唾液酸的末端定位特性一方面可使其作為直接的抗原或配體識別位點參與信號傳遞，另一方面也可以唾液酸化修飾的修飾結(jié)合到已有的抗原或配體識別位點，抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及其引發(fā)的一系列機體反應(yīng)。許多惡性腫瘤細胞和病原體便可通過唾液酸化修飾隱藏自身的表面抗原，逃避免疫系統(tǒng)攻擊。

唾液酸帶負電荷的特性則使唾液酸化修飾的糖蛋白更易與帶正電荷的物質(zhì)結(jié)合，從而參與細胞水和鹽類代謝及物質(zhì)轉(zhuǎn)運等生理過程。高負電荷的唾液酸化修飾另一方面也增加了糖蛋白的親水性，造成細胞間距增加和電荷斥力增強，進而抑制細胞間的相互作用。這種特性在組織紅細胞聚集和促進細胞遷移等生命活動中具有重要意義。

唾液酸化修飾對哺乳動物的重要性最直接的體現(xiàn)是缺乏唾液酸合成關(guān)鍵酶的小鼠在E9.5天致死。但值得注意的是，發(fā)育到該階段的小鼠所有胚層均已形成。德國Hannover Medical School的Birgit Weinhold教授團隊隨后在小鼠胚胎干細胞（mESC）中的研究也證實，催化唾液酸(Sia)向CMP-Sia形成的CMP-Sia合成酶（CMAS，該酶是唾液酸轉(zhuǎn)移酶的功能底物）功能缺陷雖然導(dǎo)致了mTSC表面糖蛋白唾液酸修飾的消失，但并不影響mTSC的分化。這些研究提示唾液酸在哺乳動物早期發(fā)育中的作用更重要地可能體現(xiàn)在對胎盤等胚外組織發(fā)育或母胎之間的免疫互作層面。

基于此，Birgit Weinhold教授團隊利用已構(gòu)建的Cmas敲除小鼠模型對唾液酸在小鼠胎盤發(fā)育和妊娠期母胎界面免疫豁免中的作用進行了深入探究，最終發(fā)現(xiàn)唾液酸化修飾雖然對早期胚胎的發(fā)育無關(guān)緊要，但卻對母胎免疫耐受狀態(tài)的建立和維持以及胎盤的早期發(fā)育至關(guān)重要，唾液酸化修飾的異常可導(dǎo)致母體免疫系統(tǒng)激活，攻擊胎盤細胞，損害胎盤正常發(fā)育，最終影響胚胎發(fā)育導(dǎo)致不良妊娠結(jié)局。

為了確定胚胎發(fā)育早期母胎界面唾液酸化修飾的模式，研究人員首先對E6.5和E8.5的胚體進行Maackia amurensis agglutinin（MAA，特異識別多糖末端α2,3-Sia）和Peanut agglutinin（PNA，特異性識別末端半乳糖）染色，發(fā)現(xiàn)在E6.5的野生型小鼠中唾液酸化修飾主要發(fā)生于外胎盤椎（EPC），母胎界面的滋養(yǎng)層巨細胞（TGC），以及胚胎頂側(cè)和緊鄰前羊膜腔的胚外胚層。至E8.5唾液酸化修飾除了在EPC和TGC中發(fā)生，還存在于包括Reichert膜（RM，來源于內(nèi)細胞團，是胎盤建成前胚胎發(fā)育早期的主要營養(yǎng)來源）在內(nèi)的多種胚胎組織中，Cmas-/-組則喪失了該表達模式（圖1）。提示唾液酸化修飾在胎盤和RM等胚外組織的發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。進一步的病理學(xué)切片染色分析發(fā)現(xiàn)，唾液酸化修飾丟失導(dǎo)致包括EPC、TGC和絨毛膜板（CP）等各種類型的滋養(yǎng)層細胞分化發(fā)育異常，同時也使為早期胚胎提供營養(yǎng)的RM的結(jié)構(gòu)和分子表達出現(xiàn)異常。盡管胚胎的各個胚層均能正常發(fā)生，但伴隨胚胎的發(fā)育唾液酸化修飾的喪失也不同程度影響了胎兒心臟、體節(jié)和神經(jīng)等的發(fā)育，導(dǎo)致嚴(yán)重的胎兒生長受限（FGR），這可能也是胚外組織發(fā)育異常引發(fā)的不良妊娠結(jié)局（圖2）。

