利用人源肌层和子宫肌瘤干细胞衍生的三维类器官作为理解子宫肌瘤病理生理学的稳健模型系统

子宫肌瘤(UFs)是女性生殖年龄段最常见的良性妇科肿瘤。这些良性肿瘤在生殖年龄妇女和接近绝经期的女性中尤为普遍。尽管子宫肌瘤对身体的生理影响不容忽视，从疼痛到月经不规律等症状，但其更广泛的影响延伸至社会经济领域。在美国，子宫肌瘤的经济负担高达每年340亿美元，问题的规模显而易见。更令人担忧的是，流行病学数据揭示了一个令人不安的差异：黑人女性面临着发展子宫肌瘤的风险明显更高。

从临床角度看，子宫肌瘤的表现多种多样。患有子宫肌瘤的女性常报告一系列严重影响日常生活的症状。重度月经出血是主要症状，通常伴随着削弱体力的盆腔疼痛、疲劳和尿频。如果这还不够严重，子宫肌瘤还为许多并发症铺平了道路，包括贫血、痛经、背痛、腿痛，甚至反复流产或不孕。

当前的医疗干预虽然在意图上值得称赞，但只能提供暂时的缓解。手术和放射性程序这些主要的治疗策略，与其自身的一系列并发症相关，包括可能损害女性受孕能力的潜力。激素疗法是另一种流行的资源，但不适合渴望生育的女性。因此，目前缺乏长期非侵入性的子宫肌瘤治疗选项。了解肿瘤发展的潜在机制对于开发新疗法至关重要，理想情况下，这些疗法应该侧重于预防而非治疗。

子宫肌瘤的发展与细胞和分子水平的细胞外基质(ECM)密切相关。这个复杂的网络在子宫肌瘤的发病机制中起着核心作用。这种精细的格子为细胞提供结构完整性，并经历动态变化，这些变化被许多人认为是揭开子宫肌瘤奥秘的关键。然而，这种关系的深度仍然难以捉摸，促使我们的研究涉足这片未知领域。本研究旨在利用来自子宫肌瘤干细胞(MMSCs)的三维类器官培养系统，模拟体内环境，深入了解子宫肌瘤的复杂病因。相关研究结果以题为Utilising Human Myometrial and Uterine Fibroid Stem Cell-Derived Three Dimentional Organoids as a Robust Model System for Understanding the Pathophysiology of Uterine Fibroids发布在Cell proliferation期刊。

图示描述

1) 研究团队从人源肌层干细胞开发了三维类器官模型，通过使用定义的培养系统，成功培育了能够模拟体内子宫肌瘤行为的类器官。这些类器官最早在播种后第一天开始自我聚集，在7天的培养过程中呈现出指数级的大小和细胞数量增长。与子宫肌瘤组织相比，这些三维类器官非常接近地镜像了体内纤维瘤的形态，主要由特征性的平滑肌细胞和细胞外基质组成。类器官中观察到的染色沉积(三色染色、胶原3A1、围整素等)类似于人类子宫肌瘤组织中典型的胶原积累。这些观察结果表明，在三维基质中排列细胞有助于维持细胞活力，响应激素，并增强β-连环蛋白信号，这些都是促进子宫肌瘤增殖的因素。

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2) 研究证明了三维干细胞衍生类器官可以长期维持培养至少3周。比较培养7天和21天的类器官免疫组化结果发现，类器官仍然表达子宫肌瘤的基本标记物，如增殖标记PCNA和细胞外基质标记物COL1A1和纤维连接蛋白(FN)，这些表达在两个时间点保持一致。通过免疫荧光和流式细胞术分析，研究表明这些类器官呈现多样化的细胞群体，包括表达基质(间质)细胞标记物(波形蛋白)、平滑肌细胞标记物(α平滑肌肌动蛋白)和干细胞标记物(Stro-1)的细胞。流式细胞术进一步确认，解离的类器官中37.9%的细胞表达双重表面标记物(CD44/Stro1)，7.7%表达基质细胞标记物，50.7%表达平滑肌细胞标记物。

