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《从内陷部位到深部病灶：空间转录组学解析子宫腺肌病中异位子宫内膜穿透特征》
作者：Boyu Li, Jia Qi, Yumeng Cao等（上海交通大学医学院附属仁济医院生殖医学科）
期刊：Advanced Science
发表时间：2025年

一、学术背景

子宫腺肌病（Adenomyosis）是一种以子宫内膜组织异位侵入子宫肌层为特征的妇科疾病，临床表现为痛经、月经过多和不孕，但目前缺乏特异性诊断标志物和有效治疗手段。其发病机制尚不明确，其中内陷理论（invagination theory）是主流假说之一，认为子宫内膜基底层内陷至肌层是疾病起始的关键步骤，但这一过程的分子机制尚未阐明。

本研究利用空间转录组学（Spatial Transcriptomics）和单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，首次绘制了具有典型内陷结构的子宫腺肌病从子宫内膜内陷部位到深部病灶的分子图谱，揭示了内陷、侵袭和纤维化的空间动态特征，并鉴定了三个关键细胞亚群：
1. SFRP5+上皮细胞：促进子宫内膜增殖和血管生成；
2. ESR1+平滑肌细胞（SMCs）：通过胶原降解协助病灶侵袭；
3. CNN1+基质成纤维细胞：通过成纤维-肌成纤维细胞转化（FMT）驱动纤维化。

研究目标是通过空间多组学解析子宫腺肌病的病理进程，为开发靶向治疗策略提供新视角。

二、研究流程与方法

1. 样本收集与处理

• 样本来源：16例子宫腺肌病患者的子宫切除术组织（含内陷结构和病灶），11例子宫肌瘤患者的对照组织（远离肌瘤区域）。
  
• 空间转录组学：选取3例腺肌病患者的连续组织切片（AM1-3，涵盖内陷部位至深部病灶）和1例对照切片（UM），使用10x Genomics Visium平台进行测序，覆盖18,478个空间位点，平均测序深度73,609 reads/位点。
  
• 单细胞数据整合：整合已发表的健康子宫和腺肌病单细胞数据集（48,036个细胞），作为空间数据解卷积的参考。
  

2. 数据分析流程

• 细胞类型注释：通过Cell2Location算法将空间位点注释为6类空间生态型（Spatial Ecotypes）：上皮细胞、基质成纤维细胞、内皮细胞、免疫细胞、平滑肌细胞和周细胞。
  
• 亚群分析：对上皮、基质和平滑肌生态型进一步分群，鉴定疾病相关亚群（如SFRP5+上皮细胞、ESR1+ SMCs、CNN1+成纤维细胞）。
  
• 功能验证：
  
  • 伪时间分析（Monocle）：追踪细胞状态演变轨迹；
    
  • 细胞互作分析（NicheNet、CellPhoneDB）：解析微环境信号网络；
    
  • 实验验证：免疫组化（IHC）、多重免疫荧光（mIHC）、体外细胞功能实验（CCK-8、EdU、划痕实验）。
    

3. 创新方法

• 空间-单细胞联合分析：首次将空间转录组与腺肌病单细胞图谱整合，实现高分辨率空间分子定位。
  
• 腺肌病转录组数据库：开发了首个公开的腺肌病转录组资源平台（https://sylabamcellatlas.sjtu.edu.cn/）。
  

三、主要研究结果

1. 内陷部位的SFRP5+上皮细胞通过分泌IHH驱动疾病起始

• 空间特征：SFRP5+上皮细胞富集于子宫内膜基底层，在腺肌病中比例显著升高（图2b）。
  
• 关键分子IHH：伪时间分析显示，IHH是腺肌病进展中的核心调控基因（伪R²=0.6555），其表达随病灶加深而升高（图2i-j）。
  
• 功能机制：
  
  • 促增殖：IHH通过Hedgehog信号通路激活上皮和基质细胞增殖（图3g-h）；
    
  • 促血管生成：IHH增强内皮细胞迁移（图3i）；
    
  • 诱导EMT：微环境中免疫细胞（CD4+ T细胞、树突细胞）通过TGF-β等信号促进SFRP5+上皮细胞发生上皮-间质转化（EMT）（图4c-f）。
    

2. ESR1+平滑肌细胞通过胶原降解促进病灶侵袭

• 空间分布：ESR1+ SMCs特异性富集于内陷部位和病灶周围（图5a）。
  
• 胶原降解作用：
  
  • 高表达MMP2/11/15等胶原酶（图5i）；
    
  • Masson染色证实病灶周围胶原含量显著降低（图5j）；
    
  • 调控机制：转录因子ESR1通过SMAD3等下游分子调控胶原代谢网络（图S7f）。
    

3. 深部病灶中CNN1+成纤维细胞通过FMT驱动纤维化

• 纤维化特征：CNN1+成纤维细胞高表达COL12A1、COL18A1等ECM蛋白（图6l），其比例随病灶加深而增加（图6i）。
  
• FMT机制：
  
  • 微环境中TGFB1、PDGFB等信号激活GATA6转录因子，驱动成纤维细胞向肌成纤维细胞转化（图7f）；
    
  • 免疫荧光验证了CNN1+细胞共表达α-SMA（肌成纤维细胞标志物）和胶原III（图7g）。
    

四、结论与意义

1. 科学价值：

   • 首次揭示子宫腺肌病内陷-侵袭-纤维化的空间分子程序，为“内陷理论”提供直接证据；
     
   • 鉴定SFRP5+上皮细胞、ESR1+ SMCs和CNN1+成纤维细胞为关键靶细胞。
     

2. 应用潜力：

   • 诊断标志物：IHH、ESR1、CNN1等分子可作为潜在无创诊断靶点；
     
   • 治疗策略：靶向IHH信号、ERα降解或GATA6抑制可能阻断疾病进展。
     

五、研究亮点

1. 技术创新：空间转录组与单细胞数据的多模态整合，克服了腺肌病空间异质性研究的难点。
   
2. 理论突破：提出“内陷微环境（invaginate-env）”和“病灶微环境（lesion-env）”的动态调控模型，将三大病理轴（内陷、雌激素微环境、纤维化）统一为时空连续的病理过程。
   
3. 资源贡献：首个腺肌病空间转录组数据库为后续研究提供开放平台。
   

六、其他价值

研究发现的IHH和ESR1等靶点可能与其他雌激素依赖性疾病（如子宫内膜异位症）共享机制，为妇科疾病治疗提供跨病种参考。