代谢重编程和M2型巨噬细胞的减少共同构成了腺肌病的微环境特征

《Frontiers in Endocrinology》：Metabolic reprogramming and M2 macrophage depletion define the microenvironment of adenomyosis

腺肌病异位内膜免疫代谢重编程及角蛋白硫酸合成通路异常机制研究。通过整合转录组学与代谢通量分析，发现其特征为M2巨噬细胞减少、角蛋白硫酸合成增强及免疫代谢互作失衡，实验验证了关键基因CHST1/6、B4GALT1/B3GNT2的上调。

　　腺肌症是一种常见的妇科疾病，其特征是子宫肌层中出现内膜组织的异常侵入。该病不仅影响女性的生殖健康，还可能导致慢性疼痛和不孕，给患者带来极大的困扰。尽管已有大量研究聚焦于腺肌症的病理机制，但其分子机制和基础病理学的理解仍存在诸多空白。本研究旨在揭示腺肌症患者子宫内膜中代谢重编程和免疫失调的特征，并探索其潜在的治疗靶点或诊断标志物。

腺肌症的发生和发展涉及复杂的生物学过程，包括免疫系统紊乱和代谢功能异常。传统研究多集中于单一维度的分析，例如免疫细胞的变化或代谢产物的检测，但往往忽略了两者之间的相互作用。近年来，随着高通量测序技术的发展，科学家们开始利用更全面的方法来解析腺肌症的分子特征。本研究结合了微阵列、批量RNA测序和单细胞RNA测序等多种技术手段，通过计算生物学分析和实验验证，深入探讨了腺肌症患者的子宫内膜微环境。研究特别关注了M2型巨噬细胞的功能变化以及与之相关的糖胺聚糖合成通路，尤其是角质素硫酸盐的合成过程。

在研究方法方面，我们首先利用微阵列数据集GSE78851对腺肌症和正常子宫内膜样本进行了转录组分析。该数据集包含3例腺肌症患者和5例健康对照组的样本。通过使用“oligo”软件包进行背景校正、归一化和探针汇总，并采用“FactoMineR”和“factoextra”进行主成分分析（PCA），我们发现腺肌症样本在转录水平上与正常样本存在显著差异。随后，我们利用“limma”软件包对差异表达基因（DEGs）进行了筛选，采用|Fold Change| > 1.5和p值 < 0.05作为显著性标准，最终识别出7,293个差异表达基因，其中3,452个基因在腺肌症组中上调，3,841个基因下调。这些结果揭示了腺肌症在转录层面的广泛重编程现象。

为了进一步解析免疫系统的改变，我们应用了CIBERSORT和xCell两种方法对免疫细胞组成进行分析。CIBERSORT利用了LM22免疫细胞特征矩阵，对样本中的免疫细胞比例进行了估计。xCell则基于基因表达数据，对免疫和基质细胞的组成进行了推断。分析结果显示，腺肌症患者的子宫内膜中M2型巨噬细胞比例显著降低，而其他免疫细胞类型则表现出不同的变化趋势。M2型巨噬细胞在维持组织修复和抗炎反应中起着关键作用，其数量的减少可能加剧局部炎症反应，进而影响子宫内膜的正常功能。

我们还对代谢通路的变化进行了系统分析。通过GSVA（基因集变异分析）方法，我们比较了腺肌症与正常样本在代谢通路上的差异。该方法可以计算每个样本中特定通路的活动水平，而不是仅仅依赖于基因表达水平。我们发现，在GSE78851和GSE193928两个数据集中，共有14条代谢通路在两个组之间均表现出显著差异。其中，半数通路与腺肌症的代谢重编程有关，包括组氨酸代谢、脂肪酸合成、氧化应激相关通路等。这些通路的异常可能与腺肌症的慢性炎症状态和组织修复障碍密切相关。

为了进一步验证这些代谢变化，我们采用了METAFlux分析方法，该方法能够根据RNA测序数据推断代谢通路的活动水平。我们发现，腺肌症样本中存在47条上调的代谢通路和13条下调的代谢通路，其中某些通路如组氨酸代谢和角质素硫酸盐合成显示出显著的改变。这些结果表明，腺肌症不仅涉及免疫系统的紊乱，还存在广泛的代谢重编程现象，这可能在疾病的发生和发展中发挥重要作用。

