鼠类胎盘结构、血液循环及其来源
2020-05-13
来源:爱go旅游网
CHINESE JOURNAL OF ANATOMY Voi.33 No.2 2010 解剖学杂志2010年第33卷第2期 鼠类胎盘结构、血液循环及其来源 陈镇燕王琪黄光英△ 430030) (华中科技大学附属同济医院中西结合研究所,武汉胎盘是哺乳动物胚胎发育中最早形成的器官,其异常与人 类早期流产及妊娠期并发症密切相关。近年来国外大量突变小 鼠实验、滋养细胞亚型特定标记物研究、滋养干细胞在体外培养 细胞(parietal trophoblast giant celt,P-TGC)小,与P-TGC基因 表达谱有些差异,故称之为canal trophoblast giant cells(C- TCK;)。 增殖维持及其衍生物的分析等已成热点,目前国内关于胎盘的 目前认为海绵滋养层主要具有内分泌功能,该层可分泌催 研究不少,但除合体滋养细胞外,关于胎盘其他细胞的描述甚 少,现依据近年来国外研究,从胎盘结构、形成过程、血液循环及 细胞来源等方面进行全面阐述,以期有助于今后国内胎盘及妊 娠并发症的研究。 1胎盘基本结构和功能 虽然胎盘结构十分复杂,但它最根本的任务:一是滋养细胞 和子宫密切接触后分泌生长因子、细胞因子和激素以改变母体 的生理结构,重铸母体的血管,形成低阻高容量灌注系统以促 进胎儿血供;二是由绒毛提供较大的营养交换面积,促进母胎间 物质转运。 小鼠El0 d时,胎盘的几层结构已形成。母体面向胎儿面 的垂直纵切面可依次分为如下几层:蜕膜带、巨细胞滋养层、海 绵滋养层、迷路滋养层及绒毛膜板。 蜕膜带为滋养细胞侵噬子宫蜕膜及肌层后残存的组织,它 由几束平行排列的胶原纤维和成纤维样细胞交错排列组成l1]。 在鼠类胎盘中,中央动脉管道及周边数条静脉由此进入海绵滋 养层及迷路滋养层。自E13 d起,海绵滋养层的糖原细胞逐渐 侵入蜕膜带I2]。 巨细胞滋养层紧邻蜕膜带,此处的滋养巨细胞为P-TCa2 (parietal trophobtast giant cel1),为体积最大的单核多倍体细胞, 倍体数可达到1 024 Nc3](一般组织细胞为2倍体即2 N),体积 大约是海绵滋养层细胞的16倍、糖原细胞的一百多倍E ,可分 泌血管内皮生长因子(VEGF)、多育曲菌素(Plf)以促进血管增 生及AM[ 、NOSE 、抗凝因子[7]来扩张血管从而促进母体血液 流入胎盘。 海绵滋养层主要由海绵滋养层细胞、糖原细胞及母血管道 组成。海绵滋养层细胞成分复杂,有许多亚型目前尚未确定,它 也是多倍体,体积较滋养巨细胞小,且特定地表达Tpbpa和 Fltll_8 基因。El2.5 d时糖原细胞开始出现在海绵滋养层,后来 移行至蜕膜带。E18 d时海绵滋养层的糖原细胞逐渐减少,其减 少的原因,目前有两种推测,一是糖原细胞在E18 d后逐渐死 亡,二是糖原细胞向蜕膜带的移行。糖原细胞成簇,因胞质富含 糖原,所以PAS染色阳性_2 ,石蜡切片因糖原破裂而形成空泡 状,因而较好辨认。Simmon等_3]发现海绵滋养层母血管道壁的 滋养细胞也表达滋养巨细胞特定基因,DNA含量较壁滋养巨 第1作者E-mail:Chenzhenyan19831017@126.com 通讯作者,E-mail gyhuang@tj h.timu.edu.cn 收稿日期:2009—07一10;修回日期:2009—07—21 ・--——256---—— 乳素样激素、细胞因子、促黄体生成素来维持孕体黄体酮的分 泌[9 ,还可以分泌PI1和Plf相关蛋白以抑制血管的增生,阻止 母体内皮细胞进入胎盘,保护迷路层滋养层l_8]。