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圖片來源：Pixabay

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近年來，一些研究發(fā)現(xiàn)人類胎盤獨特的、侵襲子宮壁的方式，與癌癥的嚴重程度有關。一項發(fā)表于《自然》的新研究揭示，胎盤中的細胞具有大量的基因突變，十分類似于癌細胞。而胎盤是一個由多個“癌細胞”模塊，拼接起來的器官。而在長達9個月的時間內(nèi)，每一個胎兒時刻都在與它們?yōu)榘椤?/p>

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撰文 | 石云雷

審校 | 吳非

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每當一個胎兒降生，其母親體內(nèi)就會有一個胎盤脫落，并離開子宮。胎盤在孕婦體內(nèi)存在的時間僅9個多月，但它在繁育后代的過程中至關重要。它的一端連接著母親的子宮壁，另一端連接著胎兒的血液系統(tǒng)。胎盤能將兩者的血液系統(tǒng)分開，避免了母親體內(nèi)的免疫細胞進入胎兒體內(nèi)，導致其死亡。但與此同時，它又能將母親體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣和抗體等傳遞給胎兒，幫助其正常地生長和發(fā)育。

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特殊的起源

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雖然胎盤極其重要，但相比于人體的其他器官，我們對它的關注較少。近年來，關于胎盤如何出現(xiàn)和其連接子宮壁的獨特方式，引起了一些科學家的興趣。據(jù)相關研究，胎盤出現(xiàn)的時間可以追溯到2億~1.5億年前，當時一些動物的生育方式開始由卵生轉(zhuǎn)變?yōu)樘ド?。Edward B. Chuong是科羅拉多大學的基因組學家，他在分析人胎盤細胞的基因時，發(fā)現(xiàn)其中一些明顯不是人類的基因，而是來自逆轉(zhuǎn)錄病毒。

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圖片來源：維基百科

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類似于HIV，這些逆轉(zhuǎn)錄病毒通過逆轉(zhuǎn)錄整合到人體的基因組中。在2018年一篇發(fā)表于PLoS子刊的文章中，Chuong發(fā)現(xiàn)一個來自于逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因，能通過表達合胞素（Syncytin-1），促進胎盤中合胞體滋養(yǎng)層（syncytiotrophoblast）的合成。這是胎盤最外層的細胞，它與子宮壁相連，分離母體和胎兒的血液系統(tǒng)，同時保證兩者之間的物質(zhì)交換。

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在胎盤中，逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因還能控制由胎盤分泌的促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（corticotropin-releasing hormone）的水平，進而控制胎兒的生長狀態(tài)和出生時間。當這種激素的水平異常時，可能會導致早產(chǎn)、新生兒體重過輕等現(xiàn)象。

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在Chuong看來，這是一個外來的病毒基因被人體馴化的結(jié)果。這些逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因整合到哺乳動物的基因組中，和其他基因一起協(xié)同發(fā)揮功能，進而徹底改變哺乳動物生育后代的方式。這種方式帶來了更多的益處，如增加后代的存活幾率。但對人類來說，這種生殖方式在帶來諸多優(yōu)勢的同時，也展現(xiàn)出意料之外的負面影響。

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癌癥變嚴重的原因

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一些科學家注意到，在不同的哺乳動物中，黑色素瘤的擴散情況并不相同。相比于牛和馬等，人類抵抗腫瘤細胞擴散的能力更弱。耶魯大學的科學家在2019年發(fā)表于《自然·生態(tài)與演化》的研究中揭示了部分原因。哺乳動物胎盤中的合胞體滋養(yǎng)層，能實現(xiàn)母親和胎兒之間的物質(zhì)交換。但這些細胞入侵雌性子宮內(nèi)膜的方式，十分類似于癌細胞進入正常組織中的細胞間質(zhì)的過程。另一項研究發(fā)現(xiàn)，在哺乳動物中，當滋養(yǎng)層細胞的入侵性越強時，其體內(nèi)的多種癌癥（包括皮膚癌、乳腺癌和軟組織瘤）或許更容易擴散。

