对自然最卓越创新的新见解——维持成功妊娠的能力
一项由维也纳大学科学家领导的国际研究团队揭示了数百万年来母胎界面上特化细胞类型和通信网络如何进化的全新见解。这些发现阐明了自然界的杰出创新之一——维持成功妊娠的能力。相关成果刚刚发表于《自然生态与进化》。
能够持续足够长时间以支持胎儿完全发育的妊娠，是胎盘哺乳动物（包括人类）的一项标志性进化突破。其中的核心是胎儿-母体界面：这是子宫中胎儿胎盘与母体子宫相遇的位置，也是两个基因不同的生物——母亲和胎儿——亲密接触并持续互动的地方。这一界面必须保持微妙的平衡：既要亲密到足以交换营养物质和信号，又要保护得当以防止母体免疫系统排斥基因“外来”的胎儿。
为了揭示这一复杂结构的起源和机制，研究团队分析了六种代表哺乳动物进化树关键分支的哺乳动物物种的单细胞转录组——即单个细胞中活跃基因的快照。这些物种包括小鼠和豚鼠（啮齿类）、猕猴和人类（灵长类），以及两种较为特殊的哺乳动物：马岛猬（一种早期胎盘哺乳动物）和负鼠（有袋类，在胎盘哺乳动物进化出复杂胎盘之前就已分化出来）。
哺乳动物妊娠的细胞“图谱”
通过分析胎儿-母体界面的细胞，研究人员得以追溯关键细胞类型的进化起源及其多样化过程。他们的研究重点在于两大主角：胎盘细胞（来源于胎儿并侵入母体组织）和子宫基质细胞（来源于母体并对这种侵入作出反应）。
借助分子生物学工具，研究团队识别出独特的遗传特征——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盘细胞侵袭行为相关的遗传特征，这一特征在哺乳动物中已保守超过1亿年。这一发现挑战了侵袭性胎盘细胞为人类独有的传统观点，揭示它们实际上是哺乳动物进化的一个深层保守特征。与此同时，母体细胞也并非停滞不前。研究发现，胎盘哺乳动物（而非有袋类）获得了新的激素生产能力，这是迈向延长妊娠期和复杂妊娠的关键一步，也表明胎儿和母亲可能正在驱动彼此的进化。
细胞对话：合作与冲突之间
为了更好地理解胎儿-母体界面的功能，该研究测试了关于母亲与胎儿细胞通讯进化的两种重要理论。
第一种是“去模糊假说”，预测随着时间推移，激素信号会明确归属于胎儿或母体——这可能是确保清晰性并防止操控的一种保障机制。结果证实了这一观点：某些信号，包括WNT蛋白、免疫调节因子和类固醇激素，可以清楚地追溯到单一来源组织。
第二种是“升级假说”（或称“基因组冲突”），提出母体和胎儿基因之间存在进化军备竞赛——例如，胎儿增强生长信号，而母体则试图抑制这些信号。这种模式在少数基因中被观察到，特别是调控生长的IGF2基因。总体而言，证据指向精细调节的合作信号。
这些发现表明，进化可能比以前认为的更倾向于母亲和胎儿之间的协调。所谓的母胎权力斗争似乎仅限于特定的基因区域。与其问整个妊娠是冲突还是合作，一个更有用的问题可能是：冲突在哪里？
丹尼尔·J·施塔特迈尔（Daniel J. Stadtmauer），研究的第一作者，维也纳大学进化生物学系研究员
单细胞分析：通往进化发现的关键
这项研究的发现得益于结合了两种强大工具：单细胞转录组学（捕捉单个细胞中的基因活动）和帮助科学家重建远古祖先特征的进化建模技术。通过将这些方法应用于细胞类型及其基因活动，研究人员能够模拟不同物种中细胞如何交流，甚至一窥这种对话在过去数百万年间的演变。
西尔维娅·巴桑塔（Silvia Basanta），共同第一作者及维也纳大学研究员表示：“我们的方法为研究从单个细胞到整个组织的复杂生物系统的进化打开了新窗口。”这项研究不仅揭示了妊娠如何进化，还为在细胞水平追踪进化创新提供了新框架——这些洞见未来可能有助于我们更好地理解、诊断或治疗妊娠相关并发症。
该研究在维也纳大学进化生物学系米哈埃拉·帕夫利切夫（Mihaela Pavličev）实验室和耶鲁大学冈特·瓦格纳（Günter Wagner）实验室进行。瓦格纳是耶鲁大学名誉教授，也是维也纳大学的高级研究员。该研究得到了约翰·坦普尔顿基金会和奥地利科学基金（FWF）的支持。
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