圖1 野生型和Cmas-/-小鼠中唾液酸化修飾的時空模式

圖2 Cmas-/-小鼠表現(xiàn)出胚外組織發(fā)育異常和FGR

考慮到唾液酸修飾在免疫調(diào)控中的特殊作用，并且在前述的病理學(xué)分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)在Cmas-/-小鼠的胚外組織周圍存在許多多形核淋巴細胞聚集，研究室人員推測可能是唾液酸化丟失誘發(fā)了母體淋巴細胞向母胎界面的侵潤。Gr-1染色顯示隨著發(fā)育的進程，Cmas-/-小鼠的滋養(yǎng)層細胞周圍有明顯的中性粒細胞聚集，至E8.5甚至擴展至整個胚胎周圍（圖3）。提示胚外組織唾液酸化的丟失引發(fā)了母體免疫細胞對胎兒來源細胞的免疫反應(yīng)。然而十分令人意外的是，當(dāng)研究人員用中性粒細胞的清除抗體Anti-LyG6處理Cmas-/-小鼠時，胚胎和胚外組織的異常結(jié)局均未得到逆轉(zhuǎn)（圖4）。說明中性粒細胞并非唾液酸化修飾丟失后胎兒和胎盤發(fā)育異常的始作俑者。

圖3 Gr-1+中性粒細胞在Cmas-/-小鼠母胎界面聚集

圖4 特異性清除中性粒細胞無法挽救Cmas-/-小鼠異常表型

由于小鼠和人等的胎盤為血絨毛膜胎盤，母體血液可直接接觸胎兒來源的滋養(yǎng)層細胞，因而作者推測母體的補體系統(tǒng)可能是唾液酸化丟失后母體對胎兒產(chǎn)生免疫反應(yīng)的關(guān)鍵響應(yīng)器。病理學(xué)染色分析證實補體成分C3在E8.5的Cmas-/-小鼠母胎界面高度富集，且清除中性粒細胞并不影響該富集模式。E4.5和E6.5連續(xù)注射抗補體因子（CVF）后不僅清除了Cmas-/-小鼠血清中的C3，而且也使母胎界面的C3顯著降低（圖5）。更重要的是，CVF處理顯著抑制了Cmas-/-小鼠母體中性粒細胞向母胎界面的侵潤，rescue了胚外組織和胚胎的不良發(fā)育結(jié)局（圖6和7）。

這些結(jié)果充分證明唾液酸化修飾丟失可激活母體的補體系統(tǒng)，導(dǎo)致中性粒細胞向母胎界面大量聚集，從而破壞母胎免疫耐受穩(wěn)態(tài)，最終損害胎盤等胚外組織正常發(fā)育，繼而導(dǎo)致胎兒生長受限等不良妊娠結(jié)局。

圖5 補體C3在Cmas-/-小鼠母胎界面聚集

圖6 特異性清除C3可抑制中性粒細胞過度侵潤

圖7 特異性清除C3可挽救Cmas-/-小鼠異常表型

縱觀全文，我們可以發(fā)現(xiàn)作者在自己和前人研究的基礎(chǔ)上，通過縝密地分析精準(zhǔn)捕獲到可以深層挖掘的信息，并利用Cmas-/-小鼠這一研究唾液酸化修飾的絕佳模型，通過簡捷有效的實驗手段證實了唾液酸化修飾在母胎免疫耐受和妊娠維持中的關(guān)鍵作用，也在一定程度上發(fā)掘了潛在的分子機制。該研究是母胎免疫耐受領(lǐng)域的重要突破，也是其重要補充，對我們?nèi)娑钊氲卣J識和理解妊娠期間母胎界面地免疫穩(wěn)態(tài)具有重大意義。

此外，由于補體系統(tǒng)激活、滋養(yǎng)層細胞功能障礙以及胎兒生長受限等表型在子癇前期等妊娠疾病中同樣存在，那么該類患者母胎界面地唾液酸化修飾模式是否異常，其異常是否可作為子癇前期的診斷或預(yù)測標(biāo)志物，以及唾液酸化修飾異常是否是是子癇前期的致病因素，等問題便十分值得探討。

參考文獻

Abeln, M., Albers, I., Peters-Bernard, U., Flachsig-Schulz, K., Kats, E., Kispert, A., Tomlinson, S., Gerardy-Schahn, R., Munster-Kuhnel, A., and Weinhold, B. (2019) Sialic acid is a critical fetal defense against maternal complement attack. J Clin Invest 129, 422-436

生命樹之謎：

中國科學(xué)院動物研究所生殖病理學(xué)研究組

BOSS簡介：

http://sourcedb.ioz.cas.cn/zw/zjrc/200907/t20090716_2088415.html

Lab簡介：

http://rpb.ioz.cas.cn/yjz/wangyanling/