北京协和医院朱兰教授团队与中国科学院杨运桂研究员团队合作，构建了正常和脱垂阴道壁细胞图谱和单细胞转录组图谱，揭示了脱垂阴道壁基因表达的细胞异质性，发现了调控脱垂的关键基因和转录因子，明确了细胞外基质调控异常和免疫紊乱在脱垂中起重要作用。近日，该研究发表于Nature子刊《自然通讯》（Nature Communication）上。
盆腔器官脱垂(POP)是由于分娩、绝经等原因引起的盆底支持组织薄弱，造成盆腔器官位置及功能异常的疾病。成年女性POP的患病率为9.6%，已成为严重影响女性生活质量的全球性健康问题，但是其发病机制和病理生理过程目前仍不明确。阴道前壁脱垂作为POP中最常见的一类，成为最迫切的研究对象。系统、深入地研究脱垂发生时阴道壁的分子改变，对探究POP的分子机制和治疗策略有重要意义。
为了阐明参与POP病理改变的细胞组分，研究者收集了16例重度阴道前壁脱垂患者（脱垂组）和5例行子宫切除术患者（正常组）的阴道前壁，通过单细胞测序技术对81026个细胞进行分析，共得到11种细胞类型，包括6种非免疫细胞和5种免疫细胞。
研究者进一步利用生信分析并结合实验验证，对主要细胞类型及其比例进行研究。结果表明，脱垂组上皮细胞比例增加，平滑肌细胞比例减少，成纤维细胞和巨噬细胞比例变化不显著。这提示在脱垂病理过程中，成纤维细胞和巨噬细胞的基因异常表达较比例变化更为重要。
阴道壁的细胞图谱。
为全面揭示脱垂阴道壁的基因表达异常现象，研究者对比了常规转录组测序和单细胞转录组测序的结果。结果表明单细胞转录组测序能够更全面深入地反应基因表达的细胞异质性，上调或下调基因在每个细胞类型的表达水平并不一致，每个细胞类型有几百到上千个差异基因。
通过功能分析，发现上述11种细胞中均含有细胞外基质重构和免疫反应功能相关的基因。在脱垂组中，作为结缔组织主要组成的成纤维细胞和平滑肌细胞，其上调基因主要富集在细胞分泌和T细胞激活两个功能上。该发现表明，在脱垂的病理改变中，阴道壁的多数细胞参与了细胞外基质的异常调节和免疫反应的紊乱。一般的组织损伤中，免疫细胞往往与非免疫细胞和细胞外基质有着复杂的相互作用，而免疫细胞在脱垂过程发挥的作用此前未曾揭示。
进一步分析发现，透明质酸和2种胶原内吞相关受体LYVE1、MRC2在脱垂阴道壁的主要细胞类型中均上调，尤其是在成纤维细胞和巨噬细胞中。有报道称这些基因正是通过传递细胞外基质中的信号从而调控炎症反应的发生，且在很多疾病中成纤维细胞和巨噬细胞主要负责参与完成这一过程。因此，研究推测成纤维细胞和巨噬细胞在细胞外基质失调和免疫紊乱中起到重要作用。
常规转录组测序和单细胞转录组测序分析脱垂阴道壁的基因表达。
研究者分别绘制了正常组和脱垂组的细胞类型特异的转录因子，揭示在脱垂组中存在异常激活的转录因子，并对其靶基因的表达和功能进行分析。研究鉴定出参与POP发生的多种转录因子，如HOXD11、CREB3L1、IRF4。其中免疫相关的转录因子在成纤维细胞和平滑肌细胞中广泛上调，可能意味着脱垂时成纤维细胞和平滑肌细胞对免疫反应的协同作用。
研究证实了脱垂组中细胞间相互作用存在异常。在脱垂阴道壁中，成纤维细胞、平滑肌细胞和巨噬细胞三者间的联系明显增强。巨噬细胞与其他细胞间联系的增强主要富集在细胞外基质重构和创伤愈合调控，表明在脱垂阴道壁中巨噬细胞参与细胞外基质和免疫的调控。
脱垂时细胞间相互作用关系。
本研究采用单细胞转录组图谱技术，绘制了女性重度阴道前壁脱垂细胞图谱，为深入探讨POP病理过程和分子机制提供了新的思路，更为疾病的预防和治疗提供了理论依据。
北京协和医院疑难重症及罕见病国家重点实验室平台李雅倩博士和妇产科学系朱兰教授分别为论文共同第一作者和共同通讯作者，中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）杨运桂研究员为论文的共同通讯作者。
本文通讯作者：朱兰
中国医学科学院北京协和医院妇产科主任，教授，博士研究生导师。中华医学会妇产科分会候任主任委员，中国医师协会妇产科分会常委兼总干事。第一作者在国内、外核心专业刊物上发表论文数百余篇，以通讯作者及第一作者发表SCI文章160余篇。主编及主译《女性盆底学》等多部著作。获专利12项。获2019年国家科技进步二等奖。致力于研究盆底功能障碍性疾病、生殖道畸形等妇科罕见病。
