组蛋白去乙酰化酶3与孕激素受体协同调控子宫孕激素反应性的机制研究

《MedComm》：Histone Deacetylase 3-Progesterone Receptor Cooperation Regulates Progesterone Responsiveness in the Uterus

　　

子宫内膜异位症影响育龄期女性中相当大比例的人群，其中30%-50%的患者伴有不孕症。其标志性病理特征是由孕激素受体（PGR）信号受损导致的孕激素抵抗，但其潜在机制仍不完全清楚。本研究利用整合转录组学和顺反子组学分析，并结合子宫特异性Hdac3和Pgr基因敲除小鼠，在小鼠子宫中定义了组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）与PGR的共同靶基因。免疫共沉淀和邻位连接实验表明，HDAC3与PGR存在关联，且在Hdac3和Pgr缺陷的子宫中，两者的表达呈现相互减弱的现象。多重免疫荧光显示，HDAC3和PGR在子宫内膜上皮细胞和基质细胞中共定位。在对照组和患有子宫内膜异位症的不孕女性中，基质细胞中HDAC3与PGR的表达水平呈正相关，而这种在上皮细胞中的相关性则选择性地保留在不孕病例的一个亚群中。染色质图谱分析显示，HDAC3和PGR在与孕激素反应基因相关的调控区域存在广泛的共占据。总之，这些发现支持一个模型，即HDAC3作为子宫中PGR依赖性转录的共调控因子发挥作用，并表明HDAC3-PGR的协同作用是子宫内膜容受性的一个关键决定因素。这项工作为子宫内膜异位症相关不孕症背后的孕激素抵抗提供了机制上的见解。

一、研究背景与科学问题

成功的妊娠依赖于建立具有容受性的子宫内膜，以支持胚胎着床和蜕膜化，而这两项功能的损伤是不孕症的主要原因。子宫内膜异位症是一种慢性炎症性疾病，以子宫内膜样组织异位生长为特征，影响超过10%的育龄女性，常伴有盆腔疼痛和不孕。子宫内膜容受性受协调的类固醇激素受体信号及其下游转录程序调控，其中孕激素受体（PGR）通过拮抗雌激素驱动的增殖并与雌激素受体α（ESR1）、糖皮质激素受体（GR）等其他核受体协同作用，发挥核心功能。PGR信号受损及核受体串扰紊乱已被证实参与子宫内膜异位症的发病机制，导致孕激素（P4）抵抗和子宫功能障碍。PGR的转录活性受到表观遗传机制和共调控复合物的严格调控，包括类固醇受体共激活因子（SRCs）、核受体辅阻遏物（NCoR/SMRT）、组蛋白乙酰转移酶（如p300/CBP）和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）。这些核受体-共调控因子网络的失调与子宫内膜异位症中P4反应性受损及子宫内膜功能障碍有关。在这些表观遗传调控因子中，HDAC3已被确定为子宫容受性的关键调节因子。子宫特异性缺失HDAC3会导致上皮过度增殖、PGR蛋白表达降低以及子宫内膜失去容受性，直接将HDAC3失调与P4抵抗和不孕联系起来。尽管表观遗传修饰日益被认为是子宫内膜功能和类固醇激素反应性的关键调控因子，但将表观遗传控制与PGR依赖性转录相结合的分子机制仍然不清楚。为此，研究人员开展了此项研究，旨在阐明HDAC3与PGR在子宫中的相互作用机制及其对P4反应性的影响。该研究成果发表于《MedComm》。

二、主要技术方法概述

研究人员使用了人子宫内膜组织样本，包括来自Atrium Health Wake Forest Baptist招募的22名无子宫内膜异位症的生育女性和43名患有子宫内膜异位症的不孕女性的分泌中期子宫内膜活检样本。同时采用了子宫特异性Hdac3基因敲除小鼠（Hdac3^d/d）和Pgr基因敲除（PRKO）小鼠模型。关键技术包括：整合转录组学（RNA-Seq）和顺反子组学（ChIP-Seq）分析；免疫组织化学（IHC）、多重免疫荧光和邻位连接分析（PLA）进行蛋白表达定位与互作检测；免疫共沉淀（Co-IP）验证蛋白间物理结合；以及染色质免疫共沉淀定量PCR（ChIP-qPCR）评估特定基因位点的染色质结合情况。

三、研究结果

2.1 基质HDAC3下调与子宫内膜异位症不孕患者原位子宫内膜中PGR表达减少相关

通过IHC分析发现，与对照组相比，子宫内膜异位症不孕患者基质中PGR和HDAC3蛋白水平均显著降低，且两者表达呈强正相关。在上皮细胞中，HDAC3表达也显著下降，但PGR表达呈现异质性：一组患者上皮PGR低表达且与HDAC3无显著相关性；另一组患者上皮PGR高表达且与HDAC3呈显著正相关。这表明HDAC3-PGR信号在基质和上皮中存在区室特异性的失调。

