多模态分析小鼠月经模型中修复相关免疫细胞的特征

《Journal of Reproductive Immunology》：Multimodal Profiling of Repair-Associated Immune Cells in a Mouse Model of Menstruation

　　

月经的特征在于炎症级联反应，导致子宫内膜功能层的崩解和脱落，随后进入子宫内膜修复和重塑阶段。这种广泛的炎症过程必须受到严格调控以维持生殖功能，而子宫内膜修复缺陷与生殖健康疾病相关。尽管炎症对月经和生殖健康至关重要，但目前对炎症细胞如何促进子宫内膜修复的理解仍然有限。为了克服这些局限性，研究人员利用并验证了一个改良的小鼠模拟月经模型，以深入了解组织动力学、免疫细胞组成以及无瘢痕修复的机制。研究人员对该模型中子宫免疫细胞进行了详细的表型特征分析，采用了单细胞RNA测序（scRNAseq）、流式细胞术和多重免疫组化技术。研究人员描述了髓系细胞在时间和空间上与组织修复区域的关联，并强调了与这些细胞类型相关的潜在修复相关信号通路。总的来说，这些数据为月经的炎症调控提供了新的见解，并确定了可能成为未来月经紊乱治疗靶点的关键通路。

研究背景与科学问题

月经是一个复杂的生理过程，其特征是子宫内膜功能层发生炎症性崩解和脱落，随后进入组织修复和重塑阶段。这一广泛的炎症过程必须被精确调控，以维持正常的生殖功能。一旦子宫内膜修复出现障碍，便可能与多种生殖健康疾病相关，如月经过多和子宫内膜异位症等。然而，尽管炎症在月经和生殖健康中扮演着至关重要的角色，目前科学界对于不同种类的炎症细胞究竟如何具体参与并协调子宫内膜修复过程的认知仍十分有限。以往对人类月经期子宫内膜免疫细胞的研究多依赖于免疫组化分析，这种方法难以对免疫细胞亚群进行深入和直接的全面剖析。虽然已有研究报道了单核细胞和巨噬细胞在月经前显著增多，中性粒细胞在子宫内膜崩解和修复期增加，但对于淋巴细胞等其他免疫细胞的动态变化及其功能的了解则更为匮乏。因此，迫切需要采用更高分辨率的技术手段，系统性地阐明月经周期中，特别是修复阶段，子宫内免疫细胞的组成、时空动态变化及其发挥功能的分子机制。

