Fundamental Research︱苏文如/王祥珪团队揭示人类怀孕过程中外周血免疫单细胞水平动态变化

作者︱刘秀兴

责编︱王思珍

编辑︱杨  婵

怀孕是一个复杂的时期。母体免疫系统在怀孕期间经历了广泛的适应性变化，以保证母体对胎儿异体移植物的耐受性，确保健康婴儿的正常分娩[1]。孕妇独特的免疫状态也改变了母体对各种疾病的易感性，其在妊娠早、中和晚期表现不同。证据表明，怀孕期间感染风险增加，如流感和肝炎，这种现象在妊娠晚期尤为明显[3]。相反，一些自身免疫性疾病，如葡萄膜炎，其发病率和严重程度在怀孕期间下降，而在产后升高[4]。近些年研究发现人类来源的血液样本是重要的非侵入性临床样本，能够较好反映母体的免疫状态以及预测不良妊娠结局[5]。因此，探索妊娠过程的早、中和晚期机体免疫系统的细微差异，对于揭示怀孕过程中免疫相关疾病发生的潜在机制，具有重要的意义。

中山大学中山眼科中心苏文如教授团队一直聚焦于葡萄膜炎等各种眼免疫性疾病的免疫学机制和临床转化研究，其系列研究成果极大推动了葡萄膜炎及自身免疫性疾病领域进展。基于在眼免疫学和单细胞领域的系统性研究成果，2022年6月30日，中山大学中山眼科中心苏文如课题组与中南大学湘雅医院王祥珪团队合作，特受邀在国家自然科学基金委员会主办的高起点、高水平综合性期刊Fundamental Research杂志在线发表题为“A dynamic peripheral immune landscape during human pregnancy”的论文。该研究通过对妊娠早中晚期人群、产后早期人群以及年龄匹配的健康人群外周血的单个核细胞进行单细胞转录组测序（scRNA-seq），此外，研究者将这些数据与老年妇女的结果进行比较，以研究怀孕和衰老免疫之间的潜在关系。该研究首次建立人类怀孕的外周血免疫细胞的高通量单细胞图谱，系统阐述了不同妊娠阶段血液中免疫细胞的表型、转录水平的变化，揭示了怀孕过程中感染增加以及自身免疫减少的免疫机制，为理解怀孕人群的生理学特点以及开发产后早期恢复的新型干预措施提供重要思路。（拓展阅读：苏文如课题组最新研究成果，详见“岚翰生命科学”报道（点击阅读）：STAR Protocols︱苏文如/郑颖丰团队发表基于高维质谱流式的人类血液免疫细胞功能分析的实验方案）

研究者发现，怀孕显著引起适应性免疫的下降，表现为T细胞（TC）、记忆性亚群和浆细胞的比例减少。研究者根据差异基因数量发现，受怀孕影响最大的淋巴细胞类型包括高表达细胞毒性基因的CD8+ TC、NK细胞和少量双阳性TC，表现出细胞毒性和防御反应相关基因的表达下降，这在妊娠晚期尤为明显。另外，怀孕下调了多个与自身免疫反应相关的基因和富集通路，并呈现孕期相关性，如CD4+ TC的Th17细胞分化在怀孕过程逐渐下降，而CD4+ TC和B细胞的细胞凋亡和基因沉默在早期尤为明显。这些结果与母体-胎盘界面淋巴细胞功能下降一致[1]，提示母体血液免疫与胎盘局部免疫良好的相关性。更重要的是，研究者进一步运用生信分析和流式细胞术发现妊娠期间适应性免疫变化背后的异常细胞间信号，如DC和淋巴细胞之间抗原呈递作用与淋巴细胞间活化和趋化作用的下调，以及耐受性ICOS和activin信号通路的升高。

此外，研究者发现适应性免疫下降的同时，妊娠免疫也表现为单核细胞（MC）的活化。研究者发现怀孕导致MC比例增加，并上调IL-1等炎症信号通路，在晚期尤为明显，这与正常妊娠晚期生理性子宫炎症和免疫激活保持一致[6]，提示血液MC可能是成功分娩或病理性分娩的预测因素。更重要的是，研究者发现MC的活化可能是作为怀孕期间淋巴功能下调的一种代偿机制，表现为淋巴细胞下调基因多于上调基因，而MC相反。研究者鉴定了27个同时在MC中上调和CD4+ TC中下调的基因，功能富集分析表明这些基因参与了细胞因子信号通路、炎症活化、细胞迁移和增殖，进一步证明了母体免疫可能存在的代偿机制（图1）。上述发现揭示了母体免疫系统中适应性免疫和先天免疫的基因表达和信号通路的协同变化，而不是广泛的免疫抑制。

