2023子宫内膜类器官研究进展.docx

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1、2023子宫内膜类器官研究迸展摘要子宫内膜类器官(endometria1organoids,EOs)是子宫内膜细胞自组织的三维聚集物，代表子宫内膜的结构和功能。根据所包含的细胞类型的数量，EOs可分为两类：单种细胞EOs和多种细胞EOsoEOs将加速我们对子宫内膜发育和疾病的分子和细胞机制的理解，将成为从疾病建模到个性化医疗等生物医学应用的有前途的工具。本文对EOs的表型(典型的表面标记和结构遗传特征、培养基、对激素的反应、模拟的疾病模型、挑战和未来展望逐一综述。近年来，基于更先进的干细胞和三维培养技术，类器官技术在多学科研究领域得到了广泛应用。类器官作为一种新型的研究模型，已被应用于肝、小肠

2、、结肠、胰腺等多种疾病的研究，并已扩展到子宫内膜。类器官是指将来源于人类或动物组织的具有干细胞潜能的细胞，放置在三维培养系统中的水凝胶(如基质凝胶)中，并添加适当的外源因子，从而形成类似相应器官来源的组织结构，能够在体外模拟或再现一系列体内的生理病理过程，具有相对稳定的表型及遗传学特征，可作为临床前-临床的疾病研究模型。类器官的细胞来源主要是组织特异性的成体干细胞或多能干细胞(p1uripotentstemce11s,PSCs),其中PSCS包括胚胎干细胞和诱导多能干细胞(inducedPSCs,iPSCs)1o根据来源不同,类器官通常分为正常组织类器官、胚胎干细胞及iPSCs类器官和肿瘤类器

3、官三大类。类器官提供了体内生物学的简化模型，使在不同的环境下研究组织功能、进行高通量筛选、药物测试和生物库成为可能20子宫内膜与许多妇科问题有关，这些疾病包括不孕症、薄型子宫内膜、妊娠障碍、子宫内膜异位症、子宫内膜增生、子宫内膜癌(endometria1cancer,EC),严重影响女性健康。研究与子宫内膜生物学相关的细胞和分子机制，需要适当的体内和体外模型，现有的研究模型存在明显的不足。在体内研究中，非人灵长类和啮齿动物的应用最为广泛3o非人类灵长类动物提供了一个与人类生理相似的模型，可以研究有月经来潮物种的特有变化过程41但是高成本、要求较高的技术和基础设施是使用非人灵长类模型的主要限制。

4、啮齿类动物，在允许组织特异性基因操作上具有优势，是研究子宫内膜容受性和胚胎着床的常用实验模型5o然而，这些模型不能准确地再现人类子宫内膜发育和功能的所有特征。以蜕膜化为例，灵长类动物的子宫内膜以周期性方式自发蜕膜化4,而啮齿类动物的子宫内膜蜕膜化仅在植入胚胎或机械损伤时发生60因此，用啮齿动物模型获得的结果往往不能直接用于人类。在体内，细胞处于复杂的微环境中，广泛的信号传递和相互作用是建立、维持和调节细胞表型和功能的关键。在大多数细胞生物学研究中，二维单层细胞培养用于体外研究。但是，在二维单层培养中，细胞间的相互作用仅限于水平面上，由于细胞与培养基直接接触，细胞暴露于浓度均匀的因子中。相关研究

5、部分解释了二维细胞培养系统无法重现体内观察到的药物筛选结果7-9o二维单层培养的原代子宫内膜上皮细胞(endometria1epithe1ia1ce11,EEC)不易高效传代，三维结构和细胞间的相互作用消失，导致细胞功能和细胞表型扭曲。永生化的子宫内膜细胞系,如Ishikawa细胞(来源于子宫内膜癌上皮细胞)或12Z细胞(来源于子宫内膜异位症上皮细胞)10-11,很容易长期培养，但这些细胞系不能忠实地模拟体内情况，特别是因为它们的表型转化,在培养中失去柱状表型和极性。与二维细胞培养系统相比，三维类器官培养系统的细胞更接近于体内组织的结构和功能特征。因此，类器官代表了一个很有前途的模型系统，它可

