTSCs在中誘導合胞前和合胞過(guò)程中相關(guān)代謝酶的蛋白和RNA水平。糖酵解的結論與原代CTBs和STBs的結果基本一致。

為了探索葡萄糖代謝對滋養細胞合胞過(guò)程的功能影響，該研究分別在未分化的hTSCs(在滋養細胞干細胞(TS)培養基中培養4天，TS- d4)和分化的STB(在STB培養基中培養4天，STB- d4)中使用HK抑制劑2-脫氧葡萄糖(2-DG)和LDH抑制劑oxamate抑制糖酵解的上游和下游速率限制步驟(圖3A)。由于糖代謝降低與STB分化相關(guān)(圖1、2)，研究者最初假設糖酵解抑制應該促進(jìn)合胞化。但是結果發(fā)現，與未分化的hTSCs相比，僅保留基礎糖酵解水平的合胞hTSCs對糖酵解的減少比較敏感。

4.代謝組分析——糖酵解代謝產(chǎn)物的較佳水平促進(jìn)滋養細胞合胞

接下來(lái)，該研究使用糖酵解的關(guān)鍵代謝物，包括葡萄糖、丙酮酸和醋酸酯(用于補充細胞內乙酰輔酶A)，來(lái)探索糖酵解代謝物對人滋養細胞合胞的影響。結果表明，隨著(zhù)葡萄糖濃度的增加，從5到18 mM，STB-D4細胞中HCGB以及SDC1、ERVFRD1、ERVW1、GCM1、PSG4和CYP19A1的表達逐漸增強，滋養細胞的合胞化程度逐漸增強(圖3D)。丙酮酸處理在未分化的hTSCs和正在合胞的hTSCs中導致了類(lèi)似的反應，即一定濃度范圍內（10 mM）的代謝物增加了滋養細胞的合胞 (圖3E)。同樣，在一定濃度范圍內，乙酸也顯著(zhù)促進(jìn)滋養細胞合胞(圖3F)，在超高濃度下，HCGB、GCM1、PSG4和CYP19A1被顯著(zhù)抑制(圖3)。特別指出，糖酵解藥物和中間體對HTSCs和STBs的合胞有特異性作用，但對未分化的htsc沒(méi)有特異性作用。因此，涉及STB特異性信號傳導，并且調節滋養層合胞化可能需要較佳水平的基礎糖酵解物質(zhì)。

5.代謝組分析——乙?；拇x調節對合胞作用至關(guān)重要

實(shí)驗表明，糖酵解產(chǎn)物顯著(zhù)抑制hTSCs的合胞，而最佳水平的乙酸促進(jìn)hTSCs的合胞。為了反向確定最關(guān)鍵的糖酵解代謝物，該研究探索了最下游的糖酵解代謝物乙酰輔酶A(由乙酸補充)是否可以挽救糖酵解抑制對合胞的影響。結果顯示，在糖酵解抑制的情況下，乙酸能顯著(zhù)恢復STB-D4中HCGB和SDC1的表達水平(圖4A-4C)。融合指數結果證實(shí)了合胞恢復以劑量依賴(lài)的方式(圖4D和4E)。然而，當乙酸濃度過(guò)度增加到50 mM時(shí)，STBs細胞形態(tài)發(fā)生異常，引發(fā)細胞死亡，HCGB和SDC1基因表達無(wú)法檢測(圖4A)。因此使用10mM醋酸鹽用于所有其他實(shí)驗。實(shí)驗顯示，低濃度20 mM的草酸鹽對活死染色、線(xiàn)粒體膜電位、總蛋白、ADP/ATP比率和NAD+/NADH比率的影響不顯著(zhù)或輕微，但通過(guò)靶向LC-MS/MS檢測，乙酰輔酶A顯著(zhù)降低。10 mM醋酸鹽可使其乙酰輔酶A水平恢復正常。這些結果表明，乙酰輔酶A可能對滋養細胞的合胞作用很重要。

