子宫是生殖、怀孕和分娩所必需的收缩器官。一些研究已经将子宫肌功能障碍与胚胎植入失败联系起来，然而德旺配资，关于衰老对肌层细胞和组织结构变化的影响，还缺乏深入的了解和研究。与年龄相关的子宫肌功能障碍会在怀孕和分娩期间引发并发症，这是导致40岁以上女性孕产妇死亡率增加7.8倍的因素之一。
今天和大家分享一篇发表在《Nature Communications》上的题为“Effect of aging on the human myometrium at single-cell resolution”的文章。该研究利用单细胞/单细胞核RNA测序和空间转录组学，构建了衰老肌层的细胞图谱，鉴定了23个子宫内膜细胞亚群。肌层老化导致收缩性毛细血管细胞减少，平滑肌细胞离子通道表达水平降低，内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、血管周围细胞和免疫细胞的基因表达受损。还观察到肌层细胞间通讯的改变是衰老的标志，其中丧失了25种信号通路。这些见解可能有助于更好地了解老年人在怀孕和分娩期间面临的并发症。
研究结果展开剩余90%1. 衰老肌层单细胞图谱为了评估衰老对子宫肌层细胞水平的影响，我们检查了20例患者的子宫底和子宫前/后壁的子宫肌层组织，其中6例来自围绝经期妇女（≤54岁），14例来自绝经后妇女（>54岁）。通过scRNA-seq和snRNA-seq，构建了一个综合的单细胞细胞图谱，共确定了五种主要的细胞类型：内皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞（SMCs）、血管周围细胞（PV）和免疫细胞（分为髓细胞、淋巴细胞和肥大细胞）。其余的细胞簇代表上皮细胞、淋巴内皮细胞（LEC）和周围神经系统细胞（PNS）（图1A）。内皮细胞群体表达FLT1、CCL14、IFI27、PLEKHG1、LIFR（图1B），这些基因通过血管生成、血管形态发生和血管再生参与维持止血。成纤维细胞群体特异性表达LAMA2、DCN、C7、APOD、NEGR1（图1B），它们在胶原组织、免疫反应和细胞粘附中起作用。SMC群体过表达DDP6、FRMD6-AS2、KCNMA1、LINGO2和PDLIM3（图1B），这些基因与典型基因如ACTA2和DES 一起参与肌肉结构发育和收缩相关功能。PV细胞过表达RGS6、c11orf96、ADGRL3、RYR2和MT1A（图1B），它们与MYH11和ACTA2一起调节G蛋白偶联受体信号级联和钙通道活性。免疫群体过度表达经典标记，如CD3E、TRBC2、AIF1、CYBB、TPSB2或TPSAB1（图1B）。
接下来，我们使用sc/snRNA-seq系统地绘制了肌层组织结构中主要细胞群的空间分布（图1C）。我们观察到成纤维细胞和SMCs分布广泛，而内皮细胞和PV细胞仍然局限于血管相关区域。最后，考虑到细胞通讯在组织稳态中的关键作用，我们通过使用CellChat分析配体-受体对的表达来推断细胞间通讯，从而研究了潜在的年龄相关的破坏。有趣的是，细胞通讯分析显示，共有95条通路的信息流（即推断网络中通信概率的总和）发生了显著变化，绝经后子宫肌层中与收缩性、血管生成、组织修复、神经系统调节和抗炎过程相关的信号完全丢失（图1D）。
图1. 人肌层单细胞图谱
2. 内皮功能障碍与衰老有关我们通过分析四个主要亚群——动脉细胞、收缩毛细血管细胞、静脉毛细血管细胞和静脉细胞，评估了衰老对肌内膜内皮细胞的影响（图2A）。差异丰度分析（图2B）发现与肌层老化相关的显著变化德旺配资，揭示绝经后收缩毛细血管细胞丰度较低（图2C）。差异基因表达分析显示绝经后与围绝经期子宫肌痛的基因表达失调；具体来说，在绝经后子宫肌炎中，动脉细胞过表达CCN1，静脉、静脉毛细血管和收缩毛细血管细胞过表达NFATC2，而动脉、静脉和静脉毛细血管细胞过表达ANO2（图2D）。我们还观察到，与围绝经期肌分症相比，静脉和静脉毛细血管细胞中的TAGLN、静脉毛细血管细胞中的MYL9和MYH11以及收缩毛细血管中的ACTG2和FLNA均下调（图2D）。空间转录组学证实，与围绝经期子宫肌层相比，绝经后的收缩毛细血管细胞显著减少（图2E、F）。这些发现表明，衰老与肌内膜内皮细胞群的损伤同时发生，这是由细胞数量减少和收缩性相关基因表达支持的。