糖原细胞可提 供能量,FGR胎盘的糖原细胞较正常胎盘显著减少[1],同时糖 原细胞表达MMM-9,具有侵袭性,类似于人类的绒毛外问质侵 袭滋养细胞。 迷路滋养层由母体血窦及绒毛组成,绒毛由3层滋养细胞 及其包绕的胎儿血管与胎儿血管外的间充质组织组成,由于胎 儿血管和间充质源于尿囊中胚层,因此也称之为尿囊绒毛胎盘。 绒毛直接浸于母体血液中,随着妊娠的进展,绒毛不断分支,绒 毛表面积增加,母体血液被3层滋养细胞分割成形状不规则的 越来越小的腔隙(称为母体血窦),Gcm-1缺陷的小鼠,绒毛分支 失败时血窦就很大Do]。母体血液与胎儿血液的间隔称为胎盘 屏障,胎盘屏障在电镜下观察由绒毛的3层滋养细胞即最外层 的血窦型滋养巨细胞(sinusoidal trophoblast giant cells),和里 面2层合体滋养细胞、胎儿毛细血管的基底膜、胎儿毛细血管内 皮组成。人类的绒毛只有1层合体滋养细胞,且位于细胞滋养 细胞外侧,人类胎盘的合体由细胞滋养细胞不断融入来维持其 数量。 2胎盘血液循环 胎盘植入后,子宫基质细胞蜕膜化使子宫内膜较非妊娠时 增厚5倍,血管扩张及新血管生成,血管平滑肌组织和血管内皮 细胞逐渐被滋养细胞取代,从而建立从子宫放射状动脉血液到 迷路滋养层血窦的低阻高容量灌注系统_1 ,保证胎儿充分的血 供。胎盘血供起源于放射状动脉,放射状动脉穿过系膜侧的子 宫肌层到达系膜三角(即胎盘着床处由uNK构成 的集合淋巴 结),在此处分支为5~1O条管径更大的螺旋动脉,螺旋动脉穿 过蜕膜带后在滋养巨细胞层汇集为1条或数条中央动脉管道, 母体血液通过中央动脉管道穿过海绵滋养层后先直达迷路滋养 层的绒毛膜板侧,再逆流入较小的分支管道后灌人绒毛间的母 体血窦,血窦在迷路滋养层边缘汇成静脉管道,穿过海绵滋养层 和巨细胞滋养层进入蜕膜带的静脉后再流向母体静脉血管。 Adamason等E ]通过免疫组织化学检测胎盘各层母体血管壁细 胞时显示:放射状动脉为Ⅷ因子(血管内皮细胞标记物)和肌动 蛋白(血管平滑肌细胞标记物)阳性,而CK(滋养细胞标记物)阴 性,随着血管逐渐进入迷路滋养层,Ⅷ因子和肌动蛋白的表达逐 渐减弱,CK表达逐渐增强。uNK细胞缺失的突变小鼠的动脉 血管直径较正常小鼠动脉直径小,管壁平滑肌细胞持续存 在_1 ,滋养巨细胞缺失的突变小鼠分泌促血管生成因子剧减, 以致胎盘血管减少,血管不能扩张m],这说明uNK细胞及滋养 细胞在子宫胎盘血管重铸中起着重要作用,重铸不足会导致胎 儿血供减少引发各种妊娠并发症如妊高症等。 3胎盘各层的形成过程 而Mash2则促进其发育成绒毛锥。在FGF4信号刺激下,Nodal 促进胚外外胚层及绒毛膜持续表达Err2、Eomes、Cdx2并抑制 其Mash2的表达以维持增殖能力l_】 。绒毛锥表达Mash2以维 持其增殖并抑制其分化。Nodal无效突变会导致迷路层滋养层 的缺失及海绵滋养层和滋养巨细胞层的扩张[1 。外胚层分泌 的Nodal以自分泌形式促进Fgf4的持续表达,而来源于胚外外 胚层的一种蛋白酶可以将Nodal切割成更有活性的形式,因此 滋养细胞增殖的维持是依赖于外胚层和胚外外胚层的共同作 用。除了Nodal,Activin也可以促进Err2、Eomes、Cdx2的持续 表达,抑制Mash2在胚外外胚层的表达,它们可能通过相同的 受体和信号机制。实验证明TGFhI3可以代替胚胎成纤维细胞 在受精卵分裂为8个卵裂球后期,每个卵裂球或是匀称分 裂成2个极性细胞或非匀称分裂成1个极性细胞和1个非极性 细胞,这样在16个卵裂球期出现了2种细胞类型:1O~12个外 部的极性细胞包围着里面4~6个非极性细胞l1 。外部的极性 细胞为滋养外胚层(TE),而里面的非极性细胞为将会发育成胎 儿的内细胞群(ICM)。