人体的这个器官,过于与众不同
2021-04-14 10:44

人体的这个器官,过于与众不同

本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:糖兽,题图来自:pixabay



在哺乳动物体内,有一个奇怪的器官,在它的整个生长过程中,需要耗费大量的资源和能量,然而它却并不会伴随生命主体的一生。以人类为例,在它生长发育了约10个月之后,便会遭到扔弃。这个器官便是胎盘


胎盘是一种生物学上的奇怪现象,几十年来,生物学家一直对存在于胎盘身上的明显的浪费现象表示不解:为什么自然选择会允许哺乳动物的生命中存在一个看起来效率如此低下,却又至关重要的资源密集型特征?


现在,剑桥大学威康桑格研究所的研究人员对人类胎盘的基因组结构进行了研究,描绘出了迄今为止关于胎盘的最清晰基因组。他们发现,人类胎盘的基因组有别于任何其他人体组织。研究结果被发表在了3月的《自然》杂志上。



论文的通讯作者之一是遗传学家Sam Behjati。2008年,Behjati还是一位住院医师,有天他在医院的产科病房例行查房时,发生了一件令他不解的事——在一间病房里,他看到了一位母亲满心喜悦地怀抱着一个完全健康的新生儿,而他的不解源于就在几个月前,医生在对这位母亲进行常规的产前检检时,通过分析她的胎盘样本,发现腹中胎儿有多余的13号染色体拷贝。


这种染色体拷贝数出现错误的情况对新生儿来说通常是致命的。在对这个新生儿进行产后检查后,检查结果显示其23对染色体均正常。这令Behjati感到困惑,这一切是如何发生的?要知道胎盘和胎儿源自于同一个受精卵,在孕期的最初几天,受精卵植入子宫壁,并开始从一个细胞分裂成多个细胞,细胞分化成各种类型的细胞,其中一些会形成胎盘。


其实早在数十年前,科学家就已经注意到胎盘和胎儿之间的基因组存在不匹配的现象。一直以来,科学家估计只有1%~2%的妊娠会出现这种情况。而新的研究结果表明,人类胎盘由不同的基因型组成是一种常规现象,而且这种奇怪的异质性有可能保护了胎儿免受基因缺陷的伤害



研究人员对42个胎盘的86个样本进行了全基因组测序,这些样本取自于每个胎盘的不同部分。他们发现,每一个活组织检查,都是基因的一次截然不同的“克隆扩增”(从单一的共同祖先进化而来的细胞群),每个胎盘都是由这些彼此相邻的大块克隆组织起来的,就像许多不同肿瘤一起形成了胎盘。


不仅如此,他们还发现每组细胞的基因都截然不同,且充满了只有在恶性儿童癌症中才会出现的基因异常,如神经母细胞瘤和横纹肌肉瘤,这些突变在胎盘中的数量甚至高于在癌症本身。与其他健康的人体组织相比,基因突变的比率也高得令人难以置信。


通过比较胎盘样本和相应脐带样本中的突变模式,研究人员追溯了胎盘细胞起源的时间和位置。结果发现,细胞分裂成胎儿和胎盘的时间比预期的要早。在某些情况下,甚至发生在受精卵的最初几次细胞分裂中。这表明,在孕早期,胎盘的发育路径就与胎儿有所不同。


研究人员认为,在最初几周,当出现一个可能使妊娠出现问题的基因缺陷时,胎盘可能成为了堆砌异常基因的“垃圾场”。也就是说在发育早期,当一些分裂细胞随机产生异常时,它们有可能被标记为胎盘,而不是胎儿。


在实验中,研究人员发现了能支持胎盘可以容忍基因缺陷的证据。在一次活组织检查中,他们观察到了带有三个10号染色体拷贝的胎盘细胞,其中两个来自母亲,一个来自父亲;但在相同胎盘的其他或组织以及胎儿的其他细胞中,他们都只发现了来自母亲的两个10号染色体拷贝。


在任何其他组织中,像这样的染色体拷贝数出现错误都能成为一个重大遗传缺陷。这种错误可能始于受精卵,胎盘一直携带着这些早期的突变,它就像是一个从怀孕第一天起就建立起的基因缺陷档案,胎盘的某些部分未能得到修正,但胎儿本身却并没有受到这些早期突变的伤害。


此外,这些突变对胎盘来说也不会构成威胁,因为它不是一个需要存活上数十年的器官。由于胎盘的寿命短暂,因此它可能不具有与其他人类细胞相同的基因控制。Behjati认为,胎盘中存在这些突变的另一种可能解释是,在人类怀孕的前16周,胎盘的生长速度必须超过胎儿,因此,随着胎盘在子宫内膨胀,积累突变可能是值得的。这样它就可以长得快、死得早。



新的结果为研究遗传变异和分娩结果之间的联系提供了一个明确的理论基础,帮助科学家和医学工作者更好地理解早产和死产等问题。不仅如此,新的发现还揭示了与胎盘本身有关的一些秘密,揭示了与癌症的一些潜在联系。


其实,科学家早就注意到癌症和胎盘之间的相似之处,比如它们躲避免疫系统,它们的入侵策略,以及它们的细胞DNA上的一系列化学标记,这些标记指导着它们的基因活动。且它们与癌细胞的行为也很相似,为了成功怀孕,胎盘必须侵入母亲的子宫内膜,进入母亲的血液供应,并创建自己的血管网络——这正是所有癌细胞会做的事。这些相似之处,或许将能为研究癌症的科学家带来新的思路。


#参考来源:

https://www.sanger.ac.uk/news_item/placenta-is-a-dumping-ground-for-genetic-defects/

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03345-1 

https://www.quantamagazine.org/new-genomic-study-of-placenta-finds-deep-links-to-cancer-20210408/


本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:糖兽

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