昆明理工大学科研团队构建新的子宫内膜类器官模型

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8月27日，省部共建非人灵长类生物医学国家重点实验室、昆明理工大学灵长类转化医学研究院教授李天晴和云南省第一人民医院主任马艳萍合作，在Advanced science在线发表题为Generation of Human Endometrial Assembloids with a Luminal Epithelium using Air-Liquid Interface Culture Methods的研究长文。该研究首次构建了一个新的子宫内膜类器官（ALI-EnAo），其具有完整的腔上皮和腺上皮结构。

据介绍，子宫是人类行使生殖功能的重要器官，它的内层，即子宫内膜，响应卵巢激素变化，周期性经历生长（增殖期）、分化（分泌期）、退化（月经期）三阶段。子宫内膜重塑和再生过程中的异常可导致不孕症、复发性流产、子宫内膜肿瘤、炎症、子宫内膜异位症等疾病。而子宫内膜的功能障碍也影响着世界范围内众多的育龄女性，排卵后分泌中期的子宫内膜容受性异常与着床失败密切相关。然而，关于着床窗口的调节机制仍处于黑匣子阶段，由于人类激素调节的特异性和人类母体-胎儿界面的复杂性，使得动物模型上的研究结果拓展到人类具有一定局限性。目前，缺乏可靠和具有代表性的子宫内膜体外模型是深入研究内膜功能的最大障碍。

子宫内膜是一种多细胞组织，包括构成子宫内膜表面的单层柱状上皮细胞，称为腔上皮（luminal epithelium，LE），它是胚胎的着床位点；以及位于其下方的管状腺上皮（glandular epithelium，GE），为最初植入的胚胎提供营养支持的媒介。除了子宫内膜上皮细胞（EnEC），间质部分还包含了许多子宫内膜基质细胞（EnSC），它们除了在着床期间发挥重要作用，还参与了如宫腔粘连等子宫内膜疾病的调控。随着类器官培养技术的快速发展，近几年已有学者在体外成功构建了人和小鼠的子宫内膜腺上皮类器官，可再现子宫腺体的部分特征。但并未阐明上皮细胞和基质细胞的互作关系，且未得到具有典型腔上皮样结构以及与体内子宫内膜解剖结构类似的体外模型，限制了其疾病机制和功能的研究。

该研究首次构建了一个新的子宫内膜类器官（ALI-EnAo），其具有完整的腔上皮和腺上皮结构。这种类器官将腺上皮和子宫内膜基质细胞结合，并采用改进的细胞外基质（MAC）和气液界面（ALI）方法进行培养。通过和体内内膜组织的一系列的比较分析，揭示了ALI-EnAo能够再现子宫内膜的特征，包括解剖结构、细胞组成、激素诱导的月经周期性变化和基因表达谱。此外，ALI-EnAo还复制了着床窗和动态纤毛形成的基因表达模式，这对胚胎植入是至关重要的（图1）。该模型为深入研究胚胎植入、子宫内膜疾病和再生的机制提供了一个全新平台。可以用于研究不孕症和反复种植失败等疾病，并可促进辅助生殖技术的个性化和精确治疗。此外，该模型也为深入研究复杂的人类母胎互作奠定了基础。

利用气液界面培养方法构建具有腔上皮的人子宫内膜类器官

研究人员首先通过一系列实验，优化了上皮细胞和基质细胞共培养的最佳比例，并改善了培养类器官的细胞外基质，使之物理硬度及生理环境更利于子宫内膜细胞的生长发育。为了使该类器官形成具有激素反应性的功能腔上皮结构，研究人员使用ALI培养方法，模拟体内子宫内膜腔面仅被粘液层覆盖的上皮结构的特殊体内环境。最终形成包含腔上皮、腺上皮及基质细胞的内膜类器官，准确再现了体内子宫内膜的细胞组成、解剖结构和月经周期性变化等特征。

为了进一步验证内膜类器官和体内组织是否在分子水平具有相似性，研究人员通过单细胞测序对体内组织及体外类器官进行了细胞和分子图谱的对比分析。结果显示，该类器官ALI-EnAo不仅在细胞亚群构成和基因表达方面与体内子宫内膜相似，而且还重现了内膜细胞对应的转录图谱，阐明了不同细胞亚群行使的生理功能。研究人员从转录水平和染色分析表征了类器官中腔上皮和腺上皮的存在，揭示了和体内腔/腺分布及基因表达模式的相似性。

最后，该研究通过ALI培养及普通液面下培养的类器官SC-EnAo比较研究，揭示了ALI培养方法通过上调上皮细胞极性、促进纤毛形成、蜕膜化及分泌功能、调节WNT信号和WOI相关的基因，改善内膜类器官的细胞组成、解剖结构和基因表达模式。

昆明理工大学教授李天晴、云南省第一人民医院主任马艳萍为该研究的共同通讯作者。昆明理工大学博士田冀雯、杨洁及陈庭伟为该研究的共同第一作者。该研究受到国家重点研发计划、自然科学基金和云南省科技项目的经费支持。

昆明理工大学 供稿 供图