患者来源上皮细胞类器官模拟子宫内膜异位症亚型表型复杂性的研究

《Human Reproduction》：Patient-derived epithelial cell organoids mimic the phenotypic complexity of endometriosis subtypes

本研究针对子宫内膜异位症(Endometriosis)临床异质性高、缺乏有效模型的难题，开发了首个涵盖深部浸润型(DIE)、卵巢型(OMA)和腹膜表浅型(SUP)等多种手术表型的患者来源类器官模型。研究发现类器官建立成功率存在表型差异(OMA 71.4% > DIE 63.6% > SUP 30%)，激素治疗显著降低建模成功率(23.1% vs 80.0%)，且不同表型类器官呈现特异性形态特征和孕激素受体(PR)表达模式。该模型为研究亚型特异性生物学机制和个体化治疗提供了创新平台。

　　

在妇科疾病领域，子宫内膜异位症堪称一个复杂的医学谜题——这种子宫内膜样组织异位生长的慢性炎症性疾病，全球约1.9亿女性深受其扰，伴随慢性盆腔痛、不孕和生活质量下降等严重困扰。尽管患病率居高不下，但疾病发病机制至今未明，治疗手段长期局限于激素抑制和手术干预，且均无法实现根治。更棘手的是，子宫内膜异位症在临床上表现出惊人的异质性，根据手术所见可分为腹膜表浅型(SUP)、深部浸润型(DIE)和卵巢子宫内膜异位囊肿(OMA)三种主要表型，每种表型在组织构成、激素反应性和临床行为方面都存在显著差异。

传统研究模型包括非人灵长类动物、啮齿类模型和二维细胞培养，虽提供了重要见解，但难以全面捕捉病变亚型多样性、组织微环境复杂性以及激素、炎症和纤维化特征。近年来，类器官技术作为三维培养系统的重要突破，为疾病建模带来了新希望。这类由干细胞或祖细胞衍生的自组织组织结构能够模拟源组织的结构和功能，在发育生物学、再生医学和治疗创新方面展现出巨大潜力。虽然子宫内膜来源的类器官模型已有较多研究，但病变组织来源的类器官模型开发相对滞后，且尚无研究系统评估不同子宫内膜异位症表型对类器官培养的影响。

在这项发表于《Human Reproduction》的研究中，研究团队旨在填补这一空白，试图回答两个关键问题：能否从不同手术表型的子宫内膜异位症组织中可靠建立患者来源类器官模型？临床因素如激素治疗如何影响类器官的成功建立和形态特征？

研究人员收集了23名患者的28例子宫内膜异位症生物样本，涵盖DIE、OMA和SUP三种表型，采用经过验证的低Wnt培养系统建立类器官培养。通过显微镜观察、免疫组织化学和定量形态学分析评估类器官活力、形态、激素受体表达和细胞组成。

研究结果显示，总体类器官建立成功率达53.6%(15/28)，且成功率与样本质量显著相关。特别值得注意的是，不同表型间存在明显差异：OMA成功率为71.4%，DIE为63.6%，而SUP仅为30%。激素治疗对类器官建立产生显著负面影响，接受激素治疗患者的样本更小，类器官建立成功率显著降低(23.1% vs 80.0%)。形态学分析发现类器官呈现囊性、实性和混合三种形态，且不同表型类器官具有 distinct 形态特征：SUP类器官主要为囊性，DIE类器官可出现混合形态，而OMA类器官则以实性为主。激素受体表达分析显示，SUP和DIE来源的类器官均保留孕激素受体(PR)表达，而OMA来源的类器官中PR表达显著降低。

这项研究的创新之处在于首次系统评估了多种子宫内膜异位症手术表型类器官建立的可行性，包括了膈肌、膀胱和输卵管等罕见部位的样本，为研究亚型特异性生物学提供了新平台。研究还揭示了激素治疗对类器官建立的影响，强调了在临床前模型中考虑临床背景的重要性。

关键技术方法包括：从手术切除的子宫内膜异位症组织中建立类器官培养体系；使用免疫组织化学和免疫荧光分析激素受体表达和细胞标志物；通过定制的Python算法进行类器官形态定量分析；采用线性混合模型进行统计学分析以考虑患者内多次测量的相关性。

类器官建立成功率与临床特征关联

研究发现，类器官建立成功率与疾病分期、部位、复发状态、患者年龄或主要症状无显著关联，但与激素治疗状态密切相关。未接受激素治疗的患者类器官建立成功率高达80%，而接受治疗的患者仅为23.1%。样本质量分析显示，成功建立类器官的样本质量显著大于失败样本，最小成功样本质量为98毫克。

细胞群体自我组织与纯化过程

原代组织细胞悬液具有细胞异质性，但随时间推移出现细胞群体自我选择。培养初期，细胞在基质胶中聚集，随后出现梭形细胞从类器官中迁移至培养皿底部附着。成熟培养物包含基质胶圆顶内的类器官和贴壁的二维原代细胞，后者可分离单独培养。免疫荧光证实由二维原代细胞创建的三维球体表达基质细胞标志物CD10。

不同表型类器官的成功率与形态特征

按手术表型分层分析显示，SUP病变类器官建立率最低(30%)，而OMA(71.4%)和DIE(63.6%)成功率较高。类器官呈现三种形态类别：具有明确腔隙的囊性结构、无腔隙的实性结构以及兼具两种特征的混合形态。SUP来源的类器官主要呈囊性外观，DIE类器官是唯一呈现混合形态的组别，而OMA来源的类器官主要为实性结构，且是唯一能生成包含基质细胞群体的类器官的表型。定量形态学分析显示，囊性OMA类器官比DIE来源的类器官显著更圆(P=0.045)。

激素治疗患者的类器官生成与PR表达

接受激素治疗的患者样本质量显著小于未治疗患者，但仍有46.2%的样本成功形成三维结构，其中DIE病变(5/7)成功率高于SUP(1/6)。冷冻保存后，仅半数类器官在解冻后保持活力(50%)。PR表达分析显示，SUP和DIE来源的类器官普遍良好保留PR表达，而OMA来源的类器官中4/5案例显示PR表达显著降低。

研究结论与讨论部分强调，该研究首次系统评估了广泛子宫内膜异位症手术表型生成类器官模型的可行性，发现类器官成功建立受样本大小、解剖位置、激素暴露和疾病表型影响。类器官形态异质性可能反映了关键的疾病生物学特征，如侵袭潜能和细胞组织方式。未来研究应整合形态特征与遗传和临床数据，以深化对子宫内膜异位症病理生理学的理解。

该研究的局限包括统一培养条件可能限制某些亚型的生长，体外类器官模型可能无法完全代表体内组织复杂性，样本量适中，以及同一患者组织合并可能掩盖患者内异质性。尽管如此，这些模型为探索子宫内膜异位症的细胞和分子多样性提供了有前景的平台，通过优化培养条件并将类器官特征与临床数据联系，可能支持未来患者分层和治疗开发工作。

最终，通过模拟子宫内膜异位症的内在异质性，类器官可能为制定个体化治疗策略提供信息，并改善未来患者护理。这项研究标志着向理解这种复杂疾病迈出了重要一步，为开发更有效的靶向治疗奠定了基础。