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吉美瑞生研发团队揭示子宫颈成体干细胞再生修复上皮组织的机制

发布时间:21/11/04

妇科疾病与子宫颈上皮细胞的异常息息相关,但是关于子宫颈上皮组织的动态变化和受损后的再生机制尚不明确。过去研究表明,在组织形态学上,子宫颈上皮组织终身都在经历动态变化。其中最显著的变化是由于激素调控、炎症或者病毒感染所引起的在鳞状上皮和柱状上皮两种上皮细胞的交界处发生的鳞状上皮化生(squamous metaplasia),即子宫颈内侧的柱状上皮会被外侧的鳞状上皮取代。过度激活的鳞状上皮化生往往被认为是异型增生和癌变的前兆。而在鳞状上皮化生这一过程中,一类子宫颈干细胞亚群可能起到关键性的作用。但对于子宫颈干细胞亚群和研究和其再生修复上皮组织的机制目前并不清楚。

2021年11月,吉美瑞生研发团队联合同济大学、上海市第一妇婴保健院共同攻关,在Cell Regeneration上发表了题为“Single-cell analysis defines the lineage plasticity of stem cells in cervix epithelium”的论文,报道了子宫颈成体干细胞亚群的发现及其再生修复上皮组织的机制,为宫颈癌的发病机理提供了可能的靶向细胞,进行了基础研究上的探索。

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发表于Cell Regeneration上的文章

首先,研究团队利用吉美瑞生独有的成体上皮干细胞体外培养专利技术R-Clone,成功地从人和小鼠的子宫颈组织中分离并长期培养了P63+/KRT5+的子宫颈成体干细胞cervical stem/progenitorcells (CVSCs)。转录组分析测序证实分离到的P63+/KRT5+子宫颈细胞能够高表达多种干细胞特征基因,而不表达成熟的鳞状上皮和柱状上皮特征基因。这群细胞具有自我更新能力,最长可在体外培养6个月、传代25次以上的条件下保持其基因组的稳定性。

为了研究子宫颈组织中各种细胞类型组成和作用,研究团队采集了小鼠子宫颈组织进行单细胞测序分析,最终利用单细胞测序技术从子宫颈中鉴定到了7种细胞类群,包括4种成熟的上皮细胞群体和3种子宫颈干细胞亚群(Proliferating CVSC、Unipotent CVSC和Bipotent CVSC)。通过拟时序分析研究细胞分化轨迹,研究团队发现这群子宫颈干细胞亚群具有向成熟子宫颈上皮细胞分化的潜能,且可分为“Columnar branch”和“Squamous branch”两个分支。从而提示P63+/KRT5+细胞是子宫颈中存在的具有自我更新和分化潜能的前体细胞。并且在子宫颈干细胞亚群中,P63+/KRT5+/KRT 17low这一亚群可以向“Squamous branch”这一分支进行分化,而P63+/KRT5+ /KRT17high这一亚群可以同时向“Columnar branch”和“Squamous branch”两个分支进行分化。因此,研究团队通过单细胞测序技术的拟时序分析推测了可能的子宫颈干细胞再生分化成鳞状上皮细胞和柱状上皮细胞的路径和细胞轨迹以及鳞状上皮化生的细胞机制。

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▲子宫颈单细胞图谱及拟时序分析

随后,研究团队利用单细胞克隆的培养方法,将两种子宫颈干细胞的代表亚群进行体外诱导分化8天。并且通过转录组测序的方法将真实时间的这一细胞分化过程与拟时序分析得到的细胞分化过程进行对比。结果发现,研究团队体外培养诱导分化的子宫颈干细胞亚群还原了拟时序分析得到的细胞分化轨迹,并且进一步探究了这一分化过程的方向受到Wnt, TGF-beta, Notch 和 EGFR等多种信号通路的调控。通过真实时间的细胞分化过程来验证拟时序分析得到的细胞分化过程,研究团队进一步明确了子宫颈干细胞再生分化成鳞状上皮细胞和柱状上皮细胞的路径和细胞轨迹以及信号通路对其分化方向的调控作用。

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▲单细胞克隆的体外培养

综上,该研究系统地探究了子宫颈中成体干细胞的存在及其向鳞状柱状上皮方向分化的过程。探索了子宫颈干细胞在鳞状上皮化生这一过程中发挥的作用机制,为宫颈癌发病机理的靶向细胞鉴定奠定了基础。