利用新型子宫内膜上皮腺体类器官模型研究细菌诱导的炎症反应

Investigating bacteria-induced inflammatory responses using novel endometrial epithelial gland organoid models.

作者信息Xin Zhang, Li Zhang, Ting Li, Zhan Zhang, Xiang Shang, Huihui Bai, Yong Liu, Xiaonan Zong, Chenguang Shang, Dan Song, Xu Zhang, Linyuan Fan, Zhaohui Liu
PMID39600797
发布时间2024-11-12
DOI10.3389/frph.2024.1490520

实验完整度

包含类器官构建与表征、激素反应、细菌感染模型、RNA-seq、qPCR、ELISA及电镜等多个独立证据层级,并进行功能验证。

主要模型

患者来源的子宫内膜上皮腺体类器官(EEGOs) 大肠杆菌(E. coli ATCC-25922)感染的EEGOs 空气-液体界面(ALI)培养的EEGOs

重点核对

EEGOs的构建方法:Matrigel 70%包埋,培养基含R-Spondin-1 250 ng/ml、EGF 250 μg/ml、Noggin 100 μg/ml等 激素处理:E2 10 nM和P4 1 μM处理时间(3天和4天) 感染条件:MOI 1,共培养1小时,恢复24小时 关键检测指标:炎症因子(TNF-α, IL-8, IFN-γ)表达,MAPK通路激活,E2处理后炎症基因变化

摘要

背景:子宫内膜在早期人类妊娠中起着至关重要的作用,特别是在胚胎着床、存活和生长方面。然而,病原体的入侵和感染可导致子宫内膜炎、不孕和不良生殖结局。了解子宫内膜炎的机制及其对生育能力的影响仍然有限。建立了一种使用患者来源的子宫内膜上皮腺体类器官(EEGOs)的感染模型,以推进子宫内膜炎和相关不孕症的体外研究。方法:从人子宫内膜构建并表征了EEGOs感染模型,用雌激素和孕激素处理类器官以观察增殖期和分泌期的变化。用大肠杆菌感染类器官,使用ELISA检测上清液中炎症细胞因子的释放。采用RNA-seq分析大肠杆菌处理前后的差异,并用实时定量PCR验证差异基因mRNA表达。此外,通过着床相关标志物(PAEP、LIF、ITGβ)、增殖标志物(Ki67)和屏障修复标志物(ZO-1)评估E2减轻炎症的效果。结果:构建的人EEGOs表现出长期扩增能力、遗传稳定性和特征性激素反应,强烈表达上皮标志物(MUC1、E-Cadherin)。大肠杆菌感染后,炎症细胞因子TNF-α、IL-8和IFN-γ的表达水平显著增加(P < 0.05)。RNA-seq表明感染后MAPK信号通路被激活,热休克蛋白和转录因子mRNA的表达水平升高。感染后E2处理显著降低了炎症基因IL-1β、IL8、IL6和TNF-α的mRNA表达,与大肠杆菌感染组相比(P < 0.05)。此外,在E2处理的类器官中,与着床接受性、增殖和屏障修复相关的基因表达增强。结论:我们的研究结果表明,患者来源的EEGOs对细菌感染有反应,是研究细菌感染中宿主-病原体相互作用的有效模型。这些类器官揭示了E2在减轻大肠杆菌诱导的炎症中的抗炎潜力,为理解子宫内膜炎的机制及其对不孕症的影响提供了见解。该研究支持使用EEGOs作为理解子宫内膜健康和开发靶向治疗的有价值工具。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
患者来源的子宫内膜上皮腺体类器官能否作为研究细菌感染引起的炎症反应及雌激素抗炎作用的体外模型?
核心机制
E. coli感染激活MAPK信号通路,上调热休克蛋白和转录因子表达,诱导炎症因子释放;E2处理可降低炎症因子表达,增强着床相关基因、增殖和屏障修复基因的表达,从而减轻炎症损伤。
主要证据
通过ELISA检测到感染后TNF-α、IL-8、IFN-γ显著升高;RNA-seq显示MAPK通路激活;qPCR验证E2处理后炎症基因(IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α)表达降低,而PAEP、LIF、ITGβ、Ki67、ZO-1表达升高。
研究意义
EEGOs可作为研究子宫内膜感染和子宫内膜炎机制的有效工具,为开发针对子宫内膜相关疾病的靶向治疗提供支持。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立并表征EEGOs