2.2 HDAC3和PGR在基质和上皮细胞中共表达，且其区室特异性相关模式在子宫内膜异位症不孕患者中发生改变

多重免疫荧光单细胞水平分析证实，HDAC3和PGR在对照和患病女性的基质细胞中均表现出强烈且一致的正相关。而在上皮细胞中，对照组的相关性较弱，但在子宫内膜异位症不孕患者中，这种相关性显著增强。这进一步揭示了不同细胞类型中HDAC3-PGR协调性的差异及在疾病状态下的改变。

2.3 子宫HDAC3缺失重编程与炎症和纤维化相关的转录网络

对妊娠第3.5天（GD3.5）的Hdac3^d/d小鼠子宫进行RNA-Seq分析，结果显示HDAC3缺失导致广泛的转录重编程，显著富集了免疫相关信号通路（如细胞因子风暴、S100家族信号）和纤维化相关通路（如肝纤维化、伤口愈合）。上游调控因子分析预测β-雌二醇信号被抑制，而多种炎症介质（如脂多糖、干扰素γ、白细胞介素-1β等）被激活。RT-qPCR验证了纤维化和炎症相关基因的表达上调。

2.4 HDAC3 ChIP-Seq鉴定出与炎症、纤维化和P4信号通路相关的直接染色质靶点

对GD3.5小鼠子宫进行HDAC3 ChIP-Seq，鉴定了高置信度的HDAC3结合位点。将HDAC3结合峰相关基因与HDAC3缺失后的差异表达基因（DEGs）进行比较，发现46%的DEGs与至少一个HDAC3结合峰相关。这些直接靶基因显著富集于炎症、纤维化、β-雌二醇、STAT3、CREB和LXR/RXR等信号通路，并且P4信号抑制是预测的最主要上游调控事件之一。

2.5 HDAC3和PGR在染色质上共占据并协同调控子宫中P4反应性基因

比较HDAC3和PGR的ChIP-Seq数据，发现两者在染色质上的结合峰存在广泛重叠（75%的HDAC3峰与PGR峰重叠）。这些共占位基因同样富集于免疫、纤维化和类固醇激素信号通路。重要的是，在Hdac3^d/d子宫中，通过ChIP-qPCR检测四个已知P4靶基因（Fkbp5、Lrp2、HOXA11、Fst）发现，HDAC3缺失显著降低了PGR在这些基因位点的染色质结合能力，表明HDAC3支持PGR在关键P4反应性基因上的染色质占用。

2.6 HDAC3与PGR结合并相互调节它们在子宫中的表达

在HEK293FT细胞中的Co-IP实验表明，HDAC3优先与PGR-A亚型形成蛋白复合物。在人子宫内膜中的原位PLA分析证实，HDAC3与PGR在对照女性基质细胞核中存在显著的邻近信号，而在子宫内膜异位症不孕患者中该信号显著减弱。此外，在Hdac3^d/d小鼠子宫中PGR表达显著降低，而在PRKO小鼠子宫中HDAC3表达也显著降低，表明两者在体内存在相互依赖的调控关系以维持彼此稳定表达。

四、讨论与结论总结

讨论部分指出，该研究鉴定HDAC3为PGR信号的关键共调控因子，其通过影响PGR蛋白丰度和染色质占用，为HDAC3失调与子宫P4抵抗之间的联系提供了机制解释。HDAC3对PGR的调控可能超越其经典的组蛋白去乙酰化酶活性，涉及非组蛋白底物和去乙酰化酶非依赖的转录功能。研究发现HDAC3缺失导致PGR表达和染色质结合减少，并激活炎症和纤维化通路，这与子宫内膜异位症的特征相符。上皮细胞中PGR表达的异质性表明，P4抵抗可能源于共调控因子功能缺陷而非单纯的PGR数量减少。研究提出，恢复HDAC3功能或HDAC3-PGR协同作用的治疗策略，有望成为改善子宫内膜异位症中P4反应性的潜在方法。研究局限性包括人类样本量有限、Co-IP实验未在原代子宫细胞中进行，以及未直接评估影响PGR活性的翻译后修饰。

结论部分翻译如下：总之，本研究确定了HDAC3是子宫中PGR信号的一个关键转录共调控因子。通过结合和协同染色质结合，HDAC3有助于维持适当的PGR蛋白水平和基因组占用，这是子宫内膜容受性所必需的。HDAC3的缺失破坏了这些过程，导致人和小鼠子宫中出现P4抵抗特征的炎症和纤维化通路的异常激活。子宫内膜异位症不孕患者原位子宫内膜中HDAC3表达降低，以及PGR的相互下调，强调了这一调控轴在子宫功能中的重要性。总之，这些发现将HDAC3-PGR协同作用定义为P4反应性的一个重要调控机制，并为探索该通路作为子宫内膜异位症子宫内膜功能障碍的潜在治疗靶点提供了一个框架。