近日，香港大学深圳医院赵志昂（Philip C.N.Chiu）团队和华大生命科学研究院高雅团队合作，利用华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq探索了肾上腺髓质素（adrenomedullin，ADM）作为早发型子痫前期（early-onset preeclampsia，EOPE）预测标记的潜在用途，并验证了一种基于胎盘特异性的新型纳米颗粒靶向给药方法，该方法可以降低小鼠模型中的EOPE样表型。该研究提供了单细胞分辨率下胎盘绒毛细胞的空间图谱，揭示了ADM作为一种功能丰富的胎盘肽，在胎盘发育和EOPE发病机制中发挥着至关重要的作用，为EOPE的潜在机制提供了宝贵的见解，并为这种严重妊娠并发症的早期预测和治疗提供了潜在的策略。

该研究2023年11月3日发表在Science Advances上，以下是文章的详细解读。

子痫前期（preeclampsia，PE）是一种严重的妊娠并发症，对孕产妇和围产期健康均有不利影响，其并发症包括胎儿生长受限（fetal growth restriction，FGR）以及可能带来的短期和长期的健康问题，给全球医疗保健带来了沉重负担。胎盘的发育异常是引发PE的重要原因。胎盘的功能单位是绒毛膜表面的绒毛，由基质、内层的绒毛细胞滋养层（villous cytotrophoblast，VCT）和外层的合体滋养层（syncytiotrophoblasts，SCT）组成。VCT融合形成SCT，负责激素生成和维持妊娠。此外，一些VCT细胞穿透SCT并分化为绒毛外滋养细胞（extravillous trophoblast，EVT），侵入蜕膜和螺旋动脉。

早发型子痫前期（early-onset preeclampsia，EOPE）EOPE发生在妊娠34周之前，其特点是VCT分化受损，导致螺旋动脉重塑不完全和胎盘灌注不足。EOPE会导致产妇高血压和其他症状（通常在妊娠中期或晚期出现）。由于滋养层细胞缺陷发生和疾病表型出现时间点的间隔较大，探究EOPE的病因学具有挑战性。尽管早期诊断、有针对性的监测和及时分娩有助于控制病情，但目前，临床上仍缺乏可靠的EOPE早期预测和治疗方法。

1. 人类胎盘组织样本：利用Stereo-seq，分析来自妊娠早期孕妇的绒毛样本。

2. 血清样本：来自发生EOPE的妊娠早期孕妇和血压正常的孕妇。测定并比较两组血清中ADM的水平。

3. 滋养层干细胞和类器官样本：滋养层干细胞在体外分离培养。这些细胞用ADM处理以研究其对滋养层分化的影响。滋养层类器官是源自滋养层干细胞的三维结构，也被用来研究ADM在类器官发育中的作用。

4. 妊娠小鼠模型：硝基-L-精氨酸甲酯（nitro-L-Arg-methyl ester，L-NAME）诱导的PE小鼠模型，用于观察ADM影响下EOPE样表型的变化。

1. ADM在VCT和SCT中高表达

利用时空组学技术Stereo-seq，研究人员绘制了一个人类妊娠早期胎盘绒毛的单细胞分辨率空间图谱（图1A），并解析了ADM表达的完整轨迹（图1A）。通过使用Stereo-seq，研究人员在妊娠早期的VCT和SCT中，证实了ADM的高表达（图1A）。并通过免疫荧光染色，进一步证实了此结果（图1B）。同时研究结合外部单细胞数据集的分析，也证实了ADM在VCT和SCT中表达。总之，该部分研究全面表征了人孕早期绒毛滋养层细胞中ADM的表达模式。

2. EOPE中ADM水平较低

为了进一步探索ADM表达与EOPE的相关性，研究人员检测了临床样本血清以及L-NAME诱导的PE小鼠模型中ADM的表达。结果发现，与正常妊娠的对照组相比，EOPE组出现蛋白尿和明显升高的血压。EOPE组的胎儿出生体重和胎盘重量显著降低。MR-proADM（mid-regional proADM）是ADM的替代标志物，在血液和长期储存中比ADM更稳定。ELISA数据显示，EOPE患者的孕早期血清MR-proADM水平低于同时期正常血压孕妇（图1C）。孕早期绒毛膜表面的绒毛免疫荧光染色显示，与正常妊娠相比，EOPE妊娠的滋养层ADM表达明显下调（图1E）。在EOPE妊娠分娩时胎盘组织中发现了类似的ADM免疫活性降低（图1F）。此外，在PE小鼠模型中，与对照小鼠相比，血清中ADM的表达也较低（图ID）。综上所述，EOPE患者血清中ADM的减少可能对PE的早期检测具有临床价值。

图1. 人和小鼠EOPE中胎盘和循环系统的ADM水平降低

3. ADM刺激滋养层分化

为了研究ADM对VCT分化的作用，研究人员通过体外实验，建立了人类“超潜能”干细胞（human expanded potential stem cells，hEPSCs）分化出的滋养层干细胞（trophoblast stem cells，TSC）细胞系，发现ADM刺激TSC和滋养层类器官的分化（图2-4）。为了更好地了解ADM对滋养层细胞命运的影响，研究人员利用RNA-seq对EVT/SCT分化前后的TSC和TSCADM KO进行了转录组分析，进一步验证了滋养层细胞ADM调节人类滋养细胞向EVT和SCT的分化（图5）。这些研究结果揭示了ADM参与滋养层细胞的分化和成熟过程，这对于胎盘的正常发育至关重要。

图2. ADM基因敲除对滋养层分化为SCT和EVT的影响

图5. TSC和TSCADM KO的差异表达基因和分化后代

4. 抑制胎盘特异性ADM可诱导EOPE样表型

为了确定ADM在体内胎盘发育中的作用，研究人员利用小鼠胎盘的纳米颗粒靶向给药模型来降低ADM的表达，发现在怀孕小鼠中，当胎盘中ADM的表达被特异性抑制时，会导致妊娠小鼠胎盘发育缺陷并且诱导EOPE样表型（图6），这表明ADM在预防EOPE的发展中发挥着保护作用。

图6. 滋养层特异性ADM敲除小鼠的胎盘发育缺陷和EOPE样表型

5. 胎盘特异性ADM高表达可降低EOPE样表型

研究人员还在小鼠模型中验证了一种基于胎盘特异性纳米颗粒靶向给药的新方法，该方法可以强制ADM表达，这种干预成功地降低了EOPE样表型（图7），表明ADM在治疗EOPE中的潜在作用。

图7. L-NAME诱导的PE小鼠模型中胎盘滋养层特异性ADM的治疗作用

该研究利用Stereo-seq、体外类器官培养、纳米靶向递送等技术，绘制了单细胞分辨率下胎盘绒毛细胞的空间图谱，强调了ADM在胎盘正常发育中的重要性，揭示了ADM对EOPE发病的影响及其作为EOPE预测标记和治疗靶点的潜力。

香港大学、香港大学深圳医院张晴晴博士和李卓伦（Cheuk-Lun Lee）博士，华大生命科学研究院及中国科学院大学联合培养博士生杨听雨，为该研究的共同第一作者；华大生命科学研究院深圳出生缺陷筛查工程实验室高雅副研究员、香港大学深圳医院姚元庆教授、香港大学赵志昂教授，为共同通讯作者。该项目已通过伦理审批，数据已获得开放使用人遗备案。