图1 适应性免疫和先天免疫的协同变化

（图源：Liu X, et al., Fundamental Research. 2022）

衰老会引起免疫系统的广泛变化，增加感染、癌症和其他疾病的易感性。研究者前期研究发现人类衰老的免疫学特征，表现为炎症反应增强，尤其在男性和熬夜后尤为突出[7-9]。以往研究表明，人类正常怀孕是一个短暂性衰老的过程，表现为氧化应激、炎症和端粒降解反应的上调和增强[10]。研究者在该研究中通过比较怀孕与老龄的免疫学特征，阐明怀孕促进衰老的免疫学机制，表现为MC中氧化应激、衰老和炎症反应增强，以及NK细胞中细胞防御反应和细胞迁移下调。同时，一些衰老标记物的表达在怀孕期间得到增强，如CDKN1A和STAT3（图2）。值得注意的是，妊娠免疫在产后得到部分恢复和逆转，如淋巴细胞功能。相反，炎症、氧化应激和衰老相关表型在产后得到部分压制，而抗氧化剂可能促进这种恢复。

图2 怀孕促进衰老的免疫学机制

（图源：Liu X, et al., Fundamental Research. 2022）

图3 文章模式图：人类怀孕期间外周血免疫的动态景观 

（图源：Liu X, et al., Fundamental Research. 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

在这项工作中，研究者首次在单细胞层面展现了人类怀孕的外周血免疫学特征，加深了人们对妊娠过程中生理变化的复杂免疫机制的理解。研究者对不同妊娠阶段的孕妇外周血单个核细胞进行单细胞RNA测序，以阐明母体免疫系统的动态变化（图3）。其淋巴细胞功能下降表现为细胞毒性表型和自身免疫反应减少，参与淋巴细胞活化的相关细胞间信号通路下调，以及耐受性信号通路在免疫细胞间上调。与此同时，作为怀孕期间淋巴功能下调的一种代偿机制，单核细胞比例的增加以及炎症反应的增强在妊娠晚期尤为明显，提示血液单核细胞可能是成功分娩或病理性分娩的预测因素。值得注意的是，研究者从免疫的角度提出了怀孕促进细胞衰老的新观点，而在产后得到部分逆转，因此产后需要注意进行相对应的抗氧化治疗。该研究拓展了人们对怀孕这一生物学过程的认识，期待后续大样本以及长时间纵向研究的进一步探究。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.06.011

中山大学中山眼科中心苏文如教授，中南大学湘雅医院王祥珪教授和粟娟教授为共同通讯作者。中山大学中山眼科中心研究生刘秀兴、朱蕾、黄兆豪、李钊淮、段润平为共同第一作者。研究得到了国家优秀青年科学基金项目和国家重点研发计划项目的资助。

通讯作者：苏文如

（照片提供自：中山大学中山眼科中心苏文如团队）

通讯作者简介：（上下滑动阅读）  

苏文如，教授，主任医师，博士研究生导师。“国家优青”基金获得者，“广东省杰青”基金获得者，2020年中国眼科学术影响力百强榜排名67。临床上擅长葡萄膜炎等各种眼免疫性疾病和眼底疾病的诊断和治疗。主持国自然优秀青年基金，国家重点研发计划课题等多项国家级基金。目前主要研究方向为眼科免疫炎症性疾病的基础及临床研究，近年来在 PNAS, Cell Death Differ, J Allergy Clin Immunol, Protein & cell, Cell Discovery, J Immunol, IOVS等Sci杂志发表70余篇学术论文。获广东省科技进步一等奖1项，授权发明专利3项。如有兴趣申请苏教授实验室博士后，请发Email至：[e-mail]，具有眼免疫学和生物信息学背景者优先。

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参考文献（上下滑动阅读）

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