DSP空間組學(xué)助力子宮內(nèi)膜異位癥研究

子宮內(nèi)膜異位癥是一種常見的婦科疾病，其特征是子宮內(nèi)膜組織在子宮外生長，導(dǎo)致疼痛、不規(guī)則月經(jīng)和生育問題。該病的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，但可能與遺傳因素、免疫系統(tǒng)異常和環(huán)境等多種因素有關(guān)。近年來，研究人員通過分子生物學(xué)和遺傳學(xué)等方法逐漸揭示了該疾病的復(fù)雜性。目前的研究主要集中在探究子宮內(nèi)膜異位癥的發(fā)病機(jī)制、診斷方法和治療策略，以便為患者提供更有效的管理和治療手段。本研究采用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，對子宮內(nèi)膜異位癥病變組織進(jìn)行了分析，揭示了上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的相互作用。通過這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)在子宮內(nèi)膜異位癥病變中，上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間存在密切的相互作用，為進(jìn)一步理解該疾病的發(fā)病機(jī)制提供了重要線索。

 

01 文章詳情

文章題目：Spatial Transcriptomic Analysis Identifies Epithelium- Macrophage Crosstalk in Endometriotic Lesions

中文題目：空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析用于子宮內(nèi)膜病變中的上皮-巨噬細(xì)胞互作研究

實(shí)驗(yàn)平臺：DSP空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)

發(fā)表雜志：bioRxiv

DOI：10.1101/2024.03.23.586434

 

02 技術(shù)路線

03 研究結(jié)果

1. 人類淺表腹膜病變的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析

本研究通過空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)詳細(xì)分析了人類淺表腹膜子宮內(nèi)膜異位病變的基因表達(dá)特征。研究收集了來自5名患者的淺表腹膜病變和匹配的子宮內(nèi)膜樣本，并通過DSP平臺對這些樣本進(jìn)行了空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。在數(shù)據(jù)處理過程中，經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和基因過濾，最終保留了7945個基因用于進(jìn)一步分析。研究發(fā)現(xiàn)，病變組織中的上皮細(xì)胞與巨噬細(xì)胞之間存在顯著的信號傳導(dǎo)，特別是在補(bǔ)體和MHC-II類信號通路方面，這些通路在炎癥反應(yīng)中起重要作用。此外，基因表達(dá)模式的比較顯示，上皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞在病變組織和匹配的子宮內(nèi)膜中具有顯著相似性，病變組織中的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的基因表達(dá)差異�？傮w而言，這些結(jié)果揭示了子宮內(nèi)膜異位病變中不同細(xì)胞類型的復(fù)雜相互作用，尤其是上皮細(xì)胞在驅(qū)動炎癥反應(yīng)中的關(guān)鍵作用，為進(jìn)一步理解子宮內(nèi)膜異位癥的發(fā)病機(jī)制提供了新的見解。

Fig.1 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的分割策略

Fig.2 在位子宮內(nèi)膜淺腹膜子宮內(nèi)膜異位病變的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)結(jié)果

2. 上皮和間質(zhì)標(biāo)記基因在病變和子宮內(nèi)膜中的相似性

通過對比正常子宮內(nèi)膜和子宮內(nèi)膜異位病變組織中的上皮和間質(zhì)標(biāo)記基因，發(fā)現(xiàn)二者的基因表達(dá)模式非常相似。研究人員比較了子宮內(nèi)膜和病變組織中的上皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)共有1372個和1313個差異表達(dá)基因(DEG)，其中14個在兩組中都排名前20�；�因表達(dá)模式在兩種組織中顯示出高度相似，相關(guān)系數(shù)為0.81。此外，GO分析結(jié)果也與細(xì)胞類型一致，間質(zhì)中富集了血管化、細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞粘附相關(guān)的條目，而上皮細(xì)胞中則富集了細(xì)胞分化和細(xì)胞連接相關(guān)的條目。這些結(jié)果表明，盡管存在一些特定于病變組織的基因表達(dá)變化，但總體上，子宮內(nèi)膜和子宮內(nèi)膜異位病變組織中的上皮和間質(zhì)細(xì)胞在分子水平上表現(xiàn)出顯著的相似性。

Fig.3 在位子宮內(nèi)膜和病變中的上皮與基質(zhì)細(xì)胞特征

3. 子宮內(nèi)膜異位病變的間質(zhì)變化較小

研究人員通過對比子宮內(nèi)膜和子宮內(nèi)膜異位病變組織中的間質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)病變組織中的間質(zhì)細(xì)胞基因表達(dá)變化較小。通過空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，僅有兩個基因在病變間質(zhì)中下調(diào)，這表明間質(zhì)細(xì)胞在基因表達(dá)上基本保持穩(wěn)定。基因集富集分析（GSEA）發(fā)現(xiàn)病變間質(zhì)中增加了四個與炎癥相關(guān)的基因集，而兩個基因集減少，盡管整體基因表達(dá)變化較小，但病變間質(zhì)中仍存在特定的炎癥反應(yīng)。此外，功能富集分析顯示，間質(zhì)中富集了血管化、細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞粘附相關(guān)的條目，在子宮內(nèi)膜和病變組織中的表達(dá)非常相似，表明間質(zhì)細(xì)胞在兩種組織類型中的功能和基因表達(dá)模式基本一致。

