人类的胎盘在确保成功怀孕方面起着至关重要的作用。尽管对其细胞组成和功能的知识越来越多，但对合胞滋养层（STB）内数十亿个核的异质性的研究有限，STB是一种主要负责胎盘功能的多核实体。在这里，对妊娠早期和妊娠晚期的人类胎盘进行了综合的单核RNA测序和单核ATAC测序分析。的研究结果显示了STB细胞核的动态异质性和发育轨迹，以及它们与人滋养细胞干细胞（hTSC）来源的STB的对应关系。此外，通过其基因调控网络鉴定了与不同STB核谱系相关的转录因子，并通过实验确定了它们在hTSC和滋养层类器官衍生的STBs中的功能。总之，本数据为人类STB的异质性提供了见解，并为解释相关妊娠并发症提供了宝贵的资源。

为了全面了解人类胎盘核库及其调控机制，将10X snRNA-seq和snATAC-seq技术应用于12个健康胎盘分离的细胞核，分别在妊娠早期（妊娠6-9周）和妊娠晚期（妊娠38-39周）。通过在测序前从每个性别中收集相同数量的胎盘来消除潜在的性别偏见（补充图1a，c）。有关样本收集的详细资料见补充表1及补充说明1。该方法的概述如图1a所示。经过严格的过滤，分别保留了50,850个核和50,693个snRNA-seq和snATAC-seq核，用于后续分析（补充表1；方法）。对两个数据集都采用了样品制备批量校正方法，得到了较强的相关性（补充图1d）和高质量的数据（补充图1e，f）。使用Scanpy34和SnapATAC v2对批校正的转录组和表观基因组数据集进行了聚类。35)相应地包装，并使用均匀流形近似进行可视化。.有趣的是，不同妊娠期的CTB、EVT和STR核紧密聚集在一起，而STB核簇在妊娠早期和晚期表现出明显的差异，提示更大的功能差异（图1b）。对妊娠早期和妊娠晚期的STB核进行差异表达基因（DEGs）和基因本体论（GO）分析，以确定功能差异(图1d，e，）。

2. 妊娠早期人胎盘STB的核异质性和分化轨迹分支

首先使用snRNA-seq、snATAC-seq和整合的UMAP观察了STB核分离成亚簇（图1b，f，i）。为了研究妊娠早期STB内核异质性的细节，对来自eSTB及其祖细胞eCTB的23,702个核进行了聚焦分析，如图1b所示。基于snRNA-seq数据集确定了10个亚群，包括4个eCTB亚群（簇7、9、6和11、DNMT1，在妊娠早期）和6个eSTB亚群（8、2、10、1、3、4、5、PSG8和CGA）（图2a和补充图3a）。对于eCTB亚群，注释了eCTB增殖（7、MKI67）、eCTB融合（11、ERVFRD-1）和两个中间群eCTB1(9)和eCTB2(6)。的eCTB子集群注释与之前的研究结果一致27。scRNA-seq和snRNA-seq结果之间的一致性证实了的分析方法的可靠性。有趣的是，在eSTB核亚簇中观察到了不同的基因表达模式(图2a），分叉的发展轨迹源于一个共同的亲代，这些STB子集群STB核（eSTB新生）向两个成熟的转录和表观遗传水平，即eSTB-1和eSTB-2。

3. 妊娠早期STB中的亚型特异性增强子-基因调控网络

为了研究早期信号通路中基因的反应模式，根据每个细胞簇中不同时间点的eSTB的异质性和谱系规范，使用liger45进行了交叉模态整合分析，并根据整合分析将所有eSTB核分为9个聚类（图3a）。连接数据集识别的主要STB核亚型与snATAC-seq或snRNA-seq单独识别的STB核亚型相当（补充图5a、b和补充说明9）。试图确定不同STB核亚型的主调控因子，并沿着妊娠早期推断的分化轨迹描绘它们的调控景观。使用MACS2来识别候选的顺式调节元件（cCREs）46。为了实现这一点，分别对每种细胞类型进行了峰值调用。随后，合并了所有已鉴定出的峰，结果在所有CTB亚簇和STB亚簇中共鉴定出274,189个顺式元素。在这些元素中，~值为8.66%（23,746），表现出核亚型特异性的可及性(图3b）；发现了与SH3TC2、FLT1、PAPPA、ESRRG、OVOL2、STAT5A、HIF1A和CEBPB基因相关的cCREs沿STB核STB核分化路径的可及性动态（图3b，补充图4和补充说明10）。还提名了可能作为引导STB核分化为两种轨迹的主调控因子（图3c和补充说明11）。

4. 在妊娠后期发现了成熟的STB核的异质性和功能

为了系统地研究人类胎盘STB在妊娠后期的发展，检测了来自STB和CTB核的大规模单核转录组（23981个核）和表观基因组（24692个核）数据集。质量控制（补充图7a-d）的CTB亚型注释见补充说明15。以前用于妊娠早期核类型分类的基因集在妊娠晚期样本中显示出显著的一致性（图5a、b，补充图7e、f和补充表3）。聚类11和聚类6被归类为妊娠晚期STB的两种新生核类型，其中SH3TC2高表达（STB新生1和lSTB新生2）。PAPPA的表达在妊娠后期显著增加，并在5个STB亚群中存在，包括簇4（STB成熟1-a）、簇1（STB成熟1-b）、簇3（STB成熟1-a）、簇2（STB成熟1-b）和簇7（STB成熟1-c）。相比之下，FLT1仅在第5簇（STB成熟2-a）中检测到表达，部分在第8簇（STB成熟2-a）中检测到表达，这代表了妊娠晚期STB的一小部分细胞核(图5a）为了进一步揭示驱动STB核异质性的分子机制，并将新注释的STB核亚簇放置在一个确定的轨迹上，进行了伪时间分析（图5c，d）。用靶向PSG8、SH3TC2、LEP、PAPPA和FLT1基因的探针对妊娠后期的胎盘进行染色。FLT1和PAPPA的smFISH结果表明，有相当一部分STB核表现出PAPPA的表达，这与的生物信息学分析一致（图5f和补充说明17）。