子宫单核细胞在健康与疾病中贯穿生殖周期调控组织稳态的双重作用

《Nature Immunology》：The dual roles of uterine monocytes in regulation of tissue homeostasis throughout reproductive cycles in health and disease

　　

在子宫内膜反复发生的组织降解、修复与重塑周期中会出现炎症，但免疫系统贡献于子宫组织完整性的机制尚不清楚。研究人员发现，子宫单核细胞依据生殖周期阶段的不同，在组织重塑与炎症中发挥双重作用。循环炎性单核细胞在植入窗前侵入子宫，并分别依赖干扰素（interferon, IFN）-γ 和转化生长因子（transforming growth factor, TGF）-β 分化为促炎或促修复巨噬细胞。人单核细胞数量在植入窗前达到峰值，此时正需要炎症环境以支持胚胎植入。子宫单核细胞具有细胞毒特性，可调控上皮细胞凋亡。对受体-配体互作的生物信息学分析表明，单核细胞在髓样细胞与成纤维细胞互作中占主导。这些通路在子宫纤维化中受损，表现为炎性单核细胞或巨噬细胞过多以及生殖周期节律丧失。上述数据揭示了单核细胞及其后代在调控子宫组织稳态中的关键作用。

研究背景方面，子宫内膜（endometrium）在月经周期中经历脱落与再生，巨噬细胞（macrophage）等髓样细胞被认为参与组织崩解、细胞外基质（extracellular matrix, ECM）清除与修复，但单核细胞（monocyte）及其分化产物如何平衡生理炎症与组织重塑仍不清楚；既往单细胞研究虽鉴定出促炎与组织重塑型巨噬细胞，但其起源和体内功能未知。由于女性生殖健康研究长期投入不足，异常修复可导致不孕、流产与不良妊娠结局，因此亟需明确单核细胞在子宫周期稳态中的机制。研究人员通过小鼠与外人子宫内膜样本，结合流式、单细胞测序、骨髓嵌合、阻断抗体与成像技术，证明循环单核细胞经 CCR2 依赖途径补充子宫巨噬细胞池，并分化为促炎 Mac1 与促修复 Mac2 巨噬细胞；该成果发表于《Nature Immunology》。

主要关键技术方法包括：小鼠发情周期与人间月经周期分期样本；流式细胞术（flow cytometry）分选 CD45⁺ 髓样细胞；小鼠子宫髓样细胞单细胞 RNA 测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）与人内膜群体批量 RNA 测序（bulk RNA-seq）；腹部屏蔽照射骨髓（bone marrow, BM）嵌合模型评估循环来源补充；抗 TGF-β 体内阻断与 Ifngr1 缺陷小鼠解析分化信号；成像质谱（imaging mass cytometry）与免疫荧光观察上皮凋亡和胶原沉积；CellChat 受体-配体互作分析 CD45^? 基质细胞与髓样细胞通讯。

研究结果如下。单核细胞在生殖周期中具动态变化并持续补充巨噬细胞池：研究人员用 Ly6C、F4/80、MHC-II 与 CCR2 区分小鼠和人单核/巨噬细胞，发现单核细胞而非巨噬细胞数量随周期大幅波动，骨髓嵌合实验表明循环来源细胞经 CCR2 依赖方式在 14 周接近肠巨噬细胞补充率，证明单核细胞不断补充子宫巨噬细胞库。单核细胞产生具促炎或促修复特性的成熟巨噬细胞亚群：scRNA-seq 与轨迹分析显示单核细胞经中间态分化为 Mac1（CD11c⁺、CX₃CR1^lo、促炎）和 Mac2（CD206⁺、MERTK⁺、吞噬修复）巨噬细胞，人样本 RNA 测序证实该架构保守。子宫巨噬细胞亚群从血液补充速率不同：嵌合实验显示 Mac1 比 Mac2 更快被循环供体细胞替代，Ccr2^?/? 小鼠缺失单核细胞且 Mac1 显著减少，Mac2 相对占优并获得部分 Mac2-like 标志。巨噬细胞亚群分化依赖 TGF-β 与 IFN-γ：抗 TGF-β 使中间炎性单核/巨噬细胞累积并选择性减少 Mac2 与 Ki-67 表达；Ifngr1 缺陷鼠 Mac1 减少、Mac2 增多，说明 TGF-β 塑 Mac2、IFN-γ 塑 Mac1。人子宫单核与巨噬细胞亚群保守：人单核细胞为 CD14⁺CCR2⁺，Mac1/CD206^? 富炎症与细胞毒基因，Mac2/CD206⁺ 富 efferocytosis、脂质相关与 IL-10RA 通路，Mac1 在分泌早期随单核细胞浸润达峰。人内膜存在两群功能不同的单核细胞：HLA-DR^lo 新近招募、高 TNF（tumor necrosis factor）与 IL-1β、CD31^hi；HLA-DR^hi 组织内更久、Ki-67⁺、低细胞毒，反映招募与组织内维持两种状态。单核细胞细胞毒特性与上皮稳态调控：小鼠单核/Mac1 高表达颗粒酶 B（granzyme B）和穿孔素（perforin），发情前期 Ly6C⁺ 单核细胞扩张后发情期上皮 cleaved caspase 3（ClC3）增加，Ccr2^?/? 鼠无此凋亡且上皮结构致密、仔鼠活产数下降。单核细胞与成纤维细胞在 ECM 周转中的互作：Ccr2^?/? 鼠胶原增加、肌成纤维细胞增多；scRNA-seq 分选 CD45^? 细胞见成纤维/肌成纤维周期波动；CellChat 预测单核细胞经 Cd44、Sdc4 及 Itga1/Itgb1 等整合素异二聚体与胶原、纤连蛋白（fibronectin, Fn1）、层粘连蛋白（laminin）强势互作，成纤维细胞以 Cxcl12、Ccl2、Csf1 双向调控单核细胞。

讨论与结论部分总结：该研究把单核细胞从“巨噬细胞前体”提升为子宫周期稳态的节律性效应细胞，揭示 CCR2-单核细胞→Mac1/Mac2 轴由 IFN-γ 与 TGF-β 分流，并借细胞毒与 ECM 受体-配体互作连接上皮凋亡、基质重塑与植入窗炎症。在子宫纤维化中，炎性单核/巨噬细胞过剩与周期节律丢失正是该轴失调的表现，因此单核细胞动力学可作为生殖疾病与纤维化研究的机制入口。

研究结论原文意译：子宫单核细胞在健康生殖周期中通过周期性浸润、分化为 Mac1 与 Mac2 巨噬细胞，分别经 IFN-γ 与 TGF-β 调控炎症和组织修复，并以细胞毒方式调节上皮凋亡、以受体-配体网络协同成纤维细胞调控 ECM 周转；上述单核-巨噬轴线在子宫纤维化中失去节律并被炎性细胞偏态取代，因而单核细胞及其后代是子宫组织稳态的核心调控者。