图2. 衰老性肌层内皮功能障碍
3. 衰老肌内膜成纤维细胞的转录组学变化我们根据转录组谱确定了8个不同的肌内膜成纤维细胞亚群（图3A）。发现经典成纤维细胞表达RARRES2、SELENOP、RPS10、MPG或APOD，而CCL2、GPRC5A、CYTOR或IL1R1的表达是免疫调节成纤维细胞的特征。中间成纤维细胞特异性表达NRP1，而肌成纤维细胞表达MYH11、DPP6和KNMA1。神经系统调节成纤维细胞表达与神经系统调节相关的基因（如NLGN1或NRP2），应激成纤维细胞表达参与应激反应和DNA损伤的基因。此外，我们根据COL15A1和PI16的表达标记了另外两个“通用”成纤维细胞亚群（图3B）。
虽然我们没有观察到在子宫肌瘤衰老过程中纤维母细胞间室中任何与年龄相关的细胞丰度变化，但差异表达分析显示，绝经后子宫肌瘤中通用PI16+和COL15A1+、经典NRP1+和中间NRP1+成纤维细胞中衰老相关和免疫系统调节基因表达增加(图3C）；在肌层老化过程中，成纤维细胞（不包括神经系统调节性成纤维细胞）表现出参与胶原稳态的基因表达减少（图3C）。空间转录组学也证实了胶原和衰老标志物在衰老过程中的表达增加（图3D、E）。总的来说，我们的转录组学分析表明，肌成纤维细胞、通用（COL15A1, PI16）、经典、免疫调节、应激和NRP1+中间成纤维细胞在肌内膜衰老过程中发生了显著变化。
图3. 子宫肌瘤成纤维细胞群的年龄相关变化
4. 收缩性和离子传导性较差的平滑肌细胞我们在肌层中确定了四种SMC亚型——典型型、收缩型、刺激反应型和应激型（图4A）。对比分析显示，在肌层衰老过程中，所有SMCs中收缩性和典型SMCs的丰度显著增加（图4B、C）。并且，我们发现绝经后肌层中K+电压通道基因表达（VDAC1, VDAC2, KCTD12, KCNIP4, KCNE4）显著下调（图4D）。空间转录组学分析显示，围绝经期SMCs的比例增加，这只在离肌层最远的组织远端部分检测到（补充图4B、C）。相反，它证实了收缩性标记基因如SMTN（补充图4D、E）和电压通道基因如KCNE4（图4E）的表达减少，也在蛋白质水平证实了这一点（图4F）。我们的研究结果表明，在肌层老化的过程中，伴随着SMC丰度的提高、收缩力的降低和离子传导活动。
图4. 随着肌层老化德旺配资，SMCs的丰度增加但功能降低
5. 与肌层衰老相关的肌层血管周围和免疫细胞群损伤对肌层PV细胞的分析显示了4个周细胞和3个血管平滑肌细胞群（VSMC）（图5A）。对PV细胞中十大差异表达基因的分析显示，肌层老化与炎症、免疫反应和DNA损伤相关基因的表达上调有关，但与Ca2+/K+相关信号和血管健康相关基因（MGP、TAGLN、ACTA2、ACTB、ACTG1、APOE或KCND2）相关的收缩性基因表达下调（图5B）。空间转录组学分析显示，在肌层老化过程中，内皮细胞和PV细胞的共定位减少（图5C），表明PV细胞支持的内皮室存在与年龄相关的障碍。我们的研究结果表明，肌层老化会导致支持内皮腔室的PV细胞减少，这可能会对最佳内皮功能产生不利影响。
然后，我们分析了衰老肌层中十个不同的免疫细胞亚群（图5D）。骨髓细胞包括四个亚簇（中性粒细胞、单核细胞、树突状细胞和巨噬细胞），而淋巴细胞包括五个亚簇（B细胞、T细胞、CD4 + T细胞、CD8 + T细胞和NK细胞）(图5E)。虽然我们没有发现免疫细胞丰度的变化，但差异基因表达分析显示了显著的差异主要是在单核细胞中（补充数据12），它们过度表达与炎症过程有关的基因，并通过单核细胞激活、粘附和迁移促进免疫反应。这些基因在与白细胞介素信号传导、T细胞反应调节和巨噬细胞激活相关的途径中富集（图5F）。我们的研究结果表明，子宫内膜衰老通过T细胞活性和单核细胞细胞因子信号激活巨噬细胞来影响维持先天免疫反应的基因表达。
图5. 与肌层衰老相关的肌层血管周围和免疫细胞群损伤