6、能弥补二维培养和体内模型之间的差距。本文着重就子宫内膜类器官(endometria1organoids,EOs)的研究进展进行简要综述。一.EOs概述在20世纪80年代后期之前,大多数人子宫内膜细胞的培养都是二维培养体系；自20世纪80年代以来，人类子宫内膜三维细胞培养模型被开发和完善，以研究上皮功能、基质细胞蜕膜和胚胎-子宫内膜相互作用12o2017年,Turco等13和Boretto等14首次报道了被认为是真正意义的人类和小鼠子宫内膜上皮类器官(endometria1epithe1ia1organoid,EEO)0在此基础上，Boretto等15和Fitzgera1d等16进一步研究了人类

7、EOs的特征，涉及正常和异常子宫内膜的类器官。这些研究描述了EOs培养基的具体组成、表型(典型的表面标记和结构)和遗传特征以及对激素的响应。EOs是子宫内膜细胞自组织的三维聚集物，代表子宫内膜的结构和功能。EOs呈球状，中央腔被单个上皮层包围。它们具有细胞异质性、自组织性、染色体稳定、克隆能力，并且腺体标志物（MUC1、ECAD、KRT7、EPCAMxFoXA2和Pan-KRT）的表达特征与体内腺体的类似13-14oEOS可以通过增生期、分泌期、更年期和妊娠期子宫内膜（蜕膜）牢靠地建立，成功率高130人子宫内膜由上皮和间质构成。上皮包括单层假复层的管腔上皮和分枝柱状的腺上皮，间质包括大量的间质

8、细胞、血管、神经纤维和白细胞，由于上皮细胞是无血管的，间质细胞起着支持作用，为上皮细胞的功能提供了合适的环境。子宫内膜不同于其他器官，子宫内膜是高度动态的，其再生、生长和分化受到卵巢激素周期性变化的精细控制。子宫内膜细胞的形态、超微结构和生化特征在整个月经周期中变化很大。长管状腺体从子宫肌层边缘向上延伸，在子宫内膜表面开放，被管腔上皮覆盖。腺上皮主要由柱状分泌细胞组成，腺体开口处有少量纤毛细胞。腺上皮和非纤毛管腔上皮EPCAMxCDH1和KRT7均呈阳性。管腔上皮包含乙酰化CC-微管蛋白+纤毛细胞和PAX8+分泌细胞。子宫内膜表面下方和子宫内膜腺体之间的基质含有CD10+、波形蛋白+间充质细胞

9、，这些细胞在妊娠期间发生显著变化。基底腺表达在其他组织干细胞/祖细胞中发现的标志物,包括SOX9、阶段特异性胚胎抗原I（StageSPeCifiCembryOniCantigen1,SSEA1）和CDH217o1. EOs分类：根据所包含的细胞类型的数量，EOs可分为单种细胞EOs和多种细胞EOso单种细胞EOs是通过将EEC或祖细胞/干细胞包埋在基质凝胶中形成的13-14,18-19,早期的EOs都是单种细胞EOs,涉及的细胞主要是EEC,因为原代EEC在原代培养中很难维持，在二维单层培养中失去极性。单种细胞EOs实际上形成的是EEO,细胞最终在管腔周围形成由极化的柱状上皮细胞组成的腺状结构

10、。使用Matrige1方法生成的EEO包含管腔上皮和腺上皮多种上皮细胞类型的混合物,包括增殖型、纤毛型、无纤毛型、干细胞型和分泌型16,2OJo大量的研究通过免疫组织化学、电子显微镜、阵列比较基因组杂交(arraycomparativegenomichybridization,aCGH)和转录组分析，以及离子通道功能和纤毛发生,对获得的EOs进行了验证，证明了结果的可靠性16,19-240上皮细胞和间质细胞都是子宫内膜的主要组成部分。人类子宫内膜的典型模型需要同时包含子宫内膜间质和上皮细胞,因为间质-上皮细胞的通讯对上皮细胞的形态发生和功能非常重要，因此需要包括这两种细胞类型、更复杂的EOs,