验证从患者子宫内膜组织构建的类器官能否长期扩增并保留上皮表型和激素反应性。

从患者子宫内膜分离上皮腺体,在Matrigel中培养,通过免疫荧光、HE、PAS、电镜等鉴定标志物表达和超微结构。

2

激素反应性检测

评估EEGOs对雌激素和孕激素的生理反应,模拟增殖期和分泌期变化。

用E2(10 nM)和E2+P4(10 nM+1 μM)处理类器官,观察形态变化、ER/PR表达及下游基因表达。

3

建立感染模型

确定EEGOs对大肠杆菌感染的炎症反应。

将EEGOs与E. coli以MOI 1共培养,通过ELISA检测炎症因子,qPCR检测炎症基因表达,并通过电镜观察形态变化。

4

转录组分析

揭示感染后涉及的信号通路和差异表达基因。

对感染和未感染类器官进行RNA-seq,分析差异表达基因和KEGG通路富集,并用qPCR验证关键基因。

5

评估E2的抗炎作用

检测E2处理能否减轻E. coli引起的炎症并恢复子宫内膜功能。

感染后添加E2处理,通过qPCR检测炎症因子、着床相关基因、增殖和屏障修复基因的表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM/F12培养基HyCloneSH30272.01
B27添加剂Gibco17504-044
N2添加剂Gibco17502-048
A83-01MCEHY-10432
表皮生长因子MCEHY-P7109
R-Spondin-1MCEHY-P7114
NogginMCEHY-P7051A
基质胶Corning356255
胶原酶IISigmaC2-28-100MG
胶原酶IVSigmaC4-28-100MG
Y27632MCEHY-10071/CS-0131
雌二醇MCEHY-B0141
孕酮MCEHY-N0437
TrypLE消化液Gibco12604021
细胞回收液Corning354270
LB琼脂----
LB肉汤SolarbioL8291
DAPIBeyotimeC1002
雌激素受体抗体MCEHY-P80663
孕激素受体抗体MCEHY-P82121
Ki67抗体MCEHY-P80506
MUC1抗体Abcamab4516
广谱角蛋白抗体CST4545
波形蛋白抗体CST5741
E-钙粘蛋白抗体CST3195
EpCAM抗体Abcamab223582
Alexa Fluor 555标记的驴抗小鼠IgG(H+L)BeyotimeA0460
Alexa Fluor 488标记的山羊抗小鼠IgG(H+L)BeyotimeA0428
TRIzol试剂Accurate BiologyAG11701
逆转录试剂盒Accurate BiologyAG11728
SYBR GreenAccurate BiologyAG11701
人TNF-α ELISA试剂盒NeoBioscienceECC102a
人IL-8 ELISA试剂盒NeoBioscienceEHC008.96
人IFN-γ ELISA试剂盒NeoBioscienceEHC102g.96
PON812环氧树脂SPI--
NanoDrop分光光度计Thermo Fisher ScientificND-2000
ABI7500系统Applied Biosystems--
Bioanalyzer 2100系统Agilent Technologies--
Illumina测序系统Illumina--
酶标仪TECANProfiblot48
透射电子显微镜JEOLJEM1230
分光光度计----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
类器官构建
胶原酶浓度(1 mg/ml)、消化时间(45分钟)、Matrigel浓度(70%)、培养因子浓度(如R-Spondin-1 250 ng/ml、EGF 250 μg/ml等)
阅读提示:Materials and Methods: Establishment of EEGOs
激素处理
E2浓度(10 nM)和处理时间(3天)、P4浓度(1 μM)和处理时间(4天)
阅读提示:Materials and Methods: Hormone treatment of organoids; Figure 3 legend
细菌感染
E. coli菌株(ATCC-25922)、MOI=1、共培养时间(1小时)、恢复时间(24小时)
阅读提示:Materials and Methods: Co-culture of organoids with bacteria; Figure 4 legend
ELISA检测
检测指标(TNF-α, IL-8, IFN-γ)、试剂盒品牌及型号、样本稀释
阅读提示:Materials and Methods: ELISA assay; Figure 4G
RNA-seq分析
RNA质量参数(RIN≥8.0)、差异表达阈值(fold change>2, FDR<0.05)、KEGG富集阈值(FDR<0.05)
阅读提示:Materials and Methods: RNA-seq analysis; Figure 5
E2治疗
E2处理时间(感染后24小时)及浓度(10 nM)
阅读提示:Materials and Methods: Co-culture of organoids with bacteria; Figure 6 legend