早期这2种细胞还不稳定,直至E3.5 d 时,TE(表达Cdx2)和ICM(表达Oct4、Nanog、Sox2)谱系才不可 在体外培养滋养细胞,在含有FGF4和TGFh ̄的培养皿中,滋 逆__1 。此时,包围着内细胞群(inner cell mass,ICM)和囊胚腔 的40--50个滋养外胚层细胞为滋养细胞的祖细胞,只有和ICM 接触的胚端滋养外胚层(polarTE)才保持了增殖能力,以后发育 的大部分胎盘组织,不与ICM接触的壁滋养细胞(muralTE)则 退出细胞周期分化为P—TGC。如果此时在muralTE处植入异 位的ICM会抑制它分化为滋养巨细胞而诱导出另一个滋养细 胞增殖区。muralTE分化为紧邻蜕膜带的P-TGC,P TGC首先 分化出来以介导胚胎的植入,分泌激素、因子来改变母体的生理 以适应妊娠,因此也称之为“初级”滋养巨细胞,以便与绒毛锥分 化来的“次级”滋养巨细胞区分。polarTE后来发育为与外胚层 接触的胚外外胚层,再发育成绒毛膜和绒毛锥,绒毛膜和绒毛锥 之间形成的腔隙称之为ectoplacental cavity(EPCav),随着绒毛 膜和绒毛锥的体积变大,绒毛锥变平坦,EPCav变小直至闭合。 绒毛膜和尿囊融合前,它们之间形成的腔称为exocoelomic cavi— ty(exc)。E8.5 d时绒毛膜和尿囊粘融合后,迷路滋养层开始形 成,exc闭合。绒毛膜将发育为绒毛,与源于尿囊中胚层的胎儿 血管一起构成迷路层滋养层。绒毛锥将发育为海绵滋养层。 “次级”滋养巨细胞、糖原细胞、海绵滋养层细胞都来源于绒毛锥 及海绵滋养层。 4滋养细胞的增殖 滋养细胞增殖维持及适时分化对胎盘的正常发育是非常重 要的。ICM及后来发育的外胚层分别为polarTE和胚外外胚层 提供了维持其增殖的信号,不与ICM接触的muralTE缺乏这种 信号刺激就分化为滋养巨细胞。将植入期的绒毛膜和绒毛锥分 离出来植入异位、或在体外培养,会失去增殖能力而马上分化为 滋养巨细胞l1 ,反之,将绒毛膜和绒毛锥放入羊膜腔内,与外胚 层接触时则会抑制其分化为滋养巨细胞_1 。因此认为滋养巨 细胞是滋养前体细胞维持增殖失败而导致的“错误”分化。 胚胎来源的a纤维细胞生长因子(FGF4)信号是维持滋养 细胞增殖所必须,FGF4表达于ICM及后来的外胚层,而FGF4 受体FGFR2表达于滋养外胚层。在FGF4、肝磷脂、胚胎成纤维 细胞存在的条件下,可成功建立体外滋养细胞系。FGF4突变的 胚胎在植入不久就死亡[1 。FGFR2的HI c突变会存活长些,但 在El0.5 d因迷路滋养层形成失败而死亡,而FGFR2的HIb突 变则导致围产期肺异常而死亡,因此,F-GF4可能是通过FGFR2 的llI C来起作用的[J 。 除了FGF4,胚胎成纤维细胞分泌的TGFh ̄超家族因子如 Nodal ̄ 、ActivinE”一、TGFh ̄E ]对滋养细胞维持增殖也起着重 要的作用。Err2、Eomes、Cdx2促进胚外外胚层发育成绒毛膜, 养细胞系经过1.5个月的传代,仍具有增殖能力_1 。 随着胎盘的发育,具有增殖能力的滋养细胞越来越少。在 滋养外胚层、胚外外胚层及后来的绒毛膜均可提取到全能滋养 细胞,而E8.5~8.75 d时,则提取不到这类细胞,此时恰好绒毛 膜和尿囊相融合即exc闭合,但Gary等认为这并非是全能滋养 细胞丧失的原因,与全能性丧失有关的是EPCav的闭合[8],EP— Cav是由羊膜的前后褶相遇而导致绒毛膜和绒毛锥的空间分 离。Gary等_8 将体外培养小鼠胚胎的绒毛锥在绒毛膜一绒毛锥 融合之前拿去,可以增加绒毛膜的全能滋养细胞,并通过检测绒 毛膜在融合前后的有丝分裂指数,发现融合后的分裂指数明显 低于融合前的分裂指数。