科技日報記者 趙漢斌?

子宮是人類行使生殖功能的重要器官。其內層，即子宮內膜響應卵巢激素變化，周期性地經歷生長、分化及退化三個階段。子宮內膜重塑和再生過程中的異常，會導致不孕癥、復發性流產、子宮內膜腫瘤、炎癥和子宮內膜異位癥等疾病。

記者8月31日從昆明理工大學獲悉，該校靈長類轉化醫學研究院和云南省第一人民醫院合作，首次構建了一個新的子宮內膜類器官，且具有完整的腔上皮和腺上皮結構，為深入研究生殖疾病和復雜的人類母胎互作奠定了重要基礎。研究成果以長文形式發表在《前沿科學》期刊上。

【資料圖】

用氣液界面培養方法構建具有腔上皮的人子宮內膜類器官。

子宮內膜的功能障礙影響深遠

子宮內膜的功能障礙影響著世界范圍內眾多的育齡女性，排卵后分泌中期的子宮內膜容受性異常與著床失敗密切相關。

“目前，關于著床窗口的調節機制仍處于‘黑匣子’階段，由于人類激素調節的特異性和人類母體-胎兒界面的復雜性，使得動物模型上的研究結果拓展到人類具有很大的局限性，缺乏可靠和具有代表性的子宮內膜體外模型是深入研究內膜功能的最大障礙。”論文共同通訊作者、昆明理工大學靈長類轉化醫學研究院教授李天晴介紹。

子宮內膜是一種多細胞組織，它包括構成子宮內膜表面的單層柱狀上皮細胞，稱為腔上皮，是胚胎的著床位點。而位于腔上皮下方的管狀腺上皮，則是為最初植入的胚胎提供營養支持的媒介。

“除了子宮內膜上皮細胞，間質部分還包含了許多子宮內膜基質細胞，它們除了在著床期間發揮重要作用，還參與如宮腔粘連等子宮內膜疾病的調控。”論文第一作者之一的昆明理工大學田冀雯博士解釋，隨著類器官培養技術的快速發展，近年來，已有學者在體外成功構建了人和小鼠的子宮內膜腺上皮類器官，可再現子宮腺體的部分特征，但尚未闡明上皮細胞和基質細胞的互作關系，未得到具有典型腔上皮樣結構以及與體內子宮內膜解剖結構類似的體外模型，限制了疾病機制和功能的研究。

在此期間，一些依賴時間調控表達的基因有助于植入窗口的開放。此外，在妊娠早期，管腔上皮及其下方的管狀腺上皮都有助于細胞防御和滋養層侵襲，這有助于維持正常的胚胎植入。因此，開發一種具有完整管腔和腺體結構，以及植入窗口基因特征的激素反應性子宮內膜模型至關重要。

在這里，研究人員通過結合子宮內膜上皮細胞和子宮內膜基質細胞，并使用氣液界面培養方法和改進的細胞外基質，開發出同時具有管腔上皮及管狀腺上皮樣結構的子宮內膜類器官。廣泛的分析表明，這些類器官準確地概括了體內子宮內膜解剖結構、細胞組成和基因表達譜，包括植入窗口基因。此外，分析表明，氣液界面培養方法對于實現腔上皮結構的形成至關重要。

新創建類器官具有與體內子宮內膜相似的基因表達和結構。

氣液界面培養法助力新型類器官創建

“我們在研究工作中，首次構建了一個新的子宮內膜類器官，其具有完整的腔上皮和腺上皮結構。”論文共同通訊作者、云南省第一人民醫院生殖醫學科主任馬艷萍介紹。

據悉，氣液界面培養方法最初用于培養表皮和呼吸道上皮細胞。在這種培養模型中，細胞的基底表面浸沒在液體中，而頂端表面暴露在空氣中，從而模擬體內的上皮結構。“以這種方式生長的氣道上皮細胞形成具有緊密連接、纖毛和黏蛋白合成能力的假分層細胞層，概括了其體內上皮標志物的特征。”昆明理工大學楊潔博士介紹，此前，已有同行使用氣液界面模型建立女性生殖道極性上皮培養物，以研究早期胚胎發育的微環境。當使用氣液界面方法培養時，小鼠、豬和牛輸卵管上皮細胞形成了由分泌細胞和纖毛細胞組成的柱狀上皮。“因此，氣液界面可以支持功能性上皮結構的形成。”楊潔說。

研究人員首先通過一系列實驗，優化了上皮細胞和基質細胞共培養的最佳比例，并改善了培養類器官的細胞外基質，使之物理硬度及生理環境更利于子宮內膜細胞的生長發育。

為了使這一類器官形成具有激素反應性的功能腔上皮結構，研究人員使用氣液界面培養方法，模擬體內子宮內膜腔面僅被黏液層覆蓋的上皮結構的特殊體內環境。最終形成包含腔上皮、腺上皮及基質細胞的內膜類器官，準確再現了體內子宮內膜的細胞組成、解剖結構和月經周期性變化等特征。

“為了進一步驗證內膜類器官和體內組織是否在分子水平上也具有相似性，我們還通過單細胞測序對體內組織及體外類器官進行了細胞和分子圖譜的對比分析。”昆明理工大學陳庭偉博士介紹，結果顯示，該子宮內膜類器官不僅在細胞亞群構成和基因表達方面與體內子宮內膜相似，而且還重現了內膜細胞對應的轉錄圖譜，闡明了不同細胞亞群行使的生理功能。研究人員還從轉錄水平和染色分析表征了類器官中腔上皮和腺上皮的存在，揭示了與體內腔及腺分布及基因表達模式的相似性。

最后，研究人員通過氣液界面培養及普通液面下培養的類器官比較研究，揭示了氣液界面培養方法通過上調上皮細胞極性、促進纖毛形成、蛻膜化及分泌功能、調節WNT信號和植入窗口相關的基因，改善內膜類器官的細胞組成、解剖結構和基因表達模式。

“這種類器官的創新之處，在于將腺上皮和子宮內膜基質細胞結合，并采用改進的細胞外基質和氣液界面方法進行培養。”李天晴說，通過與體內內膜組織的一系列比較分析，揭示了子宮內膜類器官能夠再現子宮內膜的特征，包括解剖結構、細胞組成、激素誘導的月經周期性變化和基因表達譜。

此外，子宮內膜類器官還復制了著床窗和動態纖毛形成的基因表達模式，這對胚胎植入是至關重要的。新模型為深入研究胚胎植入、子宮內膜疾病和再生的機制提供了一個全新平臺，可用于研究不孕癥和復發性流產等疾病，并可促進輔助生殖技術的個性化和精確治療。該模型也為深入研究復雜的人類母胎互作奠定了基礎。

（昆明理工大學靈長類轉化醫學研究院李天晴教授課題組供圖）

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