基于单细胞转录组测序技术的薄型子宫内膜微环境研究

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研究目的:初步应用单细胞测序技术探究薄型子宫内膜(Thin Endometrium,TE)与正常厚度子宫内膜在发育与容受微环境上的差异,分析差异性基因参与的生物学过程和受影响的信号通路。研究方法:招募志愿者一对。一名为子宫内膜薄合并反复种植失败患者作为薄型子宫内膜标本来源;另一名子宫内膜厚度正常能健康生育后代的志愿者作为正常厚度内膜标本来源。收集这两名女性在增殖晚期和分泌中期的子宫内膜,进行单细胞转录组测序。记录取内膜当日的性激素以确定月经周期,同时超声测定内膜厚度,所取的内膜组织同步行常规病理检查和电镜超微结构检测。对检测结果进行对比分析,对单细胞转录组测序得到的数据进行过滤、降维、聚类以及差异性分析。研究结果:与正常内膜厚度健康生育的志愿者相比,薄型内膜患者有下列特点:1、超声检查显示子宫内膜厚度在增殖晚期和分泌中期均低于7mm;2、病理检查提示增殖晚期腺体数目减少且形态异常,但分泌中期腺体数目和形态无差异;3、扫描电子显微镜显示分泌中期内膜表面成熟的胞饮突数量较少且质量明显下降;透射电子显微镜显示分泌中期TE的分泌状态相较于正常内膜差。对单细胞转录组测序的数据分析获得以下结果:1、通过转录基因组鉴定出子宫内膜的7种细胞类型:上皮细胞、间质细胞、内皮细胞、淋巴细胞、单核细胞、纤毛上皮细胞和混合细胞;2、与正常内膜厚度的志愿者相比,TE患者分泌中期内膜上皮细胞占比增高而间质细胞占比较低。3、与正常厚度的内膜样本相比,TE样本在增殖晚期上皮细胞差异基因有97个上调、102个下调,间质细胞有122个上调、96个下调;在分泌中期,上皮细胞差异基因有386个上调,475个下调,间质细胞有96个上调,110个下调。在分泌中期,细胞增殖相关的基因PAX8、DPP4等在上皮细胞中表达上调;基因COL1A1、COL1A2、COL3A1、LUM、IGF1等在间质细胞中表达下调;TE样本中雌激素受体1(ESR1)和孕激素受体(PGR)在间质细胞和上皮细胞的表达均下调。4、差异性基因生物学过程分析:差异性表达基因(Differential expression genes,DEGs)主要富集在核糖体蛋白质、能量合成和代谢机制、纤维胶原蛋白合成的生物学过程;分泌中期间质细胞下调的基因富集在纤维胶原合成的生物学过程。5、差异性基因信号通路分析:TE间质细胞中存在一些下调的基因富集在ECM-受体相互作用和WNT信号通路,这两条信号通路与子宫内膜的容受性调节相关。研究结论:1.本研究首次建立了薄型子宫内膜在增殖晚期与分泌中期两个关键点的单细胞转录组测序图谱,鉴定了7种不同的细胞类型。2.与正常厚度内膜样本比较发现,TE分泌中期上皮细胞占比显著增加,间质细胞占比下降。DEGs经GO富集分析显示富集于核糖体蛋白质、能量合成和代谢机制、纤维胶原蛋白生物学过程,经KEGG通路分析显示容受性相关的ECM-受体相互作用与WNT通路有富集。TE样本ESR1和PGR表达亦有下调。3.本研究为进一步探索TE的发生原因和影响容受性的调控机制提供了新的信息,但研究系典型病例的个案研究,数据推广受限,仍需进一步重复和验证。
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