有報道稱(chēng)，由于乙酰轉移酶具有較高的Km，細胞內乙酰輔酶a可以作為蛋白質(zhì)乙?；牡孜锊⒅苯诱{控蛋白質(zhì)乙?；?，從而直接影響細胞的命運。例如，組蛋白乙?；拇x調節對染色質(zhì)狀態(tài)轉變至關(guān)重要。為了廣泛調查蛋白質(zhì)乙?；淖兓?，該研究對乙酰賴(lài)氨酸進(jìn)行了免疫印跡特異性檢測。結果顯示，未分化hTSCs的乙酰賴(lài)氨酸水平對草酸鹽相對不敏感，對乙酸補充也不敏感，除了在- 55 kDa處可能代表乙酰微管蛋白的條帶(圖4F、4G)。相反，分化STBs的乙酰賴(lài)氨酸水平被草酸鹽顯著(zhù)降低，并被乙酸鹽顯著(zhù)恢復(圖4F和4G)。特別是，組蛋白(H3和H4, 10-15 kDa)乙?；瘜σ宜岜憩F出明顯的劑量依賴(lài)性反應。因此，該研究檢測了乙酸鹽和草酸鹽處理的TS-D4和STB-D4細胞中乙?；? h3和乙?；? h4k16的水平。結果顯示，草酸鹽對未分化hTSCs中H3和H4K16的乙?；接绊懖淮?，但顯著(zhù)抑制STB-D4中H3和H4K16的乙?；?圖4H、4I)。在草酸處理的細胞中分別添加5和10 mM乙酸時(shí)，H4K16乙?；皆趧┝恳蕾?lài)性反應中表現出最大的梯度，而H3乙?；?，包括H3K9/18/27乙?；?，在劑量依賴(lài)性反應中表現出較平緩的梯度(圖4H、4I和SGM – s5p)。

綜上所述，該研究表明，適當的乙酸濃度可以緩解糖酵解抑制對合胞的抑制。草酸鹽的糖酵解抑制降低了STBs糖酵解乙酰輔酶A的基礎產(chǎn)生，從而降低了滋養細胞合胞過(guò)程中組蛋白乙?；乃?。因此，適當補充乙酸可以恢復細胞內乙酰輔酶A的水平，從而恢復正常的蛋白質(zhì)乙?；?，特別是組蛋白H3和H4乙?；?，并恢復正常的滋養細胞合胞(圖4J)。因此，糖酵解乙酰輔酶A的基礎水平對于調節組蛋白乙?；蚳TSC合胞是至關(guān)重要的。

6.轉錄組分析——RNA-seq顯示糖酵解乙酰輔酶A代謝是促進(jìn)滋養細胞合胞程序所必需的

為了進(jìn)一步表征乙酸如何在滋養細胞合胞過(guò)程中恢復糖酵解抑制的作用，作者對經(jīng)草酸和乙酸處理的TS-D4和STB-D4細胞進(jìn)行了RNA測序(N = 8個(gè)樣本)。相關(guān)熱圖分析和主成分分析顯示，經(jīng)草酸和乙酸處理的未分化hTSCs的基因表達變化無(wú)明顯變化(圖5A)。然而，對于正常的STB-D4 (STB_c)，草酸處理(STB_ox)導致轉錄組發(fā)生劇烈變化，而5和10 mM乙酸處理(STB_oa5, STB_oa10)逐漸使轉錄組恢復正常(圖5A)?；蚣患治?GSEA)進(jìn)一步證實(shí)未分化的hTSCs被富集用于糖酵解，而分化的STBs則被富集用于類(lèi)固醇激素基因(圖5B)。這些轉錄組結果再次強調了未分化的hTSCs對草酸或乙酸鹽不敏感，而分化的STBs對草酸抑制和乙酸鹽拯救高度敏感。

根據翻轉圖(圖5C)，被草酸 (STB_ox)特異性下調但被乙酸(STB_oa5或STB_oa10)逆轉的基因表現出強烈的劑量依賴(lài)性。合胞化相關(guān)基因，包括SDC1、CGB同源物、ERVW1、ERVFRD1和GCM1，在草酸抑制的STB-D4中以劑量依賴(lài)的方式被5和10 mM乙酸部分恢復(圖5D)。

火山圖顯示，在STB_ox中，CGB同源基因、ERVFRD1、ERVW1、SDC1、CYP17A1等合胞程序基因顯著(zhù)降低，而JUN、腫瘤壞死因子(TNF)、FAS、TP53等炎癥相關(guān)基因顯著(zhù)上調。相反，補充乙酸導致SDC1、CGB同源物、ESRRB、CYP17A1、PSG11等合胞程序基因上調，表明STBs功能逐漸恢復。

接下來(lái)，研究者使用短時(shí)間序列表達挖掘(STEM)技術(shù)分析具有相同趨勢的基因簇。圖中顯示了胎盤(pán)cAMP信號、激素代謝和ERK/MAPK通路中一些已知的基因(圖5E)。