11、即多种细胞EOso2023年Wiwatpanit等25首次生成了包含上皮细胞和间质细胞的完整EOs。这种EOs系统的一个独特特征是没有使用外源性基底膜基质，而是在微模压琼脂糖凝胶中生成多种细胞EOS。这些类器官显示出独特的组织结构,极化的上皮细胞排列在外表面，基质细胞位于类器官的中心。Abbas等26发表了一种基于Matrige1EEO的多种细胞EOs的开发方法。他们使用三维多孔胶原蛋白支架，通过控制冻干来指导EEO和基质细胞的细胞组织。首先，通过冻干法制备多孔胶原支架，支架的内部孔结构针对基质细胞进行了优化，最佳平均孔径为101rno然后将基质细胞与EEO在支架中共培养。EEO在支架表面形成

12、管腔样上皮层，上皮细胞极化，其顶端面向孔隙，其底面紧贴支架。研究还表明，这两种细胞类型都可以很容易地从支架中移除以进行下游分析。上述多种细胞EOs模型可用于研究基质-上皮相互作用、沟通及其在子宫内膜生物学功能中的作用。2. EOs培养基：直到最近，人类子宫内膜来源的类器官才成功地通过定义培养基获得13-14,20o与Wm在子宫发育和子宫腺形成中的作用一致，EOs在含有Wnt信号激活齐U(RSP01、Wnt3A和CHIR99021)和生长因子(EGFxHGF和FGF10)的培养基中繁殖，以促进增殖。添加转化生长因子(transforminggrowthfactor,TGF)和骨形态发生蛋白(bo

13、nemorphogeneticprotein,BMP)信号通路抑制齐!1(分另IJ为A83-01和Noggin)防止分化,添加烟酰胺建立类器官13-14,200EEO培养基成分详见表1。*1EEO培养基组成参与文献成分作用14E1radio1-17促进内内膜细胞的生K和犷张14,16.20834)1AIkMV5化学抑制耦M断TGFB途年以抑制湖胞分化20CIIIR99()21精炼合成前激懒3B抑制剂13-14.16.20ECF生长因于促分熨原I3-I4J6KGHO生长因子促分裂原16HGF生长因子促分裒源13-14.16.202PphMitriH含力独岛兴.转秩蛋白.孕用、腐胺.i,促进细胞分

14、化和存活13-14.16N-arrh1-1.-yMeine防止细*凋亡的抗辄化剂13-14.16Nico1inamkk维生44B3的酰胺衍小物,川干胚胎细据知诱导多修I细匐的分化13-14.16.20N*ggin抑制TGFB珈家族成员的分泌指门,如RMP4.抑制细胞分化20PGE2通过MMP发出信号的前列膘索13-14.16.20RSPOI作为1GK如6受体的配体,促进细胞增用并抑;WT(；FBr号.从而激活典型“mr号通路14SB2O2I9O门8MAPK的化学抑制剂.促迸细胞生长14Wnt3A激活Wnt信号通路并介导I细腿自我更新的分泌馥门13-14.16Y-276321M：k抑制剂的化学抑

15、制剂.增谀细附。活和更新注：EEO示广宫内*1:皮类修有;E(；F示二皮生长IaFGFIo示应舒长因FKhHGF示维肝细胞生长因f；EGE2示前列腺素3. E2:RSP示Vm激活因FRFNMMiin1：TGFB示转化生长因FB：BMP示廿形态发力JfFhCAMP东用Hf1S1K4. EOs对激素有反应：人子宫内膜的重塑是动态的，主要由卵巢类固醇激素雌二醇和孕酮控制。而在二维培养系统中，EEC通常不会对激素产生反应。EOs通过对雌激素和孕酮的反应再现了人类子宫内膜的形态和功能，模拟了整个月经周期和早期蜕膜。雌二醇处理后的EOs再现了增殖期的特征，EOs用雌激素治疗可增加Ki67+细胞的数量,Ki67+细胞是增殖阶段的标志14,并刺激纤毛细胞的产生20o随后的雌激素和孕酮联合处理再现了分泌期的特征，导致其受体雌激素受体(estrogenreceptor,ERa)和孕激素受体(progesteronereceptorzPR)的核表达，并产生特征性分泌期蛋白、孕激素相关子宫内膜蛋白(progestogenassociatedendometria1protein,PAEP)和分泌性磷蛋白1(secretedphosphoprotein1,SPP1)o蜕膜化基质泌乳素和环腺苗酸(cyc1icadenosinemonophospha