分裂指数越大即多能细胞越多,因此 EPCav闭合与滋养细胞多能性的丢失有关,推测其原因可能是: 胚外外胚层发育成绒毛膜和绒毛锥时,绒毛膜就和外胚层分离 了,这时EPCav里面的羊水渗透出来的来源于外胚层的信号分 子维持着绒毛膜和绒毛锥的多能性。 5胎盘的各类滋养细胞 5.1滋养巨细胞 滋养巨细胞为终末分化细胞,Simmons等l_3]通过检测P12、 Pll、Plf和Ctsq在滋养巨细胞表达的差异,将其分为P-TGC、 SpA-TGC、C-TGC、S-TGC几种亚型:P-TGC为Pll /PII / P12 、SpA-TGC为Plf 、&TOC为Plf /P121。、S-TGC为P12 / Ctsq 。Simmons等_3]发现即使相同亚型的滋养巨细胞,来源也 不同。如P-TGC的来源有3种,只有大约5O个腔壁滋养外胚 层细胞分化为P-TGC,而E8.5 d时却有几百个P—TGC位于植 入点,因此除了源于腔壁滋养外胚层细胞,还源于绒毛锥,其中 5O 源于绒毛锥的Tpbpa 前体细胞(即前体细胞在分化成滋养 巨细胞前经历过一个暂时的表达绒毛锥标记物Tpbpa的过程), 剩余的来源于Tpbpa前体细胞。由于Tpbpa并非在绒毛锥所 有部位都表达,特别是在绒毛锥基底部不表达,所以Tpbpa一前 体细胞可能位于此处,绒毛膜是滋养细胞特异性蛋白a(Tpb— pa一),S-TGC来源于Tpbpa细胞,S-TCX2可能来源于绒毛锥 的Tpbpa一前体细胞和绒毛膜。SpA-TGC(即侵袭螺旋动脉型 滋养巨细胞)均源于绒毛锥的Tpbpa 前体细胞。C-TGC属于 Tpbpa和Tpbpa 前体细胞混合来源,这可能与&TGC处的位 置有关,因为海绵滋养层和迷路滋养层都有母血管道。它们的 分化主要依赖于bHLH转录因子家族(如Hand1、Mash2、 Statl3)及其相互作用蛋白。滋养巨细胞的分化被FGF4、Nodal、 Activin、TGFh ̄抑制,当这些维持增殖的信号减少时,就开始分 化。Msah2与Tpbpa类似,表达于绒毛锥,当向滋养巨细胞分化 时,表达下调。Msah2突变的小鼠滋养巨细胞增加而海绵滋养 257— 层缺失l2 。Handl和Statl3则促进滋养巨细胞分化,它们的缺 失会导致滋养巨细胞形成受阻 。外源性的维角酸在FGF4、 胚胎成纤维细胞存在的条件下,仍可促进滋养多能细胞分化为 Gcm-1表达需要绒毛和尿囊的接触和来自尿囊的信号来维持。 前体细胞的形状是类立方形,当有Gem-1异位表达时,这些 Gcm-1阳性细胞形状变得细而长。Gcm-1通过调节Syncytin P-TGC,它还可促进Statl3的表达 。维角酸降解酶一CYP26 表达于胚外外胚层,可以保护滋养多能细胞。蜕膜细胞可以合 成维角酸[2 ,这可能是最外层滋养细胞分化为P-TGC的原因。 5.2海绵滋养层细胞 (一种膜融合蛋白)表达,促使这些变得细长的细胞开始融合。 Syncytin基因突变的小鼠不能形成合体滋养细胞。总之合体滋 养细胞的分化经过两步:起初Gcm-1作用下促使其分化及其后 Syncytin作用下的胞质融合。 6结语 海绵滋养层细胞也是多倍体,有许多亚型目前尚未研究清 楚,其源于绒毛锥,Mash2可维持绒毛锥及后来的海绵滋养层 的增殖,抑制其向滋养巨细胞分化,它的突变就会导致海绵滋养 综上所述,胎盘发育过程及滋养细胞的种类、功能、分化途 层的缺失和巨细胞的剧增。Choroideremia" 、Keratin8/19 L2 、 Cx31 ̄ 、径均十分复杂,胎盘形成是由各种基因及信号分子间精细调控, 不同滋养细胞亚型有着不同的功能,它们相互配合共同发挥胎 HIF1[ ]突变导致对这两种细胞相反的影响,可能是这 些因子影响了前体细胞是向海绵滋养层细胞还是向滋养巨细胞 分化。