我是菲利普·桑德斯。很高兴来到这里。在接下来的 30 分钟里，我将简要介绍子宫内膜的结构、功能和激素调节，希望为之后讲解的内容奠定基础。
这是本次讲解的内容提纲。我将介绍正常月经周期人体子宫内膜的动态变化。介绍性激素受体的表达模式，主要关注雌激素、孕酮和雄激素受体。然后简要介绍性激素对某些组织功能主要特征的影响，包括蜕膜化、胞内分泌和细胞间相互作用。最后进行总结，提炼要点。
这张幻灯片，可以看到我的同事利用子宫切除术切下的人体子宫。原本位于组织下端的子宫颈被切除。我们可以看到子宫内膜周围厚厚的子宫肌层，围绕在子宫腔周围。
如果在全层截面上观察更详细的组织学特征，我们可以看到外部的子宫肌层，然后是一层致密的细胞，我们称之为子宫内膜基底层，位于功能层下方。功能层和基底层都有腺体和完备的脉管系统。在上方，我们可以看到腔上皮层。
正如我在开始时所说的，子宫内膜对激素调节非常敏感。这张图显示了正常的月经周期对子宫内膜的调节。卵泡会周期性地产生卵巢激素，卵泡在卵巢中，排卵后转化为黄体。在周期第一阶段，优势卵泡产生的雌激素迅速增加。排卵后，我们看到黄体产生的孕酮迅速增加。在这张图的底部，我们可以看到经期时组织上层分解的图示。然后，通过表皮细胞再生，增生期组织厚度迅速增加。随后，在分泌期，组织结构发生极大的变化。为了方便起见，我们通常将月经周期分为三个阶段：月经期、增生期和分泌期。之后，我会使用这些术语。
下面，我们来看看这些组织真实的样子。首先，这是功能层的细胞架构，也就是靠近子宫腔的上层细胞，可以看到月经周期中这些组织的组织学厚度。左边这张图，我们可以看到明显的基质细胞间隙，以及嵌入功能区的腺上皮腺体。这里显示的是水肿区域。这也是子宫内膜组织的一部分。这部分组织细胞致密程度明显降低，是雌激素占优势的组织特征。排卵后，我们看到腺体发生变化，它们变得更加复杂。脉管系统也变得更加复杂。免疫细胞大量涌入。最值得注意的是，基质细胞转化成了我们所称的蜕膜。我稍后会再谈这个。
当然，子宫内膜的主要功能就是为正在进行的妊娠提供支持。多年来的研究，特别是麦克龙和布罗森斯这篇非常精炼的综述中描述的那些研究，表明接受受精卵的时机，这个易受时间影响的窗口期，对于子宫内膜实现功能非常重要。如果胚胎植入太早，很可能会流产；如果太晚，那么着床就可能出现问题。在这一部分，我们可以看到
卡内基研究所的案例图片。
在组织上部，有一个小小的囊胚，大家可以感受一下它的大小。这是最佳受孕窗口早期的着床阶段。子宫内膜中还会发生另外一个动态变化：如果未达到受孕条件，且随后并未怀孕的话，相关组织会在月经期破裂、脱落。
值得注意的是，在现代社会，随着女性怀孕次数减少，在女性的一生中，子宫内膜可能会经历 400 次月经。这里左边依然是那张正常的月经周期中完整的子宫内膜照片。右边展示的是子宫在月经期的样子。可以看到血淋淋的伤口。这是因为此处存在出血和组织破损。但令人惊讶的是，几天后，这个伤口将完全愈合，并且通常不会形成疤痕。
如果用子宫镜观察子宫内部的样子，我们将会看到月经期子宫内膜的表面，在月经期第 1 天，其中部分组织脱落，部分组织看起来完整。在扫描电镜下，我们可以看到腺体伸入裸露的基质层，上皮细胞四散分布。但惊人的是，仅仅 3 天内，上皮恢复完整。腺体复原。内腔的上皮层现在看起来完好无损，尽管外观与月经周期早期略有不同。
子宫内膜内还有一类需要考虑的关键细胞类型，即嵌入基质细胞间隙中的固有免疫细胞。
在这幅示意图上，我们可以看到出现在子宫内膜中的免疫细胞，分别是分泌期、月经期和增生期。其中一个重要的特征是，月经期免疫细胞数量快速增加，于是，当月经到来时，免疫细胞可以占到基质的 30%，主要包括巨噬细胞、中性粒细胞，以及这些重要的子宫自然杀伤细胞。在了解子宫内膜的结构之后，现在让我们来看看类固醇激素的作用如何改变其功能。