此外，GSEA進(jìn)一步顯示，與未分化的HTSC (TS_c)相比，STB_c中特異性富集了糖皮質(zhì)激素、激素生物合成、抗菌肽和胺源性激素等四個(gè)基因集(圖5F)。此外，與單獨處理STB_ox的STB_c和STB_d4 (STB_oa5和STB_oa10)相比，這四個(gè)基因組在同時(shí)處理的STB_c和STB_d4中也顯著(zhù)富集。

綜上所述，這些結果表明糖酵解衍生的乙酰輔酶A對于滋養細胞合胞程序和STB核心功能的適當激活是必要的。與hTSC程序相比，研究發(fā)現整個(gè)STBs分化程序對糖酵解乙酰輔酶A代謝異常敏感。

7.轉錄組分析——滋養細胞感知葡萄糖衍生的乙酰輔酶A的缺乏，從而在合胞過(guò)程中觸發(fā)代謝和炎癥應激反應

該研究將被乙酸拯救并下調的基因定義為“下調”。該集合包括三個(gè)集群，U17(145個(gè)基因)、U20(614個(gè)基因)和U18(288個(gè)基因)。這些基因都與細胞損傷和炎癥應激反應有關(guān)。其中許多是眾所周知的抗氧化、自噬、線(xiàn)粒體、DNA損傷和NF-kB特征中的基因(圖5G)。

GSEA進(jìn)一步顯示，與STB_c相比，未分化的TS_c特異性地富集了hippop – yap /Taz-TEAD特征(圖5H)。這些結果表明，草酸阻斷了STB的合胞，而這種分化阻斷被乙酸修復。此外，與正常STB_c和經(jīng)草酸和乙酸(STB_oa5和STB_oa10)處理的STB-D4相比，涉及DNA損傷、白素-6 (IL-6)信號、炎癥反應和TNF信號的四種GSEA特征均在STB_ox中特異性富集(圖5I)。

綜上所述，在滋養細胞合胞過(guò)程中，葡萄糖衍生的乙酰輔酶A的基礎水平是防止代謝應激和炎癥應激反應所必需的。研究發(fā)現STBs在分化和合胞過(guò)程中對糖酵解乙酰輔酶A應激高度敏感，并引發(fā)炎癥反應。

8.表觀(guān)組分析——組蛋白H3K9/18/27和H4K16乙?；瘜ζ咸烟堑囊阴；{控敏感，直接調控合胞化和代謝基因

鑒于滋養細胞可以感知葡萄糖衍生的乙酰輔酶A的缺乏，從而終止合胞程序并觸發(fā)代謝應激誘導的炎癥反應信號，研究者研究了組蛋白乙?；欠窨赡苁沁@種現象背后的機制之一。該研究使用靶下切割和標記(CUT&Tag)技術(shù)，對TSCs、STB^-D1、STB^-D4、STB^-D4ox和STB^-D4-oa10樣品和acetyl-H3K9、acetyl-H3K18、acetyl-H3K27和acetyl-H4K16抗體的數據顯示，這四種組蛋白乙?；揎椩诤习^(guò)程中表現出明顯的變化。

此外，對于每個(gè)組蛋白修飾，在TSCs, STB^-D1和STB^-D4的基因啟動(dòng)子區域進(jìn)行了Venn交叉分析。僅在STB組中發(fā)現的基因(TS組中沒(méi)有)被定義為STB^UP，表明這些基因啟動(dòng)子在合胞過(guò)程中具有相關(guān)的組蛋白乙?；揎?/strong>(圖6A-6D)。同樣，對STB^-D4、STB^-D4-ox和STB^-D4-oa10進(jìn)行了Venn交叉分析。僅在STB^-D4和STB^-D4-oa10中發(fā)現的基因被定義為STB^res，而在STB^-D4-ox中沒(méi)有發(fā)現，這表明這些基因啟動(dòng)子具有由糖酵解乙酰輔酶A代謝調節的組蛋白修飾(圖6A-6D)。所有四種組蛋白乙?；腟TB^UP組的交集被定義為STB^UP-all。同樣，所有四種組蛋白乙?；腟TB^res基團的交集(圖6E)被定義為STB^res-all。