通过单细胞RNA测序数据，我们进一步解析了不同细胞类型在代谢和免疫方面的异质性。我们发现，M2型巨噬细胞在腺肌症患者的子宫内膜中表现出较低的丰度，而其他细胞类型如内皮细胞、间质细胞和上皮细胞则表现出不同的代谢特征。特别是，角质素硫酸盐合成通路在腺肌症患者的上皮细胞中表现出显著的上调趋势。我们还发现，该通路的活性与M2型巨噬细胞的丰度呈负相关，这提示角质素硫酸盐的合成可能对M2型巨噬细胞的功能产生抑制作用。通过RT-qPCR和免疫荧光染色实验，我们进一步验证了四个关键基因（B4GALT1、B3GNT2、CHST1和CHST6）在腺肌症患者子宫内膜中的表达水平显著升高，这与我们通过计算分析得出的结论一致。

在免疫和代谢之间的相互作用方面，我们的研究发现，M2型巨噬细胞的减少与多个代谢通路的改变密切相关。例如，TGF-β信号通路和巨噬细胞刺激蛋白（MSP）信号通路的活性在腺肌症组中显著降低，这可能抑制了M2型巨噬细胞的极化过程。这些通路在调节巨噬细胞功能和炎症反应中起着重要作用，它们的失调可能进一步加剧腺肌症的免疫失衡状态。此外，我们还发现，角质素硫酸盐的合成和降解在不同细胞类型中表现出不同的模式。在腺肌症患者的子宫内膜中，角质素硫酸盐的合成增加而降解减少，这可能导致细胞外基质（ECM）的结构紊乱，从而影响M2型巨噬细胞的正常功能。

腺肌症的病理机制涉及复杂的免疫和代谢相互作用。我们的研究揭示了腺肌症患者子宫内膜中免疫细胞组成和代谢通路的显著变化，并通过多组学分析和实验验证进一步明确了这些变化的生物学意义。我们发现，M2型巨噬细胞的减少与角质素硫酸盐合成通路的异常之间存在潜在的联系，这可能为腺肌症的治疗提供了新的思路。例如，通过调控B4GALT1、B3GNT2、CHST1和CHST6等基因的表达，可能有助于恢复子宫内膜的免疫-代谢平衡，从而减缓疾病进展。

此外，我们的研究还强调了腺肌症的代谢重编程可能与其免疫失衡存在紧密联系。例如，角质素硫酸盐的合成增加可能影响M2型巨噬细胞的招募和功能，而代谢通路的改变可能进一步促进炎症反应和组织修复障碍。通过结合单细胞RNA测序和代谢通路分析，我们不仅揭示了腺肌症的分子特征，还发现了不同细胞类型之间通过代谢活动相互作用的机制。这些发现为腺肌症的治疗提供了新的方向，例如开发针对角质素硫酸盐合成的药物或调节代谢通路的干预策略。

在讨论部分，我们进一步探讨了腺肌症的免疫和代谢特征之间的潜在联系。我们发现，腺肌症患者的子宫内膜中存在增强的免疫反应和代谢紊乱，这些变化可能共同促成了疾病的发生和发展。我们还指出，尽管代谢和免疫之间的相互作用在肿瘤微环境中已有广泛研究，但在腺肌症等良性妇科疾病中的研究仍较为有限。通过引入METAFlux分析方法，我们能够更准确地解析腺肌症的代谢特征，为相关研究提供了新的工具。

本研究的另一个重要发现是，腺肌症的代谢紊乱可能与免疫失衡存在协同作用。例如，角质素硫酸盐的合成增加可能通过影响M2型巨噬细胞的招募和功能，进一步加剧局部炎症反应。我们还发现，某些代谢通路如组氨酸代谢和脂肪酸合成在腺肌症患者中表现出显著上调，这可能与慢性炎症和组织修复障碍有关。这些代谢变化可能通过影响细胞间的信号传递和免疫细胞的功能，导致腺肌症的持续发展。

尽管本研究取得了一些重要的发现，但仍存在一定的局限性。例如，GSE78851数据集中的样本数量较少，可能会影响结果的统计显著性。此外，我们主要分析了月经周期的增殖期样本，这可能限制了研究结果在其他周期阶段的适用性。然而，通过采用多种分析方法和实验验证，我们确保了研究结果的可靠性和可重复性。同时，我们强调，腺肌症的代谢紊乱不仅是独立的病理特征，还可能与免疫系统的改变密切相关，这种相互作用需要进一步研究以明确其机制。

总之，本研究通过整合转录组分析和代谢通路分析，揭示了腺肌症患者子宫内膜中免疫和代谢的双重紊乱。我们发现，M2型巨噬细胞的减少和角质素硫酸盐合成的增强可能是腺肌症的重要特征。这些发现不仅加深了我们对腺肌症发病机制的理解，还为未来的治疗策略提供了新的方向。通过调控这些关键基因的表达或代谢通路的活性，可能有助于恢复子宫内膜的免疫-代谢平衡，从而改善患者的症状和预后。未来的研究应进一步探讨这些分子机制的具体作用，并开发相应的治疗手段，以期为腺肌症患者提供更有效的干预方案。