类固醇激素能够协调子宫内膜的变化，从而实现为受孕提供条件、控制月经等功能。而功能发挥的关键在于性激素激活受体超家族的表达，超家族的结构包括一组保守结构功能域，其中 C 区域伸出“手指”，直接或间接与 DNA 结合，而 E 区域是配体实际结合的地方。正是配体结合口袋的三维结构决定了单个类固醇激素的特异性。子宫内膜中有许多性类固醇激素受体，其中包括两种雌激素受体。雌激素受体有两种，α 和 β，它们由不同的基因编码。一种孕酮受体，包括两种亚型，PRa和PRb。一种雄激素受体，在X染色体的基因上表达。还有一些受体我今天不会展开讲，例如，子宫内膜还有糖皮质激素受体，以及同属上述超家族，但功能不太确定的这些雌激素受体相关的蛋白质。借助特定的抗体，以及清晰的、保存良好的人体子宫内膜组织切片，我们将能够获得大量信息，了解性类固醇激素可能的作用靶位。
这张示例图上，就利用免疫学手段，展示了雌激素受体 α 和孕酮受体。这里表现出的重要特征是，人体子宫内膜内的这些受体与时间和空间关系密切。我们来看上面两幅图。这里是染色的增生期组织，显示雌激素受体 α 的抗体和孕酮受体的抗体。我们可看到，腺体上皮细胞中，雌激素受体 α 和孕酮受体呈强烈的免疫染色阳性。值得注意的是，如果我们在体外研究孕酮受体对雌激素的反应，可以明显看出 ER-α 对孕酮受体的表达起重要的决定性作用，即卵巢产生的雌激素通过 ER-α 促进孕酮受体的表达。然而，如下面两幅图所示，到了分泌期，由于卵巢功能的作用，孕酮受体、孕酮水平快速升高，上皮细胞中ER-α表达降低，孕酮受体表达降低；但基底层的基底细胞中这些受体的表达维持在原来的水平。因此，当我们考虑每个激素的功能时，需要考虑组织的不同区域，而不能仅仅研究功能层。
我刚才提到存在两种雌激素受体，雌激素受体 α 和雌激素受体β。这些包括位于底部的肌层，以及基底层和功能层的全层切片中，我们可以看到染色的组织横切面，显示两种受体的特异性抗体。很明显，当在更高放大倍数下观察时，这些受体的表达是不一样的。上皮细胞中 ER-α 表达显著，而在免疫细胞和脉管系统中，ER-β表达更显著，ER-α 没有表达。
最后，子宫内膜也是雄激素的作用靶点。雄激素受体在多种细胞中表达，其中最显著的是基质成纤维细胞，特别是在基底层。在这里的基质成纤维细胞中，雄激素受体在增生期表达水平很高，在分泌期和月经期，表达迅速降低，在基底层表达水平不变。雄激素受体也存在于内皮细胞、血管周围平滑肌细胞中。到这里，我希望你已经了解了子宫内膜组织结构和类固醇受体表达的动态变化。
了解了这些，我们现在可以进入课程的最后一部分，看看类固醇对组织功能的影响。
该组织的重要功能之一是为受孕提供支持。这取决于基质细胞的转化过程，我们称之为蜕膜化。随着血液中孕酮水平快速上升，成纤维细胞发生转化：形状改变，变成圆形的分泌细胞。这是一种终末分化，它是逐步发生的，从脉管系统附近开始，然后扩散到功能层。它导致细胞功能发生重大改变，增加了大量因子的分泌，这些因子对个体功能至关重要。
为了研究月经周期中这一关键时期会发生什么，我们从人体子宫内膜中分离出了原代细胞。然后，用环腺苷酸和孕酮处理这些基质细胞，以模拟它们的蜕膜化和转化过程。这里，你可以看到培养皿中细胞的形状发生了变化，这样它们就类似于子宫内膜中的正常细胞了。多个实验室开展了许多诸如此类的研究，这些研究开始向我们灌输新的关于蜕膜化过程的想法。
