2023年8月27日，省部共建非人靈長類生物醫學國家重點實驗室/昆明理工大學靈長類轉化醫學研究院李天晴教授和云南省第一人民醫院馬艷萍主任合作，在Advanced science在線發表題為Generation of Human Endometrial Assembloids with a Luminal Epithelium using Air-Liquid Interface Culture Methods的研究長文。該研究首次構建了一個新的子宮內膜類器官（ALI-EnAo），其具有完整的腔上皮和腺上皮結構。李天晴、馬艷萍為該研究的共同通訊作者，昆明理工大學田冀雯博士、楊潔博士、陳庭偉博士為該研究的共同第一作者。
研究背景
子宮是人類行使生殖功能的重要器官，它的內層（即子宮內膜）響應卵巢激素變化，周期性地經歷生長（增殖期）、分化（分泌期）、及退化（月經期）三個階段。子宮內膜重塑和再生過程中的異常會導致不孕癥、復發性流產、子宮內膜腫瘤、炎癥和子宮內膜異位癥等疾病。子宮內膜的功能障礙影響著世界范圍內眾多的育齡女性，排卵后分泌中期的子宮內膜容受性異常與著床失敗密切相關。目前，關于著床窗口的調節機制仍處于“黑匣子”階段，由于人類激素調節的特異性和人類母體-胎兒界面的復雜性，使得動物模型上的研究結果拓展到人類具有一定局限性，缺乏可靠和具有代表性的子宮內膜體外模型是深入研究內膜功能的最大障礙。
子宮內膜是一種多細胞組織，包括構成子宮內膜表面的單層柱狀上皮細胞，稱為腔上皮（luminal epithelium，LE），它是胚胎的著床位點；位于腔上皮下方的管狀腺上皮（glandular epithelium，GE），它是為最初植入的胚胎提供營養支持的媒介。除了子宮內膜上皮細胞（EnEC），間質部分還包含了許多子宮內膜基質細胞（EnSC），它們除了在著床期間發揮重要作用，還參與了如宮腔粘連等子宮內膜疾病的調控。隨著類器官培養技術的快速發展，近幾年，已有學者在體外成功構建了人和小鼠的子宮內膜腺上皮類器官，可再現子宮腺體的部分特征，但尚未闡明上皮細胞和基質細胞的互作關系，未得到具有典型腔上皮樣結構以及與體內子宮內膜解剖結構類似的體外模型，限制了疾病機制和功能的研究。
研究成果
該研究首次構建了一個新的子宮內膜類器官（ALI-EnAo），其具有完整的腔上皮和腺上皮結構。這種類器官將腺上皮和子宮內膜基質細胞結合，并采用改進的細胞外基質（MAC）和氣液界面（ALI）方法進行培養。通過與體內內膜組織的一系列比較分析，揭示了ALI-EnAo能夠再現子宮內膜的特征，包括解剖結構、細胞組成、激素誘導的月經周期性變化和基因表達譜。此外，ALI-EnAo還復制了著床窗和動態纖毛形成的基因表達模式，這對胚胎植入是至關重要的。該模型為深入研究胚胎植入、子宮內膜疾病和再生的機制提供了一個全新平臺；可以用于研究不孕癥和反復種植失敗等疾病，并可促進輔助生殖技術的個性化和精確治療。此外，該模型也為深入研究復雜的人類母胎互作奠定了基礎。
圖示：氣液界面培養方法構建具有腔上皮的人子宮內膜類器官（ALI-EnAo）
研究進程
研究人員首先通過一系列實驗，優化了上皮細胞和基質細胞共培養的最佳比例，并改善了培養類器官的細胞外基質，使之物理硬度及生理環境更利于子宮內膜細胞的生長發育。為了使該類器官形成具有激素反應性的功能腔上皮結構，研究人員使用ALI培養方法，模擬體內子宮內膜腔面僅被粘液層覆蓋的上皮結構的特殊體內環境。最終形成包含腔上皮、腺上皮及基質細胞的內膜類器官，準確再現了體內子宮內膜的細胞組成、解剖結構和月經周期性變化等特征。
為了進一步驗證內膜類器官和體內組織是否在分子水平上也具有相似性，研究人員通過單細胞測序對體內組織及體外類器官進行了細胞和分子圖譜的對比分析。結果顯示，該類器官ALI-EnAo不僅在細胞亞群構成和基因表達方面與體內子宮內膜相似，而且還重現了內膜細胞對應的轉錄圖譜，闡明了不同細胞亞群行使的生理功能。研究人員還從轉錄水平和染色分析表征了類器官中腔上皮和腺上皮的存在，揭示了和體內腔/腺分布及基因表達模式的相似性。
圖示：ALI-EnAo具有與體內子宮內膜相似的基因表達和結構
最后，研究人員通過ALI培養及普通液面下培養的類器官SC-EnAo比較研究，揭示了ALI培養方法通過上調上皮細胞極性、促進纖毛形成、蛻膜化及分泌功能、調節WNT信號和WOI相關的基因，改善內膜類器官的細胞組成、解剖結構和基因表達模式。
該研究受到國家重點研發計劃、自然科學基金和云南省科技項目的經費支持。
論文鏈接地址：
http://doi.org/10.1002/advs.202301868