為了研究STB^UP-al中哪些基因對合胞至關(guān)重要，該研究交叉了STB^UP-all和STB^res-all數據集。確定了2834個(gè)基因位點(diǎn)，其中TSS上的這四個(gè)組蛋白乙?；稽c(diǎn)都被乙酸拯救并與合胞有關(guān)(圖6E)，包括眾所周知的合胞標記SDC1、CGB和ERVFRD1(圖6I)。重要的是，已知CGB參與激素合成/分泌，與TSCs和STB^-D1相比，在STB^-D4中，CGB在其TSS啟動(dòng)子區域表現出顯著(zhù)的乙酰- h3k27(圖6I)。GO和KEGG通路分析顯示，這些基因主要參與有絲分裂控制、合胞起始和STB功能，包括MAPK通路、cAMP通路、胎盤(pán)發(fā)育、激素合成/分泌、糖、氨基酸和脂肪酸運輸(圖6G、6J-6L)。其中，已知CYP19A1參與激素合成/分泌，在STB^-D4的TSS啟動(dòng)子區域顯示顯著(zhù)的乙酰- h3k27(圖6J)。胎盤(pán)發(fā)育的另一個(gè)關(guān)鍵基因GCM1在STB^-D1和STB^-D4的TSS啟動(dòng)子區域均顯示出顯著(zhù)的乙酰- h3k9(圖6K)。cAMP應答元件結合蛋白1 (CREB1)參與“cAMP應答元件結合”，在STB^-D1和STB^-D4的TSS啟動(dòng)子區域表現出顯著(zhù)的乙酰- h4k16(圖6L)。重要的是，草酸處理明顯導致所有這些基因的TSS啟動(dòng)子區域組蛋白乙?；@著(zhù)降低，而乙酸補充部分恢復了組蛋白乙?；?/strong>(圖6I-6L)。

為了探究被乙酸拯救的組蛋白乙?；欠褚矊е罗D錄拯救，該研究比較了來(lái)自CUT&Tag的STB^res-all集與來(lái)自RNA-seq的拯救基因集(包括U5、U7和U8，共660個(gè)基因)。分析結果顯示，這兩個(gè)基因集共有323個(gè)基因(圖6F)，即表觀(guān)遺傳和轉錄獲救。對這些表觀(guān)遺傳和轉錄獲救的基因進(jìn)行GO和KEGG通路分析的結果與RNA-seq分析的結果相似，在cAMP和MAPK信號、激素合成/分泌以及其他合胞途徑中的跨膜物質(zhì)運輸中都有顯著(zhù)的富集(圖6H、6M、6N)。

值得注意的是，在“活性跨膜轉運體活性”途徑中，草酸處理后，SLC30A3在其TSS啟動(dòng)子區域乙?；鵫3k18顯著(zhù)降低，而乙酸補充能夠部分恢復其乙?；鵫3k18(圖6M)。在“類(lèi)固醇激素應答”途徑中，經(jīng)草酸鹽處理后，ESRRB在其TSS啟動(dòng)子區域乙酰h4k16顯著(zhù)降低，部分被醋酸鹽挽救(圖6N)。

綜上所述，由乙酰輔酶A調節的組蛋白乙?；瘜τ谧甜B細胞合胞程序和STB核心功能的適當激活是必要的。與TS細胞對草酸和乙酸不敏感相比，研究發(fā)現STB分化程序對乙酰輔酶A代謝異常敏感。

圖6-乙?；? h3k9、乙?；? h3k18、乙?；? h3k27和乙?；? h4k16在TSC合胞過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化

9.轉錄組和表觀(guān)組分析——體內短暫的糖酵解乙酰輔酶a缺乏會(huì )永久性地損害滋養細胞的合胞作用

人TSCs可以注射到免疫缺陷的NOD-SCID小鼠體內，以評估其體內分化潛力。因此，該研究使用這種異種移植模型來(lái)探索糖酵解乙酰輔酶A短暫缺乏對人滋養細胞體內合胞的永久表觀(guān)遺傳影響。