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3) RNA测序分析揭示了在正常肌层向风险肌层再到子宫肌瘤的转变过程中，细胞外基质累积的失调。基因表达相关性评估有助于验证数据质量和样本选择的适当性。在MyoF-MyoN、UF-MyoF和UF-MyoN比较中，高达30个ECM基因和蛋白质ECM基因被发现在组间存在显著差异。GO富集点分析和Reactome通路分析均突出了ECM的统计学意义。随后的实时PCR验证了RNA测序发现，显示UF类器官中若干ECM标记物(包括COL1A1、COL3A1和FN1)的表达显著增加，分别比正常肌层增加了10倍、3倍和2倍。此外，UF类器官显示TGFβ-3相对于MyoN有显著3倍增加，但在增殖标记Cyclin D1或β-连环蛋白表达方面未发现显著差异。

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4) 免疫组化进一步证实了在蛋白质水平上ECM相关标记物的增加。UF类器官中围整素水平比MyoN类器官高18%。类似地，与MyoN相比，UF类器官的COL1A1、COL3A1和纤维连接蛋白表达分别增加了11%、21%和15%。这些发现表明ECM蛋白在子宫肌瘤类器官中显著上调。测量类器官的机械特性发现，UF类器官的杨氏模量(反映组织硬度)显著高于MyoF和MyoN类器官，UF的刚度比正常肌层增加了两倍。这些发现强调了机械转导作为子宫肌瘤形成过程中的潜在贡献因素的重要性。

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5) 研究团队还探索了类器官对激素刺激的反应，发现UF和MyoF类器官对雌激素(E2)和孕酮(P4)都有响应。子宫肌瘤类器官在雌二醇和雌二醇-孕酮联合处理组中的雌激素受体表达显著增加。孕酮处理组和联合治疗组中的增殖标记PCNA和抗凋亡标记BCL-2表达也显著增加。研究还解释了健康差异，分析表明来自黑人患者的MyoF类器官比白人患者的表现出更高比例的围整素(18%)、COL1A1(7%)和三色染色(17%)，表明ECM累积增强，理论上导致组织变硬。使用单一压痕协议评估杨氏模量证实了这一假设。

6) 此外，研究使用类器官筛选药物治疗效果，发现维生素D3和VDR激动剂强效骨化醇(Doxercalciferol)能显著降低细胞活力、增加凋亡，并降低三色染色、BCL-2、IRF-3、NF-κβ和CXCR4表达，表明这些药物通过炎症通路发挥抗纤维化作用。另外，结合EGCG和维生素D3显著降低了"高风险"MyoF类器官的杨氏模量和DNMT活性，突显了这种组合在调节机械转导方面的潜在作用。最后，研究表明环境邻苯二甲酸酯(特别是MBP)对正常肌层类器官的活力有显著影响，表明这些化合物可能在子宫肌瘤发展中发挥作用。

全文总结

本研究开发的三维类器官模型为子宫肌瘤研究提供了一个突破性的视角，能够忠实地重现子宫肌瘤中观察到的ECM动态。作为一个强大的临床前工具，该系统有望揭示子宫肌瘤的分子基础，潜在地引导我们走向创新的治疗途径。通过揭示ECM及其在子宫肌瘤发病机制中的关键作用的奥秘，研究团队希望能够开创治疗创新和预防策略的新时代，减轻子宫肌瘤对无数女性生活的影响。

研究结果深化了对子宫肌瘤复杂病因的理解，特别是ECM在疾病发展中的作用。该研究明确表明ECM蛋白的过度表达是肌瘤发展的一个关键因素，这种过度表达甚至在肿瘤出现前就可能在风险肌层中发生。这一发现对子宫肌瘤的预防和治疗策略具有重要启示，提示针对ECM调控可能是有效的治疗靶点。此外，研究揭示了种族差异在子宫肌瘤发生中的分子基础，为黑人女性子宫肌瘤发病率更高提供了可能的解释机制。这些发现有助于开发针对特定人群的预防和治疗策略，促进医疗公平。