p185/Cu17c 。 突变可导致滋养巨细胞层和海绵滋养层细 胞都减少,Nodal的突变则导致它们都增加,这些因子可能影响 了胚外外胚层细胞是向绒毛膜分化还是向绒毛锥分化。相反 Rap250E。9_或者HsflE蜘导致海绵滋养层细胞剧减却不影响滋养 巨细胞,这可能是前体细胞分化为海绵滋养层细胞的下游分化 过程受阻导致的,同样,Ipl和EsxlL。门只表达于迷路滋养层,它 们的突变会导致海绵滋养层的膨胀及迷路滋养层的缺失,可能 是胚外外胚层发育为绒毛膜受阻,而转向于绒毛锥所致。 5.3糖原细胞 糖原细胞也表达海绵滋养层细胞的标记物Tpbp/4311,因 此认为它是海绵滋养层细胞的一种亚型。 卜Ⅱ突变小鼠胎盘 的糖原细胞剧减,海绵滋养层细胞剧增 ,说明IGF_Ⅱ对糖原 细胞的分化起重要作用。Ki-67为增殖相关的细胞核蛋白, El6.5 d时海绵滋养层的大部分细胞为Ki 67一,而在成簇的前 糖原细胞(没有糖原细胞的典型空泡外状,类似细胞滋养层细胞 但体积小)仍为Ki一67 ,这说明E12.5 d~14.5 d的增殖高峰期 是由糖原细胞大量增殖所致 。P57 p。 是细胞周期蛋白抑制 剂,促进前糖原细胞从增殖周期退出来分化为糖原细胞。糖原 细胞和滋养巨细胞均为终末分化细胞,它们的胞核为P57 p。 。 海绵滋养层细胞为P57 阴性,可能它还不是终末分化细胞, 而是糖原细胞和某些未知细胞的前体细胞r2。糖原细胞类似人 类的绒毛外滋养细胞,它们都富含糖原且表达细胞外基质降解 酶MMP-9L2j。MMFL9可能对糖原细胞从细胞滋养层迁移至蜕 膜带起了重要作用。糖原细胞不表达P钙黏蛋白,但是处于表 达钙黏蛋白的细胞环境中[3 ,这可能是它容易迁移的原因。 PCDH12l33]唯独在糖原细胞表达,将它作为糖原细胞标记物追 踪糖原细胞的去向,显示糖原细胞移行至蜕膜间质时就自溶形 成陷窝,陷窝不与血窦相通。自溶可以将糖原细胞内物质如糖 原、激素释放出来为晚期妊娠或胎儿分娩提供能量和激素调节。 5.4合体滋养细胞 合体滋养细胞是由胞质融合而形成的多核二倍体,源于绒 毛膜。与合体滋养细胞分化最密切是Gcrn-1[“]和Syncytin/。 , Gcm-1首先在间隔相等的绒毛膜细胞上表达,E9.0 ct时尿囊和 绒毛膜融合后,这些Gcm-1表达的细胞就作为初始分支的起点, 当再进行分支时,acm-1只表达于绒毛远处的顶尖部位,并以此 处作为新的分支起点。Gem-1突变小鼠的合体滋养细胞分化受 阻,绒毛膜分支失败。通过何途径促使最初的Gcm-1表达,目前 尚不清楚,但尿囊和绒毛膜接触失败的小鼠的Gcm-1表达不能 持续。Hsp90 ̄突变的小鼠的表型和Gcm一1突变的小鼠表型相 同[3 ,而Hsp90 ̄只表达尿囊中胚层,推测新的分支起点的 258---—— 盘的营养功能。滋养干细胞体外培养增殖维持及其衍生物的分 析,突变小鼠胎盘发育缺陷类型及突变导致滋养细胞亚型在数 量、形态、基因及蛋白表达谱上的异常变化将有助于阐明胎盘的 发育机制,从而为许多妊娠并发症提供更好的治疗方案。 参考文献 r 1]Padmanabhan R,AIMenhali N M,AhmedI.Histochemical and e— lectorn microscopic changes of the placenta induced by maternal exposure to hyperthermia in the rat[J].Int J Hyperthermia, 2005,21(1):29 44. 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