DSP與LCM助力解析子癇前期蛻膜化抵抗機制

 
中文題目：基于多組學的重度子癇前期患者蛻膜化抵抗圖譜繪制
期刊：Nature Medicine
IF：58.7
Doi: 10.1038/s41591-024-03407-7

01 文章背景

本文重點研究了重度子癇前期（sPE）患者子宮內膜蛻膜化抵抗（DR）的分子機制，旨在揭示其在婦科和產科疾病中的潛在作用。sPE是一種嚴重的妊娠并發癥，通常表現為高血壓、蛋白尿及其他多系統功能障礙，其發病機制與胎盤功能不全和子宮內膜蛻膜化缺陷密切相關。為了深入理解sPE患者子宮內膜的病理變化，研究采用了多組學策略，對sPE患者和正常妊娠對照者的子宮內膜樣本進行了全面分析。包括單細胞RNA測序（scRNA-seq）、DSP數字空間分析技術和激光捕獲顯微切割質譜技術（LCM-MS）。研究揭示了sPE患者子宮內膜在細胞組成、分化狀態、細胞間通訊及激素響應等方面的顯著異常，特別是基質和上皮細胞的鑲嵌狀態、上皮-基質過渡的缺陷以及激素信號通路的失調。這些發現不僅為sPE的病理機制提供了新的見解，還為其他與蛻膜化抵抗相關疾病的臨床診斷和治療提供了潛在的研究方向。

02 測序技術

🔹 單細胞RNA測序（scRNA-seq）：分析了11名sPE患者和12名對照者的子宮內膜樣本，共65,381個細胞。
🔹 DSP數字空間分析技術：分析了8名sPE患者和8名對照者的子宮內膜樣本，共圈選95個感興趣區域（ROIs），形態學標志物：VIM、CD31和PanCK。
🔹 激光捕獲顯微切割質譜（LCM-MS）：在7名sPE患者和10名對照者的子宮內膜樣本中，分析了腺體上皮、腔上皮和基質區域的蛋白質表達。

03 文章主要結果

1、sPE患者子宮內膜的形態學和單細胞變化

通過宏觀和微觀形態學分析，發現sPE患者的子宮內膜腺體開口擴張，腺體直徑和腔面積增加，且腺體上皮細胞數量增多。單細胞RNA測序分析顯示，sPE患者子宮內膜中的細胞組成發生顯著變化，存在MMP11+、SFRP4+增殖性間質細胞與IGFBP1+蛻膜化細胞共存的“鑲嵌狀態”。進一步分析發現，sPE患者中與蛻膜化相關的間質細胞亞群（Decidualized stroma 1和2）在對照組中富集，而增殖性間質細胞在sPE組顯著增加，且這些細胞表現出與慢性炎癥和細胞增殖相關基因SFRP4和FOS的高表達。此外，sPE患者的上皮細胞亞群也發生了異常變化，表現為纖毛上皮和增殖期上皮細胞的顯著富集，進一步證實了sPE患者子宮內膜中存在以增殖性細胞為主的異常蛻膜化狀態。

sPE患者子宮內膜的形態學和單細胞變化

 
2、sPE患者子宮內膜上皮-基質過渡和細胞間通訊的異常

RNA速率分析結果顯示，在sPE患者中，子宮內膜由分泌性腺上皮向蛻膜間質細胞的轉化過程顯著受阻。差異表達分析（DEGs）表明，對照組在EMT過程中富集了與細胞骨架重組、細胞外基質（ECM）重構和細胞遷移相關的基因，而sPE患者中這些關鍵基因的表達顯著下調。細胞-細胞通訊（CCC）分析揭示，sPE患者子宮內膜中與信號通路相關的細胞間通訊顯著增強，尤其是SEMA3A和SPP1信號在sPE中呈現異常激活或缺失。免疫熒光驗證實驗進一步證實，sPE患者腺上皮中SPP1的表達顯著降低，且SEMA3A信號從間質細胞向上皮細胞轉移，表明sPE患者子宮內膜存在廣泛的信號通路重構和細胞通訊失衡。這些結果表明，sPE患者由于上皮-間質轉化受阻和細胞通訊異常，導致蛻膜化過程無法正常進行，可能是子癇前期發生的關鍵分子機制之一。

sPE患者的DR子宮內膜缺乏EMT

 
3、sPE患者子宮內膜的空間分子特征與激素信號紊亂

結合DSP和LCM-MS技術，進一步揭示了sPE患者子宮內膜中蛻膜化障礙的分子機制。空間轉錄組學分析對比了sPE患者與對照組的95個感興趣區域（ROIs），涵蓋間質、腺體上皮和腔上皮區域，發現sPE患者各個組織區域存在大量特異性表達基因變化。間質區域中，sPE患者表現出與細胞骨架重組和蛻膜DNA甲基化相關基因的顯著下調。腺體上皮區域中，sPE患者的TNFRSF21和GREB1等基因顯著上調，這些基因與復發性流產和子宮內膜異位癥密切相關。腔上皮區域中，sPE患者表現出LIMA1、SCARB1和MMP7等基因的顯著上調，且免疫熒光染色驗證了MMP7在sPE患者中的顯著升高，進一步證實了sPE患者子宮內膜維持在增殖狀態。LCM-MS分析發現，sPE患者間質區域中STAT3蛋白顯著升高，提示其在sPE相關的蛻膜化障礙中具有關鍵作用。此外，sPE患者的間質區域富集了與雌激素反應相關的蛋白，表明sPE患者中激素信號異常可能是導致蛻膜化障礙的主要原因。

sPE患者與DR相關的子宮內膜差異蛋白質組

 
04 小結

文章利用多組學方法，系統解析了sPE患者中子宮內膜蛻膜化抵抗（DR）的細胞和分子特征。研究發現，sPE患者子宮內膜中存在顯著的腺體解剖異常，表現為腺體擴張和細胞數量增加，尤其是在管狀和管泡狀腺體中。單細胞RNA轉錄組分析顯示，sPE患者子宮內膜基質細胞處于“鑲嵌狀態”，即增殖型基質細胞與IGFBP1+蛻膜化細胞共存，同時伴有上皮細胞異常分布和上皮-基質轉化不足。細胞間通訊分析揭示了內皮素、WNT和SPP1等關鍵信號通路的異常，提示這些通路在蛻膜化抵抗的發生中起到重要作用。DSP空間轉錄組學和LCM激光捕獲顯微切割-質譜分析進一步驗證了上述發現，證實sPE患者子宮內膜中基質-上皮轉化障礙顯著。研究表明，sPE相關的蛻膜化抵抗與子宮內膜中增殖/分化失衡、激素信號紊亂及上皮-基質通訊障礙密切相關，這些發現不僅加深了對sPE病理機制的理解，也為子宮內膜異位癥、復發性流產等與蛻膜化抵抗相關的婦科疾病提供了新的診斷和治療靶點。