人类输卵管上皮空间转录组分析揭示区域特异性基因表达模式及其在生育与卵巢癌中的意义

《Communications Biology》：Spatial transcriptomic profiling of the human fallopian tube epithelium reveals region-specific gene expression patterns

编辑推荐：本研究通过GeoMx DSP空间转录组技术，首次系统解析了人输卵管（FT）不同解剖区域（伞部、壶腹、峡部等）上皮细胞的1800个基因表达谱，发现成熟纤毛细胞标志物（FOXJ1/PAX8比值、MLF1等）向伞端递增，远端FT中ROS/凋亡相关基因（TXNIP、BAD）上调，以及MHC-II基因的月经周期依赖性调控，为理解输卵管生理功能、不孕症机制及高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）起源提供了关键分子图谱。

　　

输卵管作为女性生殖系统的关键器官，不仅承担着卵子运输和受精的重要功能，还与三分之一的不孕症病例以及最致命的妇科恶性肿瘤——高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）的发生密切相关。近年来，越来越多的证据表明HGSOC可能起源于输卵管的浆液性输卵管上皮内癌（STIC）病变，但输卵管不同解剖区域的分子特征及其在疾病发生中的作用仍不清楚。传统研究往往将输卵管视为均质结构，忽略了其从远端（伞部）到近端（峡部）显著的功能和形态差异。例如，伞部直接暴露于含有活性氧（ROS）的卵泡液，而峡部则形成"精子库"并参与胚胎运输。这种区域异质性如何反映在基因表达层面？是否存在与HGSOC发生相关的空间分子特征？这些问题对理解输卵管生理和病理机制至关重要。

为回答这些问题，美国堪萨斯大学医学中心Andrew K. Godwin团队联合多学科研究人员，利用NanoString GeoMx数字空间分析仪（DSP）对7例绝经前女性的输卵管上皮进行了空间转录组分析。研究将输卵管分为伞部、漏斗部、壶腹部和峡部四个区域，通过免疫荧光区分纤毛细胞（FOXJ1+）和分泌细胞（PAX8+），采用靶向1800个癌症相关基因的panel进行空间转录组检测。样本分为发现队列（3例）和验证队列（4例），通过OVGP1免疫组化确定月经周期阶段。数据分析采用quantile归一化方法，通过t检验和ANOVA识别区域差异表达基因（DEGs），并进行了基因本体（GO）富集分析。

研究首先通过FOXJ1/PAX8表达验证了空间分区的可靠性。结果显示成熟纤毛细胞标志物呈现明显的梯度分布：FOXJ1/PAX8比值、MLF1、SPA17、CTSS和C6等基因表达从峡部向伞部递增（发现队列p<0.05，验证队列验证一致），表明远端输卵管富含分化成熟的纤毛细胞。这种模式可能与局部雌激素浓度梯度有关，因为雌激素已知能促进PAX8下调而激活FOXJ1表达。

在细胞粘附分子方面，研究发现了E-钙黏蛋白（CDH1）和P-钙黏蛋白（CDH3）的互补分布：CDH1和半乳糖凝集素3（LGALS3）在伞部高表达，而CDH3在峡部富集（p<0.05）。这种差异可能反映不同区域上皮与基质的相互作用需求——伞部需要强上皮间粘附，而峡部则更依赖上皮-基质粘附。

最引人注目的发现是氧化应激和凋亡相关基因的空间调控。抗氧化酶PRDX5和促凋亡因子TXNIP、BAD、GAS1在远端输卵管显著上调（p<0.05）。考虑到伞部持续暴露于卵泡液中的ROS，这种表达模式可能代表一种保护机制：PRDX5清除ROS维持纤毛发生，而TXNIP和BAD则可能通过促凋亡清除受损细胞，防止异常积累。

研究还揭示了MHC-II基因的复杂调控模式。在发现队列中，HLA-DR/DP/DQ等MHC-II转录本在伞部和峡部高表达；但验证队列（多为黄体期样本）仅显示峡部上调。进一步分析发现MHC-II表达与OVGP1（输卵管特异性糖蛋白，卵泡期标志物）呈显著负相关（HLA-DRA：R=-0.62，p<2.2×10^-16），表明MHC-II在卵泡期受抑制而在黄体期激活。这种周期性变化可能与免疫豁免需求相关——卵泡期需避免对配子/胚胎的免疫攻击，而黄体期则需增强黏膜免疫监视。

通过整合单细胞测序数据，研究提出peg细胞（OVGP1+分泌细胞亚群）可能介导了MHC-II的时空调控。peg细胞标志物（LGR5、NOTCH2）在壶腹部富集（发现队列p<0.05），与MHC-II的"中部凹陷"表达模式互补，暗示peg细胞通过下调MHC-II参与创建免疫豁免微环境。激素受体分析显示孕酮受体（PGR）表达与OVGP1正相关（R=0.48），而雌激素受体（ESR1）在峡部高表达，提示激素调控网络参与区域特异性基因表达。

这项研究首次绘制了人类输卵管上皮的空间转录图谱，揭示了从纤毛细胞分化、粘附特性到免疫调控的多层次区域异质性。这些发现对理解输卵管生理具有多重意义：（1）成熟纤毛细胞的梯度分布解释了输卵管不同区域的运动功能差异；（2）ROS/凋亡基因的远端富集为HGSOC的伞部起源假说提供了分子依据；（3）MHC-II的周期性调控暗示输卵管参与生殖免疫调节；（4）CDH1/CDH3的互补分布可能影响STIC病变的空间发生倾向。技术层面，研究建立的GeoMx DSP工作流程为其他管腔器官的空间组学研究提供了范本。

未来研究可进一步探索：（1）BRCA突变对输卵管空间转录组的影响；（2）激素避孕药是否改变区域基因表达；（3）HGSOC前驱病变如何利用区域特异性通路。这些方向将有助于开发针对HGSOC起源部位的早期检测策略和预防性干预措施。该成果发表于《Communications Biology》，为生殖生物学和妇科肿瘤学研究提供了重要基础数据。