唾液酸的末端定位特性一方面可使其作为直接的抗原或配体识别位点参与信号传递，另一方面也可以唾液酸化修饰的修饰结合到已有的抗原或配体识别位点，抑制信号转导及其引发的一系列机体反应。许多恶性肿瘤细胞和病原体便可通过唾液酸化修饰隐藏自身的表面抗原，逃避免疫系统攻击。
唾液酸带负电荷的特性则使唾液酸化修饰的糖蛋白更易与带正电荷的物质结合，从而参与细胞水和盐类代谢及物质转运等生理过程。高负电荷的唾液酸化修饰另一方面也增加了糖蛋白的亲水性，造成细胞间距增加和电荷斥力增强，进而抑制细胞间的相互作用。这种特性在组织红细胞聚集和促进细胞迁移等生命活动中具有重要意义。
唾液酸化修饰对哺乳动物的重要性最直接的体现是缺乏唾液酸合成关键酶的小鼠在E9.5天致死。但值得注意的是，发育到该阶段的小鼠所有胚层均已形成。德国Hannover Medical School的Birgit Weinhold教授团队随后在小鼠胚胎干细胞（mESC）中的研究也证实，催化唾液酸(Sia)向CMP-Sia形成的CMP-Sia合成酶（CMAS，该酶是唾液酸转移酶的功能底物）功能缺陷虽然导致了mTSC表面糖蛋白唾液酸修饰的消失，但并不影响mTSC的分化。这些研究提示唾液酸在哺乳动物早期发育中的作用更重要地可能体现在对胎盘等胚外组织发育或母胎之间的免疫互作层面。
基于此，Birgit Weinhold教授团队利用已构建的Cmas敲除小鼠模型对唾液酸在小鼠胎盘发育和妊娠期母胎界面免疫豁免中的作用进行了深入探究，最终发现唾液酸化修饰虽然对早期胚胎的发育无关紧要，但却对母胎免疫耐受状态的建立和维持以及胎盘的早期发育至关重要，唾液酸化修饰的异常可导致母体免疫系统激活，攻击胎盘细胞，损害胎盘正常发育，最终影响胚胎发育导致不良妊娠结局。
为了确定胚胎发育早期母胎界面唾液酸化修饰的模式，研究人员首先对E6.5和E8.5的胚体进行Maackia amurensis agglutinin（MAA，特异识别多糖末端α2,3-Sia）和Peanut agglutinin（PNA，特异性识别末端半乳糖）染色，发现在E6.5的野生型小鼠中唾液酸化修饰主要发生于外胎盘椎（EPC），母胎界面的滋养层巨细胞（TGC），以及胚胎顶侧和紧邻前羊膜腔的胚外胚层。至E8.5唾液酸化修饰除了在EPC和TGC中发生，还存在于包括Reichert膜（RM，来源于内细胞团，是胎盘建成前胚胎发育早期的主要营养来源）在内的多种胚胎组织中，Cmas-/-组则丧失了该表达模式（图1）。提示唾液酸化修饰在胎盘和RM等胚外组织的发育过程中发挥重要作用。进一步的病理学切片染色分析发现，唾液酸化修饰丢失导致包括EPC、TGC和绒毛膜板（CP）等各种类型的滋养层细胞分化发育异常，同时也使为早期胚胎提供营养的RM的结构和分子表达出现异常。尽管胚胎的各个胚层均能正常发生，但伴随胚胎的发育唾液酸化修饰的丧失也不同程度影响了胎儿心脏、体节和神经等的发育，导致严重的胎儿生长受限（FGR），这可能也是胚外组织发育异常引发的不良妊娠结局（图2）。
图1 野生型和Cmas-/-小鼠中唾液酸化修饰的时空模式
图2 Cmas-/-小鼠表现出胚外组织发育异常和FGR
考虑到唾液酸修饰在免疫调控中的特殊作用，并且在前述的病理学分析结果中发现在Cmas-/-小鼠的胚外组织周围存在许多多形核淋巴细胞聚集，研究室人员推测可能是唾液酸化丢失诱发了母体淋巴细胞向母胎界面的侵润。Gr-1染色显示随着发育的进程，Cmas-/-小鼠的滋养层细胞周围有明显的中性粒细胞聚集，至E8.5甚至扩展至整个胚胎周围（图3）。提示胚外组织唾液酸化的丢失引发了母体免疫细胞对胎儿来源细胞的免疫反应。然而十分令人意外的是，当研究人员用中性粒细胞的清除抗体Anti-LyG6处理Cmas-/-小鼠时，胚胎和胚外组织的异常结局均未得到逆转（图4）。说明中性粒细胞并非唾液酸化修饰丢失后胎儿和胎盘发育异常的始作俑者。
图3 Gr-1+中性粒细胞在Cmas-/-小鼠母胎界面聚集
图4 特异性清除中性粒细胞无法挽救Cmas-/-小鼠异常表型
由于小鼠和人等的胎盘为血绒毛膜胎盘，母体血液可直接接触胎儿来源的滋养层细胞，因而作者推测母体的补体系统可能是唾液酸化丢失后母体对胎儿产生免疫反应的关键响应器。病理学染色分析证实补体成分C3在E8.5的Cmas-/-小鼠母胎界面高度富集，且清除中性粒细胞并不影响该富集模式。E4.5和E6.5连续注射抗补体因子（CVF）后不仅清除了Cmas-/-小鼠血清中的C3，而且也使母胎界面的C3显著降低（图5）。更重要的是，CVF处理显著抑制了Cmas-/-小鼠母体中性粒细胞向母胎界面的侵润，rescue了胚外组织和胚胎的不良发育结局（图6和7）。
这些结果充分证明唾液酸化修饰丢失可激活母体的补体系统，导致中性粒细胞向母胎界面大量聚集，从而破坏母胎免疫耐受稳态，最终损害胎盘等胚外组织正常发育，继而导致胎儿生长受限等不良妊娠结局。
图5 补体C3在Cmas-/-小鼠母胎界面聚集
图6 特异性清除C3可抑制中性粒细胞过度侵润
图7 特异性清除C3可挽救Cmas-/-小鼠异常表型
纵观全文，我们可以发现作者在自己和前人研究的基础上，通过缜密地分析精准捕获到可以深层挖掘的信息，并利用Cmas-/-小鼠这一研究唾液酸化修饰的绝佳模型，通过简捷有效的实验手段证实了唾液酸化修饰在母胎免疫耐受和妊娠维持中的关键作用，也在一定程度上发掘了潜在的分子机制。该研究是母胎免疫耐受领域的重要突破，也是其重要补充，对我们全面而深入地认识和理解妊娠期间母胎界面地免疫稳态具有重大意义。
此外，由于补体系统激活、滋养层细胞功能障碍以及胎儿生长受限等表型在子痫前期等妊娠疾病中同样存在，那么该类患者母胎界面地唾液酸化修饰模式是否异常，其异常是否可作为子痫前期的诊断或预测标志物，以及唾液酸化修饰异常是否是是子痫前期的致病因素，等问题便十分值得探讨。
参考文献
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
生命树之谜：
中国科学院动物研究所生殖病理学研究组
BOSS简介：
http://sourcedb.ioz.cas.cn/zw/zjrc/200907/t20090716_2088415.html
Lab简介：
http://rpb.ioz.cas.cn/yjz/wangyanling/
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