Fig.4 與在位子宮內(nèi)膜相比，子宮內(nèi)膜下上皮間質(zhì)細(xì)胞的改變最小

4. 免疫反應(yīng)基因在病變上皮中的增加

研究人員發(fā)現(xiàn)子宮內(nèi)膜異位病變的上皮細(xì)胞中免疫反應(yīng)顯著增加。通過空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，子宮內(nèi)膜異位病變上皮細(xì)胞與匹配的正常子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞在基因表達(dá)上存在顯著差異，特別是在與免疫相關(guān)的基因上。差異分析發(fā)現(xiàn)76個差異表達(dá)基因，其中33個基因顯著上調(diào)，包括補(bǔ)體3（C3）和多個主要組織相容性復(fù)合體（MHC）II類相關(guān)基因，如CD74和HLA-DRB1。GSEA分析顯示，病變上皮細(xì)胞中炎癥和增殖相關(guān)的信號通路顯著增加。GO富集分析顯示，上調(diào)的基因中有9個與免疫反應(yīng)相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明，子宮內(nèi)膜異位病變上皮細(xì)胞在驅(qū)動炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，為進(jìn)一步理解子宮內(nèi)膜異位癥的發(fā)病機(jī)制提供了新的見解。

Fig.5 免疫反應(yīng)基因在子宮內(nèi)膜異位病變上皮中增加

5. 子宮內(nèi)膜和病變組織中的間質(zhì)和上皮細(xì)胞關(guān)系

研究人員發(fā)現(xiàn)，無論是間質(zhì)還是上皮細(xì)胞，都沒有按照組織來源（子宮內(nèi)膜或病變）進(jìn)行聚類。通過對間質(zhì)和上皮細(xì)胞進(jìn)行層次聚類分析，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞并未根據(jù)其來源組織（子宮內(nèi)膜或病變組織）聚類，而是更傾向于按照患者個體進(jìn)行聚類。PCA進(jìn)一步顯示不同患者的組織樣本在基因表達(dá)上存在顯著差異，而組織類型（子宮內(nèi)膜或病變）對基因表達(dá)的影響較小。

Fig.6 與在位子宮內(nèi)膜相比，基質(zhì)和上皮均未聚類

6. 病變中的巨噬細(xì)胞發(fā)生改變

研究人員發(fā)現(xiàn)子宮內(nèi)膜異位病變中的巨噬細(xì)胞在基因表達(dá)上發(fā)生了顯著變化。DEG分析發(fā)現(xiàn)，共有148個基因在病變巨噬細(xì)胞中發(fā)生顯著變化，其中35個基因上調(diào)，113個基因下調(diào)。GSEA分析顯示，病變巨噬細(xì)胞中炎癥相關(guān)的基因集顯著增加，包括TNF-α通過NF-κB信號通路、炎癥反應(yīng)、移植物排斥和IL2-STAT5信號通路等。這些結(jié)果表明，子宮內(nèi)膜異位病變中的巨噬細(xì)胞具有高度炎癥性，并可能由單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞主導(dǎo)，這與正常子宮內(nèi)膜中的組織駐留巨噬細(xì)胞不同。

7. 配體-受體分析確定病變中上皮-巨噬細(xì)胞信號軸

在這部分研究中，研究人員通過配體-受體分析識別出子宮內(nèi)膜異位病變中的上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的信號軸。使用CellChat進(jìn)行配體-受體分析，發(fā)現(xiàn)病變組織中共有26條信號通路，而正常子宮內(nèi)膜中有24條，且21條通路在兩者中都存在。配體-受體分析揭示了病變上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的信號傳導(dǎo)顯著增加，特別是補(bǔ)體和MHC-II信號通路。具體而言，上皮細(xì)胞向巨噬細(xì)胞的信號傳導(dǎo)在病變中增加了3.7倍。信號路徑強(qiáng)度熱圖顯示，病變組織中上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的相互作用最強(qiáng)。進(jìn)一步的配體-受體分析表明，補(bǔ)體和MHC-II配體主要來自病變上皮細(xì)胞，并與巨噬細(xì)胞上的受體結(jié)合�？傮w而言，這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了上皮細(xì)胞在驅(qū)動病變組織炎癥反應(yīng)中的關(guān)鍵作用，揭示了上皮細(xì)胞通過信號傳導(dǎo)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型以支持病變發(fā)展的機(jī)制。

Fig.7 巨噬細(xì)胞在子宮內(nèi)膜異位病變中發(fā)生改變

04 主要結(jié)論

本研究通過空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)對子宮內(nèi)膜異位癥病變進(jìn)行了詳細(xì)分析，揭示了病變組織中不同細(xì)胞類型之間的復(fù)雜相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，子宮內(nèi)膜異位病變中的上皮細(xì)胞與巨噬細(xì)胞之間存在顯著的相互作用，特別是在補(bǔ)體和MHC-II類信號通路方面，這些通路在驅(qū)動炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。盡管子宮內(nèi)膜異位病變組織中的上皮細(xì)胞顯示出顯著的基因表達(dá)變化，但間質(zhì)細(xì)胞在基因表達(dá)上與匹配的子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞基本保持一致，變化較小。巨噬細(xì)胞在病變組織中表現(xiàn)出高度炎癥性，主要由單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞主導(dǎo)，這與正常子宮內(nèi)膜中的組織駐留巨噬細(xì)胞不同。通過配體-受體分析，識別出了病變上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的顯著信號傳導(dǎo)，特別是補(bǔ)體和MHC-II信號通路，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了上皮細(xì)胞在驅(qū)動病變組織炎癥反應(yīng)中的關(guān)鍵角色�？偟膩碚f，這些發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步理解子宮內(nèi)膜異位癥的發(fā)病機(jī)制提供了新的見解和研究方向。