子宮內膜異位癥是一種常見的婦科疾病，其特征是子宮內膜組織在子宮外生長，導致疼痛、不規則月經和生育問題。該病的發病機制尚不完全清楚，但可能與遺傳因素、免疫系統異常和環境等多種因素有關。近年來，研究人員通過分子生物學和遺傳學等方法逐漸揭示了該疾病的復雜性。目前的研究主要集中在探究子宮內膜異位癥的發病機制、診斷方法和治療策略，以便為患者提供更有效的管理和治療手段。本研究采用空間轉錄組學技術，對子宮內膜異位癥病變組織進行了分析，揭示了上皮細胞和巨噬細胞之間的相互作用。通過這種方法，研究人員發現在子宮內膜異位癥病變中，上皮細胞和巨噬細胞之間存在密切的相互作用，為進一步理解該疾病的發病機制提供了重要線索。

01 文章詳情

文章題目：Spatial Transcriptomic Analysis Identifies Epithelium- Macrophage Crosstalk in Endometriotic Lesions

中文題目：空間轉錄組學分析用于子宮內膜病變中的上皮-巨噬細胞互作研究

實驗平臺：DSP空間轉錄組學

發表雜志：bioRxiv

DOI：10.1101/2024.03.23.586434

02 技術路線

03 研究結果

1. 人類淺表腹膜病變的空間轉錄組學分析

本研究通過空間轉錄組學技術詳細分析了人類淺表腹膜子宮內膜異位病變的基因表達特征。研究收集了來自5名患者的淺表腹膜病變和匹配的子宮內膜樣本，并通過DSP平臺對這些樣本進行了空間轉錄組學分析。在數據處理過程中，經過嚴格的質量控制和基因過濾，最終保留了7945個基因用于進一步分析。研究發現，病變組織中的上皮細胞與巨噬細胞之間存在顯著的信號傳導，特別是在補體和MHC-II類信號通路方面，這些通路在炎癥反應中起重要作用。此外，基因表達模式的比較顯示，上皮細胞和間質細胞在病變組織和匹配的子宮內膜中具有顯著相似性，病變組織中的巨噬細胞表現出顯著的基因表達差異。總體而言，這些結果揭示了子宮內膜異位病變中不同細胞類型的復雜相互作用，尤其是上皮細胞在驅動炎癥反應中的關鍵作用，為進一步理解子宮內膜異位癥的發病機制提供了新的見解。

Fig.1 空間轉錄組學的分割策略

Fig.2 在位子宮內膜淺腹膜子宮內膜異位病變的空間轉錄組學結果

2. 上皮和間質標記基因在病變和子宮內膜中的相似性

通過對比正常子宮內膜和子宮內膜異位病變組織中的上皮和間質標記基因，發現二者的基因表達模式非常相似。研究人員比較了子宮內膜和病變組織中的上皮細胞和間質細胞，發現共有1372個和1313個差異表達基因(DEG)，其中14個在兩組中都排名前20。基因表達模式在兩種組織中顯示出高度相似，相關系數為0.81。此外，GO分析結果也與細胞類型一致，間質中富集了血管化、細胞外基質和細胞粘附相關的條目，而上皮細胞中則富集了細胞分化和細胞連接相關的條目。這些結果表明，盡管存在一些特定于病變組織的基因表達變化，但總體上，子宮內膜和子宮內膜異位病變組織中的上皮和間質細胞在分子水平上表現出顯著的相似性。

Fig.3 在位子宮內膜和病變中的上皮與基質細胞特征

3. 子宮內膜異位病變的間質變化較小

研究人員通過對比子宮內膜和子宮內膜異位病變組織中的間質細胞，發現病變組織中的間質細胞基因表達變化較小。通過空間轉錄組學分析發現，僅有兩個基因在病變間質中下調，這表明間質細胞在基因表達上基本保持穩定。基因集富集分析（GSEA）發現病變間質中增加了四個與炎癥相關的基因集，而兩個基因集減少，盡管整體基因表達變化較小，但病變間質中仍存在特定的炎癥反應。此外，功能富集分析顯示，間質中富集了血管化、細胞外基質和細胞粘附相關的條目，在子宮內膜和病變組織中的表達非常相似，表明間質細胞在兩種組織類型中的功能和基因表達模式基本一致。

