发情周期及衰老如何影响雌性小鼠生殖道各器官的纤维化进程

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撰文 | Qi

雌性哺乳动物生殖道（female reproductive tract,FRT）在发情周期中会经历广泛重塑以为排卵和怀孕做准备。FRT的一个显着特点是它能够快速解决周期性炎症事件并重建正常的生殖功能，但FRT中的不同器官对年龄相关病理的易感性差异很大，随着年龄增长，卵泡的减少直至耗尽会导致雌激素产生减少和卵巢周期终止，这伴随着所有FRT器官广泛的生理变化【1, 2】，但截至目前，生殖周期等因素对FRT不同器官的影响仍未完全表征。

近日，德国癌症研究中心（DKFZ）的Angela Goncalves团队等在Cell杂志上发表了文章The cycling and aging mouse female reproductive tract at single-cell resolution，他们利用单细胞和空间转录组学，系统地表征了小鼠发情周期和衰老等不同阶段FRT内不同器官发生的形态及基因表达变化，证明成纤维细胞通过其细胞间通讯网络在发情周期期间自然发生的周期性炎症和重塑中发挥关键作用，并提供直接证据表明反复出现的周期性变化导致了FRT中与年龄相关的纤维化和炎症的积累。

该团队首先对取自发情周期（发情前期[P]，发情期[E]，发情后期[M]及间情期[D]）、妊娠期和衰老等不同阶段小鼠的卵巢、输卵管、子宫、宫颈和阴道这五个器官的378516个细胞和切片进行scRNA-seq和空间转录组学分析以评估这些器官的细胞组成在不同时期的变化情况。需要注意的是，在非生殖组织中，成纤维细胞调控炎症和伤口愈合，为确认它是否在FRT器官中也发挥相同作用，作者对比了不同时期不同器官中成纤维细胞差异表达基因所富集的功能途径，细胞外基质（ECM）重塑和肿瘤坏死因子对炎症的调节是核心程序，但在FRT器官之间，这两条途径的活性并不同步甚至反相关。已知成纤维细胞通过配体-受体相互作用与其他细胞类型进行通讯以协调器官功能和稳态，为了解释上述差异，作者分析了所有阶段所有细胞类型的配体以及成纤维细胞上受体表达数据以计算“通讯得分”，发现子宫和和输卵管中的成纤维细胞在ECM相关信号传导方面显示最高得分。

为更好地了解FRT不同器官中与年龄相关的动态变化，作者收集并分析了所有5个FRT器官的纵向样本。组织学检测结果表明18月龄小鼠大多表现出器官内的免疫浸润、卵巢萎缩以及卵巢/子宫的局部增生，器官间的细胞类型组成存在很大差异，比如子宫中M1/M2巨噬细胞增加，子宫颈和阴道M1巨噬细胞减少，输卵管NK、B和树突状细胞增加等，进一步比较基因表达程序发现每种细胞类型与年龄相关的基因表达变化也都是器官特异性的。成纤维细胞可以保留炎症记忆，从而塑造与年龄相关的器官生理和功能变化，为了测试老年成纤维细胞炎症反应的程度和影响，作者利用线性混合模型对炎症与年龄的关联进行建模，结果显示衰老导致除卵巢外所有器官中成纤维细胞炎症显着增加，但FRT器官间的增长率不同，在子宫和子宫颈中显示出最明显的增加。他们猜测在整个生殖寿命中，成纤维细胞反复出现的与周期相关的炎症可能会逐步积累为与年龄相关的慢性炎症，通过对空间转录组数据的分析发现虽然随着衰老成纤维细胞比例减少，但捕获的炎症信号却增加。

发情周期中成纤维细胞ECM重塑的强度与年龄相关纤维化的严重程度相对应，由于上述结果显示FRT不同器官ECM重塑程度不同，因而纤维化发展的倾向也不同。基于这些发现，作者使用化学方案（4-乙烯基环己烯二环氧化合物诱导卵泡丧失）提前终止5月龄年轻小鼠的生殖周期，并于6个月后处死，收集子宫和输卵管以评估纤维化发展，相较于对照组，处理组的两种器官均显示出一致的纤维化显著减少，提示衰老和生殖周期相对独立地促进纤维化进展。

生殖周期数量的多少如何影响癌症风险一直是一个备受争议的问题，多项研究显示周期数越少，癌症风险就越低，在人类中，发生子宫内膜癌的风险似乎也可以通过减少月经周期数来抑制，但迄今为止，这些观察结果背后的分子机制仍然未知，而这项工作在此提供证据揭示小鼠生殖道各个器官如何在每个周期中经历反复的免疫细胞浸润和ECM重塑，并证明周期性变化引起的纤维化会随衰老逐步累积，若提前终止发情周期则能缓解纤维化进程。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.01.021

制版人：十一

参考文献

1. Wilkosz, P., Greggains, G.D., Tanbo, T.G., and Fedorcsak, P. (2014). Female Reproductive Decline Is Determined by Remaining Ovarian Reserve and Age.PLoS One9, e108343.

2. Shirasuna, K., and Iwata, H. (2017). Effect of aging on the female reproductive function.Contracept.Reprod. Med. 2, 23.