HMMR+ 基质细胞驱动人类子宫发育

《Cell Discovery》：HMMR+ stromal cells drive human uterine development

　　

早期人类子宫发育是生殖健康与青春期疾病易感性的关键决定因素。虽然单细胞分析已广泛表征成年子宫，但该器官的发育起源仍知之甚少。本研究中，研究人员对妊娠第12周（GW12）至第24周（GW24）及青少年的人类子宫进行单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）与空间转录组学（spatial transcriptomics）分析，发现一群透明质酸介导运动受体表达（hyaluronan-mediated motility receptor-expressing，HMMR+）基质细胞，该类细胞对人类子宫内膜与肌层发育至关重要。这些HMMR+基质细胞高度增殖，并在体外诱导下分化为基质样与肌样谱系。异种移植至免疫缺陷小鼠后，其定植并形成共表达基质与平滑肌标志物的间充质样组织。研究人员确定HMMR+基质细胞通过pleiotrophin（PTN）信号促进上皮细胞分化与发育。值得注意的是，薄型子宫内膜中这些HMMR+基质细胞显著减少。综上，本研究界定了人类子宫的细胞个体发生，并鉴定出一类关键基质祖细胞样群体，对发育障碍与子宫内膜病理具有启示意义。

研究背景方面，人类子宫可在女性生殖寿命中通过约400个重塑周期实现无瘢痕再生，其发育始于胚胎早期并持续至青春期达到功能成熟。苗勒管（Müllerian ducts）约在妊娠第6周形成、第8周尾侧融合后，子宫内膜（endometrium）、肌层（myometrium）与浆膜层逐步分化。现有研究多依赖啮齿类模型并聚焦成年组织，人类胎儿子宫从间质到上皮与平滑肌的发育轨迹、基质祖细胞身份及上皮—间质信号机制仍不清楚。尽管已知SFRP4⁺基质亚群参与成年子宫内膜再生、PR-SET7等调控产后基质发育，但胎儿期具有多向分化潜力的基质前体尚未被定义，因此研究人员开展本研究以绘制人类胎儿子宫细胞图谱并鉴定关键发育性基质群体。

该研究论文发表于《Cell Discovery》。研究人员对GW12、GW16、GW20、GW22、GW23、GW24胎儿子宫体及增殖期与分泌期成年全层子宫样本开展scRNA-seq与空间转录组学，并整合公共胎儿子宫数据集，鉴定出HMMR⁺基质细胞为胎儿富集、高增殖、具间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）表型的祖细胞样群体；其可分化为SFRP4⁺基质细胞与平滑肌细胞（smooth muscle cells，SMCs），经异种移植形成人间充质样组织，并通过PTN信号支持上皮腺生长；在薄型子宫内膜中该群体显著耗竭。

主要关键技术方法如下：研究人员使用南京鼓楼医院伦理审批下收集的胎儿子宫体（流产后6小时内获取）与成年宫颈癌子宫切除标本（增殖期、分泌期）以及薄型/正常子宫内膜活检样本；采用scRNA-seq构建93662个细胞的转录组图谱，利用空间转录组学（Visium）与RCTD解卷积进行空间定位，借助Monocle2与CytoTRACE推演基质—肌层—上皮轨迹，通过流式分选CD45^–CD56^–CD144^–CD90⁺HMMR⁺细胞进行体外诱导、肾包膜异种移植、上皮类器官共培养及siRNA敲低PTN功能实验，并在独立公共数据集与GSE224093、GSE160633中验证。

研究结果部分保留小标题并简述如下。Cellular atlas of the human fetal uterine corpus：研究人员通过scRNA-seq将细胞分为8大类型，发现HMMR⁺ Str（HMMR⁺ stromal cells）在胎儿期占比高、成年期下降，空间解卷积显示其广布于胎儿基质，免疫荧光与Ki67验证胎儿高增殖状态。HMMR⁺ stromal cells in the fetal uterus：研究人员将基质分为HMMR⁺、FKBP4⁺、APCDD1⁺、SFRP4⁺、STAR⁺、MATN2⁺六个亚群，CytoTRACE与Monocle2表明HMMR⁺亚群干性最高并沿轨迹走向SFRP4⁺，免疫组化确认HMMR胎儿强表达、成年近腔上皮稀疏分布。Mesenchymal differentiation of HMMR⁺ stromal cells：研究人员流式显示胎儿HMMR⁺占比较成年高，培养中HMMR⁺克隆形成与增殖优于HMMR^–，诱导后SFRP4表达与催乳素（prolactin，PRL）分泌更高；NCG小鼠肾包膜移植中仅HMMR⁺组形成vimentin⁺/α-SMA⁺/mCherry⁺间充质样组织并见SFRP4⁺基质。Differentiation of HMMR⁺ stromal cells into SMCs：研究人员将SMC分为POSTN⁺、EGR1⁺、MT2A⁺亚群，胎儿以POSTN⁺/EGR1⁺为主、成年以MT2A⁺为主；轨迹分析置HMMR⁺于起点，体外肌诱导后HMMR⁺的α-SMA、calponin-1（CNN1）、SM22α上调且肌样诱导率显著高于HMMR^–。HMMR⁺ stromal cells support epithelial growth：研究人员划分八类上皮亚群，细胞通讯分析显示HMMR⁺ Str向上皮发送PTN信号；共培养类器官中HMMR⁺促进类器官数量与直径增加，si-PTN削弱该效应，scRNA-seq显示共培养后分泌性腔上皮与纤毛上皮比例上升。HMMR⁺ stromal cells are decreased in thin endometrium：研究人员在GSE224093与GSE160633及本队列中均发现薄型内膜HMMR低表达，免疫组化与流式显示薄型组Ki67⁺与HMMR⁺ Str比例显著低于正常对照。

讨论部分总结：研究人员指出子宫中胚层源于苗勒间充质，本研究发现HMMR⁺ Str高表达Ki67、PCNA、TOP2A、CENPF等增殖与纺锤体组装基因，定位于G2/M期，具MSC表型、双谱系（基质与肌层）潜能并通过PTN建立上皮—间质网络；该群体在胎儿富集、成年减少、薄型内膜耗竭，不同于已报道的血管周围细胞（perivascular cells，PV cells）或LGR5⁺上皮干样细胞。研究人员也说明局限：胎儿样本少、功能实验用成年分选细胞、缺体内谱系追踪。

结论部分翻译：原始人类HMMR⁺基质细胞如同多种基质细胞一样，可分化为子宫内膜基质细胞与肌层平滑肌细胞（SMCs），并通过诱导pleiotrophin（PTN）信号促进子宫内膜上皮细胞发育。该细胞缺乏会损害子宫内膜基质与上皮细胞增殖，导致薄型子宫内膜。这些发现增进了对胎儿子宫细胞组成与发育的理解，并有望推动子宫疾病的诊断与治疗。