Fig.4 與在位子宮內膜相比，子宮內膜下上皮間質細胞的改變最小

4. 免疫反應基因在病變上皮中的增加

研究人員發現子宮內膜異位病變的上皮細胞中免疫反應顯著增加。通過空間轉錄組學分析，子宮內膜異位病變上皮細胞與匹配的正常子宮內膜上皮細胞在基因表達上存在顯著差異，特別是在與免疫相關的基因上。差異分析發現76個差異表達基因，其中33個基因顯著上調，包括補體3（C3）和多個主要組織相容性復合體（MHC）II類相關基因，如CD74和HLA-DRB1。GSEA分析顯示，病變上皮細胞中炎癥和增殖相關的信號通路顯著增加。GO富集分析顯示，上調的基因中有9個與免疫反應相關。這些發現表明，子宮內膜異位病變上皮細胞在驅動炎癥反應中起關鍵作用，為進一步理解子宮內膜異位癥的發病機制提供了新的見解。

Fig.5 免疫反應基因在子宮內膜異位病變上皮中增加

5. 子宮內膜和病變組織中的間質和上皮細胞關系

研究人員發現，無論是間質還是上皮細胞，都沒有按照組織來源（子宮內膜或病變）進行聚類。通過對間質和上皮細胞進行層次聚類分析，發現這些細胞并未根據其來源組織（子宮內膜或病變組織）聚類，而是更傾向于按照患者個體進行聚類。PCA進一步顯示不同患者的組織樣本在基因表達上存在顯著差異，而組織類型（子宮內膜或病變）對基因表達的影響較小。

Fig.6 與在位子宮內膜相比，基質和上皮均未聚類

6. 病變中的巨噬細胞發生改變

研究人員發現子宮內膜異位病變中的巨噬細胞在基因表達上發生了顯著變化。DEG分析發現，共有148個基因在病變巨噬細胞中發生顯著變化，其中35個基因上調，113個基因下調。GSEA分析顯示，病變巨噬細胞中炎癥相關的基因集顯著增加，包括TNF-α通過NF-κB信號通路、炎癥反應、移植物排斥和IL2-STAT5信號通路等。這些結果表明，子宮內膜異位病變中的巨噬細胞具有高度炎癥性，并可能由單核細胞衍生的巨噬細胞主導，這與正常子宮內膜中的組織駐留巨噬細胞不同。

7. 配體-受體分析確定病變中上皮-巨噬細胞信號軸

在這部分研究中，研究人員通過配體-受體分析識別出子宮內膜異位病變中的上皮細胞和巨噬細胞之間的信號軸。使用CellChat進行配體-受體分析，發現病變組織中共有26條信號通路，而正常子宮內膜中有24條，且21條通路在兩者中都存在。配體-受體分析揭示了病變上皮細胞和巨噬細胞之間的信號傳導顯著增加，特別是補體和MHC-II信號通路。具體而言，上皮細胞向巨噬細胞的信號傳導在病變中增加了3.7倍。信號路徑強度熱圖顯示，病變組織中上皮細胞和巨噬細胞之間的相互作用最強。進一步的配體-受體分析表明，補體和MHC-II配體主要來自病變上皮細胞，并與巨噬細胞上的受體結合。總體而言，這些發現強調了上皮細胞在驅動病變組織炎癥反應中的關鍵作用，揭示了上皮細胞通過信號傳導調節巨噬細胞表型以支持病變發展的機制。

Fig.7 巨噬細胞在子宮內膜異位病變中發生改變

04 主要結論

本研究通過空間轉錄組學技術對子宮內膜異位癥病變進行了詳細分析，揭示了病變組織中不同細胞類型之間的復雜相互作用。研究發現，子宮內膜異位病變中的上皮細胞與巨噬細胞之間存在顯著的相互作用，特別是在補體和MHC-II類信號通路方面，這些通路在驅動炎癥反應中起關鍵作用。盡管子宮內膜異位病變組織中的上皮細胞顯示出顯著的基因表達變化，但間質細胞在基因表達上與匹配的子宮內膜間質細胞基本保持一致，變化較小。巨噬細胞在病變組織中表現出高度炎癥性，主要由單核細胞衍生的巨噬細胞主導，這與正常子宮內膜中的組織駐留巨噬細胞不同。通過配體-受體分析，識別出了病變上皮細胞和巨噬細胞之間的顯著信號傳導，特別是補體和MHC-II信號通路，進一步強調了上皮細胞在驅動病變組織炎癥反應中的關鍵角色。總的來說，這些發現為進一步理解子宮內膜異位癥的發病機制提供了新的見解和研究方向。