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耶魯大學的科學家表示，胎盤與子宮壁的連接方式，是各種哺乳動物在后期獨立演化出的結(jié)果。而人類的癌癥更容易轉(zhuǎn)移，可能是后期演化中妥協(xié)的結(jié)果——細胞的侵襲性更強時，也意味著胎兒能得到更多的營養(yǎng)，從而更好地發(fā)育。但這些滋養(yǎng)層細胞為什么具有更強的侵襲性？研究人員并沒有給出解釋。

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近期，在一篇發(fā)表于《自然》的論文中，科學家或找到了一個能解釋這一現(xiàn)象的原因：實際上，在胎盤中的滋養(yǎng)層細胞與癌細胞十分相似，有著大量基因突變。這也意味著在母親懷孕期間，胎兒或時刻與這些危險的細胞相伴。

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由“癌細胞”組成的胎盤

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在研究中，英國維康桑格研究所和劍橋大學的科學家從37個胎盤中分離了86個胎盤細胞組織樣本。通過對這些樣本的全基因組測序，他們發(fā)現(xiàn)其中近一半的細胞存在基因突變，包含大量單堿基置換。其中，SBS18在胎盤細胞中最為常見，這種單堿基置換導致了細胞中近43%的突變。

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圖片來源：Pixabay

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除了單堿基置換，這些胎盤細胞樣本中還存在其他類型的基因突變，例如小片段堿基的插入、刪除，以及基因拷貝數(shù)的改變。近一半的胎盤細胞樣本中至少存在一處基因拷貝數(shù)改變；其中一個樣本還出現(xiàn)了染色體異常，擁有3條10號染色體。但在臍帶的間充質(zhì)細胞（成纖維細胞、肌肉細胞等的混合物）和胎兒細胞中，就不存在這樣嚴重的基因突變情況。

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研究人員猜測，由于胎盤是一個暫時、多余的器官，因此在大多數(shù)組織中，用來保護染色體和基因組的機制，在胎盤滋養(yǎng)層中并不會發(fā)揮作用。例如，上段中有3條10號染色體的現(xiàn)象，在胎兒體內(nèi)并不沒有出現(xiàn)，這是由于受精卵中的三染色體救援（Trisomic rescue）過程清除了一條10號染色體。

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研究團隊在對胎盤不同區(qū)域的滋養(yǎng)層細胞進行測序時，還發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象：在單個滋養(yǎng)層細胞群內(nèi)部，細胞中基因的相似性很高；但不同滋養(yǎng)層細胞群之間，基因突變的差異卻很明顯。這提示單個滋養(yǎng)層細胞群或由一個祖細胞演化而來。祖細胞在多次復制時，基因突變會逐漸累積。隨后，它和其他胎盤細胞群拼接成胎盤，形成一個由具有不同“癌變”特征的細胞群拼接起來的“馬賽克”。

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該文章的通訊作者、劍橋大學的Steve Charnock-Jones教授說：“這項研究首次證實，胎盤的組織結(jié)構(gòu)與其他人體器官不同。事實上，它就像不同的腫瘤細胞拼接起來的。與人體其他健康的組織相比，它的基因突變率和一些突變模式高得有點離譜?！?/p>

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那么這些突變的胎盤細胞對胎兒有害嗎？此前的研究表明，胎盤中的染色體畸變會導致1%~2%的生殖異常。在胎盤中，細胞的基因突變會導致胎盤功能不全，且還會誘發(fā)多種產(chǎn)科并發(fā)癥，例如早產(chǎn)、胎兒死亡和胎兒宮內(nèi)生長受限等。

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在這項新研究中，科學家發(fā)現(xiàn)，一些新生兒易患的癌癥（例如成神經(jīng)細胞瘤和橫紋肌肉瘤）中也存在大量SBS18類型的單堿基置換。當胎兒還在子宮發(fā)育時，這些癌癥的種子就已經(jīng)形成，這或與胎盤細胞具有一定的相關性。研究人員表示，這一研究建立起了胎盤基因異常和新生兒狀態(tài)之間的聯(lián)系。使用更大樣本進行后續(xù)研究，或?qū)⒂兄诮沂驹趹言衅陂g，母親或胎兒出現(xiàn)并發(fā)癥或其他疾病的原因。

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參考鏈接：

https://whyy.org/segments/the-placenta-went-viral-and-protomammals-were-born/

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-03/wtsi-pia030921.php

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25324490/

https://link.springer.com/article/10.1007/s13105-012-0227-2

文章鏈接：

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


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