小鼠皮下注射對照hTSCs (TS-ctrl)、氨基甲酸酯處理hTSCs (TS-ox)和氨基甲酸酯和醋酸酯短暫處理hTSCs (TS-oa10)。隨意喂養NOD-SCID小鼠生長(cháng)7天后，檢測血清hCG，并對移植的滋養細胞進(jìn)行免疫熒光和免疫組織化學(xué)染色，以確定體內滋養細胞的合胞程度(圖7A)。然而，結果顯示STBs分泌到TS-ox小鼠血清中的hCG明顯低于TS – control小鼠(圖7B)。這與靶向數據一致，顯示在STB分化的第1天，乙酰輔酶A已經(jīng)開(kāi)始上升，轉錄和表觀(guān)基因組數據顯示，STB分化的許多標記已經(jīng)在第1天開(kāi)始上升。因此，滋養層細胞在分化24小時(shí)內就已經(jīng)進(jìn)入了STB的命運，在滋養層分化的這個(gè)時(shí)間點(diǎn)干擾糖酵解代謝可能對細胞命運產(chǎn)生不可逆的影響，但不影響細胞活力。

為了證明這一點(diǎn)，該研究對每個(gè)滋養細胞移植物進(jìn)行組織染色。用KRT7和CDH1鑒定滋養細胞，用SDC1和b-hCG鑒定哪些細胞是STB。結果顯示，TS- control小鼠的滋養細胞移植物在體內能夠正常分化并形成多核STB(圖7C、7D)。然而，TS-ox小鼠體內形成的多核STB較少，盡管草酸處理的細胞仍然可以存活并在免疫缺陷小鼠中生長(cháng)形成大的KRT7+/CDH1+移植物(圖7E, 7F)。

在TS-oa10小鼠中，多核STB的形成與TS – control小鼠相似，表明短暫的乙酸處理恢復了hTSCs的合胞能力(圖7G、7H)。此外，該研究計算了STB面積與移植物總面積的比值，結果表明，草酸處理的hTSCs在體內的合胞能力永久性降低。與TS -ox組相比，TS-oa10組經(jīng)短暫乙酸處理后，體內STBs面積完全恢復(圖7I和7J)。同時(shí)，與TS-ox組相比，STBs向TS-oa10小鼠血清中分泌的hCG也顯著(zhù)增加(圖7B)。

RNA-seq結果表明，糖酵解乙酰輔酶A缺乏引起體外STBs的促炎應激反應。因此，該研究檢查了它們在體內的炎癥狀態(tài)。結果顯示，與TS – control小鼠和TS-oa10小鼠相比，TS-ox小鼠滋養細胞移植物周?chē)懈嗟淖匀粴毎?NK)細胞(天然細胞毒性觸發(fā)受體1,NCR1)和巨噬細胞(F4/80, CD163)募集。這些結果表明，由短暫的糖酵解缺陷引起的異常的促炎滋養細胞命運可以通過(guò)醋酸處理永久地恢復。

鑒于人滋養細胞移植物在體內不再暴露于草酸或乙酸，研究結果表明，由表觀(guān)遺傳決定的STBs分化潛力可能會(huì )因糖酵解乙酰輔酶A代謝的短暫缺乏而永久中斷，由此產(chǎn)生的異常的促炎滋養細胞可以通過(guò)短暫的醋酸補充而在功能上得到恢復。

研究總結

該研究通過(guò)代謝組學(xué)、轉錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和表觀(guān)組學(xué)等技術(shù)，使用人類(lèi)妊娠早期胎盤(pán)樣本和人類(lèi)滋養層干細胞(hTSCs)發(fā)現，葡萄糖代謝在hTSCs和細胞滋養層細胞中高度活躍，但在合胞過(guò)程中，葡萄糖代謝降低到基礎水平，仍然是補充乙酰輔酶A和分化潛力所必需的。補充乙酸可以通過(guò)補充乙酰輔酶A和維持組蛋白乙?；瘉?lái)挽救糖酵解缺乏的合胞滋養細胞融合，從而挽救合胞基因的激活。即使是短暫的糖酵解缺乏也會(huì )永久性地抑制分化潛能和促進(jìn)炎癥，在體內也可以通過(guò)短暫補充乙酸永久地挽救。這些結果表明，hTSCs在合胞過(guò)程中僅保留基礎糖酵解乙酰輔酶A代謝，通過(guò)營(yíng)養反應性組蛋白乙?；{節細胞命運，這對我們理解胎盤(pán)和胎兒營(yíng)養之間的平衡具有重要意義。

1. 當hTSCs和CTBs分化為STBs時(shí)，它們的糖酵解通量降低。

2. 分化的HTSC保留基礎糖酵解，對糖酵解缺乏變得敏感。

3. 分化的hTSCs通過(guò)組蛋白乙?；诤习^(guò)程中感知乙酰輔酶A。

4.短暫的糖酵解應激永久性地降低hTSCs的分化潛能。