6. 衰老肌层细胞间通讯改变接下来，我们研究了衰老对衰老肌层内细胞通讯的影响。与围绝经期相比，绝经后子宫肌层具有更少的复杂的信号网络和配体-受体对相互作用的变化（图6），这表明细胞通讯减少伴随着子宫肌层的老化。在老化的肌层中，PDGF信号明显减少了来自PVs和SMCs的输出信号（图6A），同时我们也观察到特定配体受体对，如PDGFC-PDGFR（与纤维化和炎症相关）的相对贡献发生了变化（图6B）。我们发现从成纤维细胞和SMCs发出的IGF通路信号与年龄相关的增加（图6C），其特征是IGF-2相关相互作用的丧失和IGF1-IGF1R相互作用的轻微减少（图6D）。ANGPTL通路的改变影响PV细胞、内皮细胞和SMC亚型，它们的下降表明在衰老过程中血管生成减少（图6E），而从动脉和静脉内皮到动脉内皮的EDN信号的转变也伴有肌层老化（图6F）。
我们还发现免疫系统相关的CXCL信号明显改变；在肌层老化过程中，各种细胞类型之间的广泛交流转变为成纤维细胞与免疫细胞和髓细胞与内皮亚型之间的更强交流（图6G）。还观察到，从围绝经期子宫肌痛中的CXCL2-ACKR1配体受体对活性到绝经后子宫肌痛中的CXCL12-CXCR4活性的转变（图6H）。最后，对与NRXN信号通路相关的冲动神经传递的分析表明，在肌层老化过程中，PNS向PV、SMC和成纤维细胞亚群的相互作用减少，但更强（图6I）。此外，我们发现NRXN3-NLGN1和NRXN1-NLGN1配体对之间的变化，分别随着年龄的增长而减少和增加（图6J）。总体而言，细胞通讯分析揭示了伴随肌层老化的信号复杂性的普遍下降，这可能会促进有害的过程，如纤维化、炎症、血管生成受损和对刺激的反应性降低。
图6. 子宫肌层细胞间通讯的年龄相关变化
7. 肌层老化伴随着信号通路的丧失细胞通讯分析显示，肌层老化与25个信号通路（共229个）相互作用的丧失有关，这些信号通路包括血管生成（HGF）、体内平衡和组织修复（CALCR、CLDN、PERIOSTIN和BMP）、收缩性（ncWNT）、免疫过程（CD70、IL10、FASLG、SEMA7、CD48、CD22、CSF3和CHEMERIN）和神经系统调节（L1CAM和NGF）。调节成纤维细胞通过HGF信号驱动内皮细胞相互作用的丧失表明，在衰老过程中血管生成受损（图7A）。关于组织修复/稳态（图7B），我们观察到绝经后CALCR和PERIOSTIN信号的缺失——CALCR信号在绝经前后肌层的髓细胞和应激成纤维细胞之间起作用，而PERIOSTIN信号通过刺激和收缩的SMCs发出的信号发生。还发现了CLDN信号的缺失，这主要是由围绝经期子宫肌层中的PI16+成纤维细胞驱动的。在衰老过程中，SMC收缩所需的ncWNT信号丢失（图7C）。该通路主要涉及绝经期肌层收缩的SMCs和动脉内皮发出的信号。对于免疫系统相关通路（图7D），发现骨髓细胞和B淋巴细胞之间的抗炎IL10信号丢失。同样，负调控B细胞，涉及肥大细胞、单核细胞和B细胞到其他免疫细胞信号的CD22通路，在肌层老化过程中丢失。还观察到CD48信号的缺失，该信号在围绝经期子宫肌层的NK淋巴细胞中表现出强烈的自分泌信号。在肌层老化过程中，神经刺激和传递相关通路的缺失，特别是NGF和L1CAM通路（图7E）。NGF通路起源于PV细胞、成纤维细胞、应激成纤维细胞和对刺激有反应的SMCs，但扩展到PNS和神经系统调节性成纤维细胞（图7E）。同时，L1CAM通路主要将PNS信号传递给免疫细胞。这些发现强调了衰老的肌层中特定的细胞通讯网络的完全丧失，影响了血管生成、组织修复、收缩性、免疫过程和神经系统调节的途径。
图6. 子宫肌层细胞间通讯的年龄相关变化
总结总的来说，我们的研究结果在单细胞水平上对人类衰老的子宫肌层进行了描述性研究，揭示了收缩性减弱、血管生成受损、纤维化和炎症增加是子宫肌组织衰老的主要驱动因素。这些特征可以解释老年妇女的蠕动功能受损和异常收缩，这支持了子宫肌层在难产、子宫张力、早产或产后出血中的作用，并为进一步的工作提供实验验证和其他可比组奠定了基础。
参考文献：
Punzon-Jimenez德旺配资, P., Machado-Lopez, A., Perez-Moraga, R. et al. Effect of aging on the human myometrium at single-cell resolution. Nat Commun. 2024 Jan 31;15(1):945. doi: 10.1038/s41467-024-45143-z.
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