衰老的細胞會跳出細胞周期,，不再進行增殖。細胞衰老可被多種細胞應激所激活,，比如致癌基因活化,、端粒過短、氧化應激壓力等等,，最終導致細胞的DNA損傷,。通過ERVWE1融合蛋白介導的細胞融合也會觸發(fā)多種組織細胞的衰老反應，其中就包括胎盤滋養(yǎng)層細胞¹,。細胞衰老的短期效應對于抑制腫瘤生長,、防止組織損傷加重和胚胎發(fā)育均非常重要；與此相反,，衰老細胞的長期積聚會導致一系列不良后果,，比如促進腫瘤發(fā)生，以及誘發(fā)高齡相關(guān)疾病等等²,。

細胞衰老是通過p53/p21和p16/pRb抑癌基因網(wǎng)絡來進行協(xié)調(diào)控制的³,。除了激活相關(guān)信號通路來確保細胞生長停滯之外，衰老細胞的另一個重要特征是大量分泌促炎細胞因子,、催化因子,、生長因子和蛋白酶等，又被稱為衰老相關(guān)的分泌表型（senescence-associated secretory phenotype,，SASP）⁴,。SASP激活能夠調(diào)節(jié)衰老細胞的微環(huán)境，促進和免疫細胞的交互,，加強周邊衰老細胞的細胞周期停滯等⁵,。SASP的調(diào)控異常復雜，其組分的表達通過DNA損傷反應和NF-κB/JAK-STAT信號通路共同調(diào)控,。

細胞衰老在胚胎發(fā)生中具有十分重要的生理作用,，能夠介導組織生長和器官成形,。胚胎的細胞衰老主要由p21介導,，并由TGF-β/SMAD和FOXO/PI3K信號通路進行調(diào)控⁶。表達p21的胚胎細胞在胎兒出生后能夠重新進入細胞周期，并發(fā)育為成熟的器官⁷,。SASP組分也在其中發(fā)揮著重要作用⁸,。在妊娠過程中，胎盤中也存在細胞衰老現(xiàn)象,。不過,，和胚胎中的不同，胎盤中的細胞衰老和DNA損傷介導的細胞衰老相似,，表現(xiàn)為p53/p21和p16/pRb調(diào)控網(wǎng)絡的激活¹,。作為母胎界面，合體滋養(yǎng)層細胞（syncytiotrophoblast,，STB）的發(fā)育和胎盤血管改建,，共同支持著胎盤的生長發(fā)育。胎盤內(nèi)源表達的ERVWE1,，作為一個病毒來源的融合蛋白,，在細胞融合介導的合體滋養(yǎng)層細胞衰老中發(fā)揮著重要作用。在小鼠中,，STB和胎盤血管發(fā)育可以通過動態(tài)增強磁共振成像（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging,，DCE-MRI）進行非侵入性在體監(jiān)測。該項技術(shù)已被成功運用在胎盤四倍體補償,、胎兒發(fā)育,、胚胎種植和胎兒宮內(nèi)發(fā)育受限（intrauterine growth restriction，IUGR）小鼠模型等的動態(tài)監(jiān)測上⁹,。

正常妊娠條件下，衰老相關(guān)信號通路及調(diào)控基因,，包括CDK抑制劑p16/p21,，在妊娠晚期胎盤中是激活的（圖1A，B）,。但通過免疫組化的方法證實,，STB中p15/p16/p21/p53陽性細胞核的比例在IUGR中的顯著降低的（圖1C-F），實時定量和蛋白印跡實驗也證實了該結(jié)果（圖1G,，H）,。上述結(jié)果表明,，在IUGR胎盤中，衰老相關(guān)的信號通路是受到抑制的,。

圖1. IUGR胎盤中衰老相關(guān)信號通路受到抑制

由前述已知,，STB中存在大量細胞衰老信號，但其存在的生理意義仍不為所知,。由于有研究表明,，合體化不足導致的小鼠胎盤結(jié)構(gòu)異常和胚胎死亡通常發(fā)生在E14.5及以后^{11, 12}，因此本文采用E14.5的小鼠胎盤進行后續(xù)結(jié)構(gòu)研究,。為了更清晰地進行胎盤DCE-MRI監(jiān)測,，作者在C57BL/6野生（wild-type，WT）小鼠E14.5時尾靜脈注射了白蛋白標記的造影劑（biotin-BSA-GdDTPA）并連續(xù)觀測了1小時,。由于該造影劑分子量較大,，不能跨越胎盤屏障進入胎兒，因此可方便進行胎盤結(jié)構(gòu)造影監(jiān)測,。WT小鼠胎盤信號強度呈現(xiàn)出“加強——衰減——再加強”的特定模式（圖2A,，B）。首次信號加強可能是由于STB和滋養(yǎng)層巨細胞將大分子量的造影劑吞入所造成的⁹,；而“再加強”可能是由于造影劑從滋養(yǎng)層細胞中重新回到母血循環(huán)中所導致的,。