研究内容与结论

为填补上述知识空白，研究人员利用一个经过充分验证的小鼠模拟月经模型，结合多种前沿技术，对子宫免疫细胞进行了全面的多模态分析。研究的主要发现如下：

1. 1.
   单细胞转录组图谱揭示修复相关免疫细胞群：通过对小鼠子宫CD45⁺免疫细胞进行单细胞RNA测序（scRNAseq），研究人员在稳态（cycling）、修复期（24小时）和重塑期（48小时）三个时间点共鉴定出8个转录水平截然不同的免疫细胞簇：中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞、T细胞和B细胞。分析显示，固有免疫细胞群，尤其是中性粒细胞和单核细胞，在修复期数据集中占主导地位；而适应性免疫细胞群，如T、B和NK细胞，则主要存在于稳态和重塑期数据中。基因本体论分析表明，单核细胞与“伤口愈合”过程相关，巨噬细胞与吞噬作用相关，中性粒细胞与细胞趋化/迁移相关。
2. 2.
   流式细胞术验证髓系细胞在修复期的主导地位：流式细胞术分析证实了scRNAseq的发现，并进一步揭示了更精细的时间动态。在组织崩解前期（0小时），子宫内单核细胞比例升高；在组织崩解期（12小时），中性粒细胞比例急剧上升（占CD45⁺细胞的87.82%）；在修复期（24小时），中性粒细胞比例达到峰值（91.86%）；即使在重塑期（48小时），中性粒细胞仍是数量最多的免疫细胞类型，同时T细胞、NK细胞和巨噬细胞的数量也开始回升。
3. 3.
   淋巴细胞在修复期间丰度较低：流式和免疫组化分析共同表明，T细胞、NK细胞和B细胞这三种主要的淋巴细胞在子宫内膜崩解和修复阶段（12小时和24小时）丰度相对较低，其数量在随后的重塑期（48小时）才有所增加。例如，B细胞在崩解前期较为丰富，但之后显著减少。免疫组化染色也证实，在修复和重塑组织中，T细胞和B细胞数量稀少，分布弥散。
4. 4.
   髓系细胞在修复过程中的动态调控与空间定位：研究聚焦于三种关键的髓系细胞。单核细胞在崩解前期最为丰富，在崩解期显著下降，但在修复期又显著回升。免疫荧光显示，单核细胞主要定位于蜕膜组织与下方子宫内膜的交界处。巨噬细胞在修复期比例降低，而在重塑期相对增加。在崩解和修复期，巨噬细胞广泛分布于各组织区域，但在重塑期，它们最富集于重塑后的内膜基质中。中性粒细胞是崩解、修复和重塑期最丰富的免疫细胞。在崩解和修复期，中性粒细胞同样聚集在蜕膜组织和下方子宫内膜的交界处；在重塑期，它们遍布整个重塑的内膜。
5. 5.
   单核细胞、中性粒细胞和巨噬细胞共定位于崩解与修复区域：多重免疫组化染色清晰地展示了这三种髓系细胞的空间关系。在崩解期（12小时），CD14⁺单核细胞和Ly6G⁺中性粒细胞在组织脱落区域及残留的子宫内膜中聚集，而CD64⁺巨噬细胞则主要位于外层肌层。在修复期（24小时），三者均在活跃的组织修复区域被检测到，单核细胞和中性粒细胞出现在正在脱落的蜕膜组织和下方的修复区，巨噬细胞则分布在修复中的内膜和未完全脱落的蜕膜组织中。在重塑期（48小时），单核细胞局限于蜕膜脱离区域，中性粒细胞大量存在于已修复的内膜中，而巨噬细胞则广泛分布于整个内膜基质。
6. 6.
   CellChat分析鉴定出与修复相关的关键信号通路：通过对scRNAseq数据进行CellChat分析，研究人员推断出髓系细胞间及与其他细胞间的通讯网络。单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞在通讯网络中既是主要的信号发送者也是接收者。关键的信号通路包括CCL、CXCL、MIF、FN1、SPP1和THBS。其中，单核细胞是SPP1和THBS1信号的主要来源，巨噬细胞和单核细胞是MIF和FN1信号的主要贡献者，中性粒细胞则参与了CCL、CXCL和THBS信号。进一步的比较分析显示，THBS1信号在修复期与单核细胞强相关，而SPP1和MIF信号则在重塑期与单核细胞和巨噬细胞关联更强。

讨论与结论总结

讨论部分指出，本研究首次在小鼠月经模型中系统描绘了子宫免疫细胞的动态图谱，发现单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞在子宫内膜修复过程中展现出显著的时空特异性。这些髓系细胞不仅丰度发生变化，还共定位于组织修复区域，暗示它们协同参与了这一独特的无瘢痕修复过程。研究鉴定了Thrombospondin 1（THBS1）和Secreted Phosphoprotein 1（SPP1）作为与修复相关的关键信号通路。THBS1可促进细胞迁移和组织重塑，但其抑制血管生成的作用可能在重塑期减弱；SPP1则能调节炎症并促进巨噬细胞迁移。此外，中性粒细胞表现出兼具促炎和抗炎的转录特征，例如表达抗炎基因Dusp1和Acod1，提示其在修复后期可能转向促进炎症消退的功能。研究结论总结如下：研究人员结合scRNAseq、流式细胞术和多重免疫组化技术，全面分析了免疫细胞谱系，发现单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞在时间和空间上受到精确调控，以支持子宫内膜修复。这些数据为理解不同免疫细胞群体如何贡献于子宫内膜组织修复提供了更完整的认识，并确定了关键的细胞特异性介质和通路。未来的研究应通过谱系追踪、细胞消融以及与人类数据集比较，评估髓系细胞在子宫内膜修复中的功能性重要性。对子宫内膜修复机制的深入理解，将有助于识别在女性生殖健康疾病中失调的潜在通路。