《Cell Discovery》：Single-cell atlas of reproductive endocrine organs reveals transcriptomic responses to type 1 diabetes mellitus in nonhuman primates
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摘要：以胰岛素缺乏和高血糖为特征的1型糖尿病（T1DM）与女性生育力低下相关。然而，高血糖如何影响下丘脑-垂体-卵巢-子宫（HPOU）轴仍知之甚少。在本研究中，研究人员对1型糖尿病猕猴月经周期增殖期的下丘脑、垂体、卵巢和子宫进行了单细胞转录组谱分析，以系统表征
摘要：以胰岛素缺乏和高血糖为特征的1型糖尿病（T1DM）与女性生育力低下相关。然而，高血糖如何影响下丘脑-垂体-卵巢-子宫（HPOU）轴仍知之甚少。在本研究中，研究人员对1型糖尿病猕猴月经周期增殖期的下丘脑、垂体、卵巢和子宫进行了单细胞转录组谱分析，以系统表征糖尿病条件下组织特异性细胞异质性、基因表达和细胞间通讯网络的变化。分析揭示，TNF信号通路在多个组织中显著上调，伴随炎症相关通路的明显激活。值得注意的是，巨噬细胞迁移抑制因子（MIF）信号通路表现出组织特异性调控模式，在下丘脑和垂体显著上调，但在卵巢和子宫下调，提示生殖内分泌轴对糖尿病的炎症调节存在差异。此外，研究人员观察到糖尿病导致颗粒细胞分化过程中FSHR表达降低，而FSH信号已知拮抗剂SFRP4的表达上调进一步加剧了这一过程，导致颗粒细胞对卵泡刺激素的反应性降低。相应地，这种失调与垂体促性腺激素细胞中FSHB表达增加相关，可能源于卵巢反馈信号紊乱。总体而言，研究结果提供了糖尿病状态下女性生殖系统免疫和内分泌区室中细胞和分子变化的全面景观，推进了对代谢疾病背景下免疫-内分泌细胞串扰的理解。
论文解读文章
**研究背景与问题**
1型糖尿病（T1DM）是一种以胰岛素缺乏和高血糖为特征的慢性自身免疫性疾病，常导致女性生育力低下。然而，高血糖如何影响下丘脑-垂体-卵巢-子宫（HPOU）轴这一调控生殖功能的核心神经内分泌系统的分子机制尚不明确。既往研究多集中于啮齿类动物模型，缺乏对非人灵长类动物（NHP）中T1DM相关生殖内分泌功能变化及免疫微环境炎症特征的系统解析。因此，开展此项研究旨在利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，系统描绘T1DM状态下HPOU轴各器官的细胞组成、转录组变化及免疫-内分泌互作网络，为理解糖尿病导致生殖功能障碍的机制提供新见解。该论文发表在《Cell Discovery》。
**主要研究方法**
研究人员利用四只雌性食蟹猴（5-6岁），其中两只为链脲佐菌素（STZ）诱导的T1DM模型，两只为对照。在成功诱导糖尿病后6个月、月经周期增殖期第8天，收取下丘脑、垂体、卵巢和子宫组织，制备单细胞悬液，采用10X Genomics Chromium系统进行scRNA-seq文库构建和测序。随后通过Seurat、CellChat、Monocle 2等工具进行细胞聚类、差异表达基因（DEG）分析、细胞间通讯推断及伪时间轨迹分析。此外，对卵巢和子宫组织进行全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）以评估DNA甲基化变化，并利用qPCR、免疫荧光、生化检测等方法进行验证。
**研究结果**
**1. Transcriptome profiling of diabetic reproductive endocrine organs**
通过无监督聚类，从101,146个细胞中鉴定出13个主要细胞簇，包括神经内分泌细胞、颗粒细胞（GCs）、基质细胞、内皮细胞、微胶质细胞/巨噬细胞（MACs）等。对各器官的DEG进行GO富集分析，发现上调基因富集于氧化磷酸化和白细胞激活调节等通路，下调基因富集于血管发育和免疫应答激活。
**2. Transcriptomic susceptibility of different cell types to diabetes**
细胞类型特异性DEG分析显示，糖尿病状态下，下丘脑的微胶质细胞和巨噬细胞、垂体的干细胞/滤泡星状细胞、卵巢的颗粒细胞、子宫的SFRP4
+基质细胞等具有大量DEG。常见上调基因（如TXNIP）参与氧化磷酸化和类固醇激素应答，且TXNIP在糖尿病猴卵巢中DNA甲基化水平降低。
**3. Global alterations in the intercellular signaling network within the reproductive endocrine axis**
CellChat分析发现，T1DM组卵巢和子宫的细胞间相互作用数量和强度显著下降，而下丘脑的通讯增强。TNF信号通路在多个器官中上调。MIF信号通路在下丘脑和垂体上调，在卵巢和子宫下调，其机制与受体细胞中CXCR4表达变化有关。
**4. Structural and molecular alterations in reproductive-related cells under diabetic conditions**
超声和H&E染色显示T1DM组卵巢和子宫萎缩，卵巢窦卵泡和子宫功能层腺体数量显著减少。对垂体促性腺激素细胞（Gona）和卵巢颗粒细胞亚型分析发现，Gona1中FSHB表达上调，血清FSH水平升高；颗粒细胞中CXCL14上调，CHIT1下调；子宫上皮细胞和周细胞中胶原基因（COL1A2、COL3A1）表达下调。
**5. Immune microenvironment disorders associated with diabetes**
巨噬细胞被分为6个亚型。T1DM组中，下丘脑和垂体的C1亚型增加，卵巢的C4和子宫的C5亚型减少。DEG分析显示多数巨噬细胞亚型中免疫相关基因（BPIFA1、CHIT1）下调，而C1亚型中PRL和FSHB上调。细胞因子和趋化因子分析揭示C5和C6亚型存在相反的炎症调节模式。
**6. Reduced FSH responsiveness in granulosa cells under diabetic conditions**
伪时间轨迹分析显示，糖尿病颗粒细胞成熟过程异常。mGC2中FSHR表达显著下调，而mGC1、mGC2和cGC中SFRP4表达上调，免疫荧光验证SFRP4蛋白水平升高。INHBB在cGC中下调，AMHR2在pGC中上调，提示颗粒细胞分化受损及代偿机制。
**总结与结论**
讨论部分指出，T1DM引起的生殖损伤主要源于胰岛素缺乏和高血糖驱动的代谢紊乱，激活的TNF信号通路和MIF通路组织特异性变化反映了慢性炎症状态。巨噬细胞在维持内分泌稳态中发挥关键作用，其亚型组成和功能改变可能影响HPOU轴功能。关键发现是FSHR表达降低和SFRP4上调导致颗粒细胞对FSH的反应性下降，进而影响卵泡发育和卵巢反馈。研究结论：单细胞图谱揭示了糖尿病猴HPOU轴的分子变化，为评估糖尿病效应提供了潜在治疗靶点或生物标志物；研究以单细胞分辨率阐明了巨噬细胞影响HPOU轴功能的可能机制，有助于理解糖尿病对生殖内分泌系统的影响。任何T1DM暴露窗口都可能在一定程度上降低生育力，因此建立阶段特异性T1DM模型以系统评估发病时机对HPOU轴功能完整性的影响至关重要。