為了研究細胞衰老對STB功能的影響，作者采用了細胞衰老受到抑制的Cdkn1a（p21）,、p53,、Cdkn2a單敲小鼠，和Cdkn2a/p53雙敲小鼠進行研究,。結(jié)果表明,，Cdkn2a^-/- p53^-/-雙敲小鼠的首次信號加強顯著減弱（圖2H）；而Cdkn2a^-/-和p53^-/-單敲小鼠的“再加強”信號顯著減弱,，并且Cdkn2a^-/- p53^-/-雙敲小鼠減弱更嚴重（圖2I）,。以上結(jié)果表明，若將調(diào)控細胞衰老的兩條通路p53-p21和p16-pRb的關(guān)鍵基因都敲除后,，小鼠胎盤的正常DCE-MRI信號模式會受到嚴重影響,。

圖2. 細胞衰老相關(guān)信號通路關(guān)鍵基因敲除會導致STB的DCE-MRI信號模式受到嚴重影響

圖3. 細胞衰老信號通路關(guān)鍵基因敲除導致小鼠胎盤迷路層發(fā)育異常

接下來作者想闡明STB中細胞衰老的具體機制,。作者采用了分離的人原代滋養(yǎng)層細胞（primary human trophoblasts,，PHT）自發(fā)合體化模型¹³開展研究。通過對細胞骨架蛋白F-actin免疫熒光染色進行觀察,，發(fā)現(xiàn)分離的PHT在培養(yǎng)1天后就有40.5%已經(jīng)合體化了,，而在第3天和第5天時則分別能達到60%和73%（圖4A，B）,。與此同時,，hCGβ的表達水平也隨時間而增加（圖4C）。

作者分別在培養(yǎng)第1.5,、2,、3和5天時對自發(fā)合體化的PHT進行了mRNA表達譜研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，共有204個基因的表達出現(xiàn)了大于1.8倍的變化,。基因集富集分析（gene set enrichment analysis,，GSEA）結(jié)果表明,，和妊娠、生物衰老相關(guān)的基因表達增高（圖4D）,；與此相反,，細胞周期,、E2F靶標、有絲分裂和基因復制相關(guān)的基因則表達下降（圖4D）,。實時定量結(jié)果也證實了p16,、p21和CCNE1等衰老相關(guān)的基因表達增高（圖4E）。上述結(jié)果表明,，PHT自發(fā)合體化伴隨著細胞衰老信號通路的激活,。

GSEA結(jié)果還提示PHT自發(fā)合體化還與免疫反應、細胞因子活性,、調(diào)控SASP組分的JAK-STAT,、MAPK和NF-κB等信號通路的關(guān)鍵基因表達升高密切相關(guān)（圖4D）。蛋白印跡實驗進一步證實了該結(jié)果（圖4G）,。PHT自發(fā)合體化第5天時,，可以觀察到大量SASP組分的表達升高，包括CCL2,、CCL5,、CCL8、IL6,、IL1β和TGF-β等（圖4H）,。據(jù)報道，CCL5能吸引dNK細胞到母胎界面,，后者對滋養(yǎng)層細胞侵潤和血管改建有著非常重要的幫助¹⁴,。

      GSEA結(jié)果還揭示了同為SASP組分的基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteases，MMP）表達升高,，包括MMP2,、MMP3和MMP9等（圖4D，I）,。TGF-β表達也有所升高（圖4G,，H），并且據(jù)報道TGF-β能夠通過依賴SMAD和不依賴SMAD的途徑調(diào)控MMP的表達¹⁵,?？傊鲜鼋Y(jié)果表明,，原代滋養(yǎng)層細胞自發(fā)合體化伴隨著細胞衰老信號通路的激活,。

