母胎界面巨噬细胞的分群及其功能研究

The crosstalk between uterine decidual stromal cells, immune cells and placental trophoblast cells is crucial for the establishment and maintenance of pregnancy. Decidual macrophages are the second most abundant immune cells at the maternal-fetal interface, and malfunction of decidual macrophages may result in adverse pregnancy outcomes, like abortion. The subsets of decidual macrophages and their specific functions are important scientific quesitons in the field of decidual macrophage study. In our previous work, we identified three macrophage subsets at the maternal-fetal interface of the early human pregnancy based on the expression of CCR2 and CD11c. However, further morphological investigation by electron microscope and localization study with immunofluorescence staining suggest more macrophage subsets. So the aim of this study is to identify the subsets of macrophages by an unbiased clustering method, single-cell RNA-seq technology, at the human and mouse maternal-fetal interfaces. We will then take advantage of knock-out mice model, multiple cell and tissue culture systems, and flow cytometry, etc to investigate the roles of decidual macrophages subsets in the establishment and maintenance of pregnancy. At last, by combining clinical pathological samples, this study will clarify the relationship between imbalances of the percentage of different decidual macrophage subsets and recurrent spontaneous abortion. This study will provide the direct experimental evidence to clarify the detailed functional mechanism of decidual macrophages in establishing and maintaining pregnancy, and will also supply important mechanistic references for the diagnosis and treatment of recurrent spontaneous abortion.

妊娠建立与维持是母体子宫蜕膜基质细胞和免疫细胞与胎盘的滋养层细胞相互识别和作用的结果。蜕膜巨噬细胞是母胎界面第二大类群免疫细胞，其功能异常可能导致流产等不良妊娠结局。蜕膜巨噬细胞的亚群组成及其精确功能是本领域重要科学问题。申请人的前期研究发现，人类母胎界面蜕膜巨噬细胞可以被CCR2和CD11c分为三个亚群。然而进一步电镜形态和免疫荧光定位研究显示，母胎界面可能存在更多巨噬细胞亚群。因此，本研究拟利用单细胞转录组测序技术对人类和小鼠妊娠早期母胎界面巨噬细胞进行无偏倚聚类分群，并利用基因敲除小鼠模型、多种细胞和组织原代培养体系以及流式细胞术等方法研究蜕膜巨噬细胞亚群在妊娠建立与维持中的作用。最后结合临床病理样本，阐释蜕膜巨噬细胞亚群比例失衡与反复自然流产发生的关联。本研究将为阐明巨噬细胞在妊娠建立与维持中的精细作用机制提供直接的实验证据，并为反复自然流产的诊治提供重要的参考。

蜕膜巨噬细胞在正常妊娠的建立与维持过程中发挥重要作用。前期利用流式分析方法，根据CCR2和CD11c的表达水平我们将人类妊娠早期母胎界面蜕膜巨噬细胞分为三个细胞亚群：CCR2-CD11cLO（LO：low）、CCR2-CD11cHI（HI：high）和CCR2+CD11cHI。为了进一步探究母胎界面蜕膜巨噬细胞会不会有更多的亚群，本项目利用高通量转录组测序技术获得了15956个人类妊娠早期母胎界面蜕膜巨噬细胞的转录组，对所得数据的无偏倚聚类分析发现了母胎界面四个蜕膜巨噬细胞亚群（dM-FOSB，dM-HMOX1，dM-IL1B和dM-CLEC10A）和一群增殖型蜕膜巨噬细胞（dM-MKI67）。dM-FOSB巨噬细胞基本对应CCR2-CD11cLO巨噬细胞，dM-HMOX1巨噬细胞基本对应CCR2-CD11cHI巨噬细胞，dM-IL1B和dM-CLEC10A巨噬细胞基本对应CCR2+CD11cHI巨噬细胞。具有树突状细胞特点的dM-CLEC10A蜕膜巨噬细胞为新发现细胞亚群，其特点和功能有待深入研究。我们还单独分离了基蜕膜、包蜕膜和壁蜕膜的原代细胞用于单细胞转录组测序，再次证实母胎界面蜕膜巨噬细胞的极性分布现象。进一步对本项目获得的蜕膜巨噬细胞单细胞数据和已经公开发表的数据进行了数据整合，结果显示外周血单核细胞与dM-IL1B蜕膜巨噬细胞在降维结果上基本上重叠，所以我们认为 dM-IL1B巨噬细胞可能来源于外周血单核细胞，并进而分化为其他蜕膜巨噬细胞类型。对小鼠和食蟹猴蜕膜巨噬细胞单细胞转录组数据的研究发现，小鼠和食蟹猴蜕膜组织中存在着与人类蜕膜组织相似的巨噬细胞亚群，且食蟹猴蜕膜组织中存在一种特有的蜕膜巨噬细胞亚群，其功能有待进一步研究。本项目发现了蜕膜巨噬细胞的异质性，以及蜕膜巨噬细胞在母胎界面的极性分布现象。我们认为母胎界面蜕膜巨噬细胞库可能会通过自身增殖及外周血单核细胞的补充分化来维持。本项目为进一步利用小鼠和食蟹猴等动物模型探究母胎界面巨噬细胞在妊娠过程中的作用奠定了基础。