怀孕的一亿年秘密：胎盘进化权力游戏的内部
由维也纳大学科学家领导的一个国际研究小组发现了关于母亲和胎儿之间界面的特殊细胞类型和通信网络如何在数百万年内进化的新见解。 这些发现揭示了大自然最显着的创新之一——维持成功怀孕的能力。 研究结果刚刚发表在自然生态与进化. 妊娠持续时间足够长以支持完整的胎儿发育是胎盘哺乳动物（包括人类在内的群体）的标志性进化突破。 其中心是胎儿-母体界面：子宫内婴儿胎盘与母亲子宫相交的部位，也是两种基因不同的生物体--母亲和胎儿--密切接触和不断互动的地方。 这种界面必须取得微妙的平衡：足够亲密以交换营养和信号，但又足够保护以防止母体免疫系统拒绝遗传上“外来”胎儿。 为了揭示这种复杂结构背后的起源和机制，该团队分析了代表哺乳动物进化树关键分支的六种哺乳动物物种的单细胞转录组（单个细胞中活性基因的快照）。 其中包括小鼠和豚鼠（啮齿动物）、猕猴和人类（灵长类动物），以及两种更不寻常的哺乳动物：tenrec（一种早期胎盘哺乳动物）和负鼠（一种有袋动物，在胎盘哺乳动物进化出复杂的胎盘之前从它们中分离出来）。 细胞“哺乳动物妊娠图谱” 通过分析胎母界面处的细胞，研究人员能够追踪所涉及的关键细胞类型的进化起源和多样化。 他们的重点是两个主要参与者：胎盘细胞，它起源于胎儿并侵入母体组织，以及子宫基质细胞，它们起源于母体并对这种入侵做出反应。 使用分子生物学工具，该团队确定了不同的遗传特征——特定细胞类型及其特殊功能所特有的基因活动模式。 值得注意的是，他们发现了一种与胎儿胎盘细胞侵袭行为相关的遗传特征，该特征在哺乳动物中已经保存了 1 亿多年。 这一发现挑战了侵袭性胎盘细胞是人类独有的传统观点，而是揭示了它们是一个深度保守的特征哺乳动物进化。 在此期间，母体细胞也不是一成不变的。 胎盘哺乳动物（而非有袋动物）被发现获得了新形式的激素产生，这是延长妊娠和复杂妊娠的关键一步，也是胎儿和母亲可能相互推动进化的迹象。 细胞对话：合作与冲突之间 为了更好地了解胎儿-母体界面的功能，该研究测试了两个有影响力的关于母亲和胎儿之间细胞通讯进化的理论。 第一个是“消歧假说”，预测随着进化时间的流逝，荷尔蒙信号被明确地分配给胎儿或母亲——这是确保清晰度和防止纵的可能保障措施。 结果证实了这一观点：某些信号，包括 WNT 蛋白、免疫调节剂和类固醇激素，可以清楚地追溯到一个来源组织。 第二个，即“升级假说”（或“基因组冲突”）表明母体和胎儿基因之间存在进化军备竞赛——例如，胎儿促进生长信号，而母体方面则试图抑制它们。 在少数基因中观察到了这种模式，特别是调节生长的 IGF2。 总体而言，有证据表明微调的合作信号传导。 “这些发现表明，进化可能比以前更有利于母亲和胎儿之间的协调假设，“Daniel J. 说。 Stadtmauer，该研究的主要作者，现为维也纳大学进化生物学系研究员。 “所谓的母胎权力斗争似乎仅限于特定的遗传区域。 与其问整个怀孕是冲突还是合作，一个更有用的问题可能是：冲突在哪里？ 单细胞分析：进化发现的关键 该团队的发现是通过将两个结合起来而实现的强大的工具：单细胞转录组学（捕获单个细胞中基因的活性）和进化建模技术，帮助科学家重建已灭绝已久的祖先的性状。 通过将这些方法应用于细胞类型及其基因活性，研究人员可以模拟细胞如何在不同物种中进行交流，甚至可以瞥见这种对话在数百万年中是如何进化的。 “我们的方法为演变打开了一扇新窗口复杂的生物系统--从单个细胞到整个组织，“维也纳大学的共同第一作者兼研究员西尔维娅·巴桑塔说。 这项研究不仅揭示了怀孕是如何进化的，而且还提供了一个在细胞水平上跟踪进化创新的新框架——有朝一日可以改善我们理解、诊断或治疗妊娠相关并发症的方式。 该研究是在 Mihaela Pavličev 的实验室进行的维也纳大学进化生物学和耶鲁大学君特·瓦格纳。 瓦格纳是耶鲁大学名誉教授和维也纳大学高级研究员。 该研究得到了约翰邓普顿基金会和奥地利科学基金 （FWF） 的支持。