圖4. 人原代滋養(yǎng)層細胞合體化激活細胞衰老信號通路

PHT自發(fā)合體化過程中，SASP組分里MMP2和MMP9的表達上調(diào)幅度最大,。由于蛻膜中滋養(yǎng)層細胞表達的MMP對妊娠早期滋養(yǎng)層細胞侵潤,、胚胎著床和胎盤發(fā)育有著非常重要的影響¹⁶，作者想進一步研究細胞衰老是否影響MMP的表達,。研究發(fā)現(xiàn),，Cdkn2a^-/- p53^-/-雙敲小鼠胎盤中調(diào)控SASP的關(guān)鍵信號通路分子p-Mek1/2,、p-p65和p-Stat3的表達均出現(xiàn)了下調(diào)（圖5A）。另外,，TGF-β調(diào)控MMP的關(guān)鍵分子p-Smad3的表達也有所下調(diào)（圖5A）,。實時定量結(jié)果表明，Cdkn2a^-/- p53^-/-雙敲小鼠胎盤中MMP2和MMP9的mRNA水平顯著下調(diào)（圖5B,，C）,，明膠酶譜結(jié)果也表明，Cdkn2a^-/- p53^-/-雙敲小鼠的胎盤明膠酶活性顯著下降（圖5D,，E）。上述結(jié)果表明,，細胞衰老信號通路受阻會導致小鼠胎盤明膠酶的表達和活性降低,。

通過原位明膠酶譜實驗，作者發(fā)現(xiàn)IUGR胎盤的明膠酶的活性是顯著降低的（圖5F,，G）,，MMP2和MMP9的mRNA水平也是降低的（圖5I）。進一步的研究表明,，IUGR胎盤中p-p65和p-STAT3（分別對應NF-κB和JAK-STAT信號通路）的表達是下降的（圖5H）,。SASP組分IL-6、JAK-STAT下游靶基因IFNAR1和IFNAR2的表達均顯著下調(diào)（圖5I）,。上述結(jié)果表明,，不論是小鼠還是人類胎盤，明膠酶的表達和活性受著細胞衰老信號通路的調(diào)控,。

圖5. 細胞衰老信號通路調(diào)控明膠酶的表達和活性

總結(jié)與展望

細胞衰老和機體疾病緊密相連,，在腫瘤發(fā)生、損傷修復等方面均發(fā)揮著作用,。作者在這篇文章中指出,，細胞衰老信號通路對胎盤發(fā)育和功能發(fā)揮是必不可少的。IUGR胎盤中細胞衰老信號通路是受到抑制的,；細胞衰老信號通路受抑會造成小鼠胎盤結(jié)構(gòu)和功能的損傷,，同時也伴隨著MMP的表達和活性的降低，而后者對妊娠早期滋養(yǎng)層細胞的正常侵潤是非常重要的,。

本文就細胞衰老對胎盤結(jié)構(gòu)和功能的影響進行了細致的分析,，得出了令人耳目一新的研究結(jié)論，對相關(guān)工作的開展較有啟發(fā)性,。但仍存在一些不足之處：

1）本文中作者采用細胞衰老通路關(guān)鍵基因全身敲除的小鼠進行了研究,。由前述已知，盡管胚胎和胎盤的細胞衰老調(diào)控不甚相同,，但仍不能保證母鼠的全身敲除不間接影響胎兒,、甚至胎盤的發(fā)育,。而采用細胞衰老通路關(guān)鍵基因胎盤特異性敲除的小鼠品系進行研究可能會是更好的選擇。

      2）STB的形成和發(fā)育過程中為何會需要細胞衰老仍沒有完全厘清,。一個可能的原因是細胞衰老會導致其不易凋亡¹⁷,。衰老細胞能抵抗凋亡至少部分是由于其抗凋亡基因BCL-2表達上調(diào)所導致的¹⁸。人STB在7W之后就不再進行凋亡了,，并且BCL-2的表達隨著妊娠的進行而逐漸升高¹⁹,，一定程度上印證了該假說的正確性。另一個可能的原因是,，衰老細胞的形態(tài)會發(fā)生巨大的變化,，比如細胞體積增大。由于擁有更大的細胞內(nèi)部空間,，該形態(tài)可能對多核STB的繼續(xù)發(fā)育有所幫助（從12W到分娩,，STB細胞核的數(shù)量增加了13倍左右）；并有可能提高將營養(yǎng)物質(zhì)傳輸給胎兒的效率²⁰,，不過這仍需要進一步的研究證實,。

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