近日，昆明理工大学李天晴教授和云南省第一人民医院马艳萍主任在Advanced science（IF=15.1）上发表题为“Generation of Human Endometrial Assembloids with a Luminal Epithelium using Air–Liquid Interface Culture Methods”的文章。该研究构建了新型子宫内膜类器官模型（ALI- EnAo），该模型具有完整的子宫内膜上皮和腺上皮结构，再现了人类子宫内膜解剖结构、细胞组成、激素诱导月经周期变化、基因表达谱和动态纤毛生成，将有助于胚胎植入、子宫内膜生长、分化和疾病的研究。安诺优达为本研究提供了10x单细胞和转录组建库测序服务。
01 研究背景
子宫是人类行使生殖功能的重要器官，而子宫内膜的功能障碍影响了全球众多育龄女性。然而，目前缺乏可靠和具有代表性的子宫内膜体外模型，这成为了深入研究内膜功能的最大障碍。子宫内膜上皮细胞（EnEC）和子宫内膜基质细胞（EnSC）在着床期和子宫内膜疾病调控中发挥了重要作用。在以往构建的人和小鼠的子宫内膜腺上皮类器官中，这两种重要细胞的互作关系并未明确，并且缺乏与体内结构类似的模型，从而限制了疾病机制和功能的研究。
02 研究内容
① 利用气液界面培养方法体外构建新型子宫内膜类器官（ALI-EnAo）
研究人员首先优化EnEC和EnSC的比例，构建EnAos，其表型与活体内一致。通过10x Genomics平台进行单细胞测序，结果表明EnSC对于维持激素反应性纤毛的动态生成至关重要，并且重组EnSC可以改善EnEC的表型和基因表达模式。通过比对不同的外基质条件，确定改进的细胞外基质（MAC）能够促进生理性EnAos的形成。在此基础上，进一步采用气液界面（ALI）改善培养条件，能够形成包含腔上皮、腺上皮及基质细胞的内膜类器官，并准确再现了体内子宫内膜的细胞组成、解剖结构和月经周期性变化等特征。
图2 ALI-EnAo模拟子宫内膜组织的表型
② 内膜类器官在分子水平及组织水平与体内组织相类似
研究人员通过单细胞测序对体内组织及体外类器官进行了细胞和分子图谱的对比分析。结果显示，ALI-EnAo不仅在细胞亚群构成和基因表达方面与体内子宫内膜相似，而且还重现了内膜细胞对应的转录组图谱，阐明了不同细胞亚群行使的生理功能。研究人员从转录组水平表征了类器官中腔上皮和腺上皮的存在，揭示了和体内腔/腺分布及基因表达模式的相似性，通过对标志物的免疫荧光染色验证了腔上皮的存在。结果证明ALI-EnAo形成了典型的腔上皮和腺上皮，类似于活体内子宫内膜上皮。
图3 ALI-EnAo具有与体内子宫内膜相似的转录组特征和基因表达模式
③ ALI培养模式促进EnAos中与生理相关的基因表达
研究人员通过比较ALI培养和普通液面下培养的类器官（SC-EnAo）转录组特征，发现ALI培养可以上调上皮细胞的极性、促进纤毛形成、蜕膜化和分泌功能，以及调节WNT信号和与WOI相关的基因，从而改善内膜类器官的细胞组成、解剖结构和基因表达模式。
图4 ALI培养模式促进EnAos中与生理相关的基因表达
总之，体外建立具有完整腔上皮和腺上皮结构的子宫内膜类器官模型可以用于研究不孕症、反复种植失败等疾病，并且有助于促进辅助生殖技术的个性化和精确治疗。此外，该模型还为深入研究复杂的人类母胎互作奠定了基础。