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盆腔器官脱垂(Pelvic organ prolapse, POP)是由于分娩、绝经等原因引起的盆底支持组织薄弱，造成子宫、膀胱、肠管的下降移位从而引发器官的位移及功能异常的疾病，进一步引起下生殖道、 尿道等的症状。POP是全球性的健康问题，严重影响女性的生活质量。依据科学统计，成年女性症状性盆腔脏器脱垂的患病率为9.6%，而绝经后女性的发病率高达30-40%，老龄化时代的到来，更加重了女性的患病概率，越来越多的女性需要针对该疾病进行治疗。目前，手术治疗依旧是POP的主要治疗方式之一，女性一生中经历盆底重建手术的可能性为11-20%。虽然POP具有高发病率和高手术率的特点，但是目前POP的发病机制和病理生理过程仍不明确。作为盆腔脏器脱垂中最常见的一类，阴道前壁脱垂无疑是最为迫切的研究对象。目前科学研究认为，脱垂可能的发病机制主要为盆底支持组织功能障碍，盆底松弛，尤其是阴道壁的薄弱，进而POP发生。因此，深入和系统性研究脱垂发生时阴道壁的分子改变对探究POP的分子机制和治疗策略有重要意义。

近日，北京协和医院朱兰教授和国家生物信息中心杨运桂研究员在Nature Communications联合发表研究成果，题为：Single-cell transcriptome profiling of the vaginal wall in women with severe anterior vaginal prolapse。研究绘制女性重度阴道前壁脱垂细胞图谱揭示其特征及发病机制。

为了阐明参与盆腔器官脱垂病理改变的细胞组分并解释细胞类型特异的分子机制，作者收集16例重度阴道前壁脱垂患者和5例行子宫切除术患者的阴道前壁，通过单细胞测序技术对81,026个细胞进行分析。根据细胞特异的标志物，分析得到共11种细胞类型，包括6种非免疫细胞和5种免疫细胞。作者通过生信分析并结合免疫组化和流式细胞术对主要细胞类型的存在和比例进行分析和验证，结果表明，脱垂时上皮细胞比例增加，平滑肌细胞比例减少，成纤维细胞和巨噬细胞比例变化不显著，提示脱垂时阴道壁存在上皮角质化严重和肌层萎缩，且在脱垂病理过程中成纤维细胞和巨噬细胞的基因异常表达较比例变化更为重要。因此，探究脱垂中细胞类型特异的分子机制显得更为需要。

为了全面解析脱垂阴道壁的基因表达异常现象，作者对比了常规转录组测序（bulk RNA-seq）和单细胞转录组测序（scRNA-seq）的结果。常规转录组测序的结果表明脱垂时角质化(cornification)等功能被激活，而下调基因主要富集在细胞趋化(cell chemotaxis)等功能上。与之相反的是，单细胞转录组测序揭示的上调或下调基因在每个细胞类型的表达水平并不一致，提示基因表达的细胞异质性。单细胞层面展开的细胞类型特异的差异基因分析表明每个细胞类型有几百到上千个差异基因。功能富集分析提示非免疫细胞和免疫细胞中的均有ECM organization和immune reaction相关的上调基因。而且在脱垂组，作为结缔组织主要组成的成纤维细胞和平滑肌细胞的上调基因的功能主要富集在cytokine secretion和T cell activation。在其他组织损伤的疾病类型中，一旦组织损伤，免疫细胞往往与非免疫细胞和ECM有着复杂的相互作用从而影响疾病的进程。但是在脱垂的过程尚未揭示免疫反应在其中的作用。因此，该研究表明在脱垂的病理改变中阴道壁的多数细胞参与了ECM异常调节和免疫反应的紊乱。通过进一步分析，作者指出ECM分子相关基因FN1, LUM 和DCN以及透明质酸和胶原内吞相关受体LYVE1和MRC2在脱垂阴道壁的主要细胞类型中均上调，尤其是在成纤维细胞和巨噬细胞中。而有报道称这些基因正是通过传递ECM中的信号从而调控炎症反应的发生且在很多疾病中成纤维细胞和巨噬细胞主要负责参与完成这一过程。因此，该研究推测成纤维细胞和巨噬细胞在ECM失调和免疫紊乱中起到重要作用。

随后，作者分析正常组合脱垂组中转录因子的差异，首先绘制了正常阴道壁的细胞类型特异的转录因子，其次揭示在脱垂组中异常激活的转录因子并分析其靶基因的表达和功能。研究鉴定出了尚未报道过的参与POP发生的转录因子如HOXD11, CREB3L1, IRF4。其中免疫相关的转录因子在成纤维细胞和平滑肌细胞中广泛上调，可能意味着脱垂时成纤维细胞和平滑肌细胞对免疫反应的协同作用。

在组织损伤中，细胞间的相互作用尤为重要和复杂。作者通过细胞间相互作用分析表明，在脱垂组，各个细胞间的相互联系受到影响。特别地，成纤维细胞、平滑肌细胞和巨噬细胞三者间的联系在脱垂阴道壁中增强。巨噬细胞与其他细胞间增加的联系主要富集在ECM organization和regulation of wound healing，这也表明在脱垂阴道壁中巨噬细胞参与ECM和免疫的调控。此外，在平滑肌细胞与其他细胞类型间，组织重构相关的基因对TGFB1–TGFBR2增加，提示平滑肌表型存在转变。

最后，作者对细胞类型进一步划分了细胞亚群，并分析细胞亚群在脱垂中的改变。从细胞亚型的层面进一步展示了脱垂时差异基因，转录因子和细胞间相互作用的变化。

总之，作者完整绘制了正常和脱垂时阴道壁单细胞图谱，揭示了脱垂时细胞特异的基因表达变化，发现调控阴道壁脱垂的关键基因和转录因子，明确了ECM调控异常和免疫紊乱在脱垂中起到的重要作用，为深入理解盆腔器官脱垂病理过程和分子机制提供了新的思路，更为疾病的预防和治疗提供理论依据。

北京协和医院李雅倩博士、国家生物信息中心博士生张清杨，孙宝发副研究员是该论文的共同第一作者，北京协和医院朱兰教授和国家生物信息中心杨运桂研究员担任论文的共同通讯作者。

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20358-y

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