我在这里展示了一篇最近发表在 Bioarchv 上的论文中的插图，该研究采用了最新、最先进的单细胞 RNA 测序方法，以观察单个细胞在蜕膜化过程中的变化。我们可以看到每个时间点的单个基因表达。这些研究让我们对单个细胞的反应有了新的认识。
使用这些方法，我们可以观察复发性流产等过程，看看是否可以获得关于其发生机制的新见解，从而制定新的治疗方法。这篇文章也是华威大学的同事最近进行的一项研究，该研究着眼于蜕膜反应中的早衰现象。
他们使用了单细胞测序技术，识别出患有复发性流产的女性基质细胞中不同的关键基因。他们还提出了一个关于子宫自然杀伤细胞和基质细胞之间相互作用的机制，当复发性流产将要发生时，这种相互作用将出现缺陷。
到现在为止，我只关注了人体组织，已经讲了很多。但我也想向你们介绍我们从老鼠身上获得的深刻见解。通过在子宫内膜所有组织或仅在上皮组织中去除小鼠的雌激素受体 α（Esr1）或孕酮受体，我们可以获得有价值的见解，推测雌激素如何参与基质细胞和上皮细胞之间相互作用。
到目前为止，关于内分泌（即卵巢分泌类固醇激素）如何影响子宫内膜组织，我已经讲了很多。现在我想要讲讲胞内分泌，研究癌症组织的人可能对该过程很熟悉，它涉及组织内对类固醇的局部代谢，使非活性类固醇变成活性类固醇，从而影响组织功能。
我们使用了蜕膜化范式来观察酶在人体子宫内膜基质细胞中的表达。研究表明，在蜕膜化过程中，AKR1C3 等酶的表达发生了巨大变化，因此，细胞能够合成并分泌睾酮。
此外，与此同时，它们会增加芳香酶的表达，芳香酶能够将睾酮转化为具有生物活性的雌激素，并在组织内生成局部高浓度的类固醇。
我们的研究表明，实际上，在这一关键期内，子宫内膜内存在吸收硫酸脱氢表雄酮（DHEAS）并将其转化为具有生物活性的类固醇（如雌二醇、二氢睾酮或睾酮）所需的所有关键酶。
现在已知局部雌激素水平较高，那么，它们将作用在哪些细胞呢？之前讲脉管系统和免疫细胞雌激素受体表达时，我已经暗示了这一点。我们认为，在月经周期这一关键时期，组织内局部高水平的雌激素和雄激素对子宫自然杀伤细胞转移等过程的调节，以及对基质细胞、自然杀伤细胞、它们产生的因子（如 CCL2）和血管重塑之间的相互作用非常重要，在这一时期，这对该组织也非常重要。
不要忘记雄激素，我们认为雄激素也参与其中。这样认为，是因为如果用雄激素受体拮抗剂氟他胺处理这些蜕膜化细胞，我们将能够阻断骨桥蛋白（SPP1）的产生。而骨桥蛋白与子宫内膜为接受着床所做的准备有关。上面大部分在讲月经周期中的受孕功能部分。
现在，让我们转回注意力，探讨不具备受孕条件的情况下所发生的月经，这也是至关重要的事件。孕酮是推动月经发生的关键因素。如果孕酮浓度保持在像怀孕时一样的高水平，蜕膜化就会继续进行，妊娠也会继续。如果孕酮水平降低，如果黄体死亡且没有被妊娠挽救，那么我们将会看到一系列变化，最终导致我之前提到的组织破裂、脱落。
观察这段时间的变化，将看到随着孕酮水平下降，触发了细胞死亡，这里表现为胱天蛋白酶 3 表达，还有我们前面提到的，免疫细胞大量涌入，这里显示的是中性粒细胞（紫色）和巨噬细胞（蓝色）。
在月经期，细胞间的相互作用也非常重要。如这张幻灯片所示，孕酮水平下降将阻断、消除或停止金属蛋白酶生成。还将提高IL1alpha 水平，并参与上皮细胞（当然现在正在死亡）和基质细胞之间的相互作用。在基质细胞中，孕酮被移除，基因表达发生改变，从而产生并激活了更多的金属蛋白酶。金属蛋白酶对于分解胞外基质非常有效。事实上，这对于在月经期间破裂并部分脱落的组织非常重要。月经是非常重要的过程，但需要限制其对组织的损伤。这里有趣的是，我们看到免疫细胞和其他细胞类型还具有促修复和抗凋亡的功能。我们认为，新的数据表明，我们有理由相信雄激素的存在诱发了一些变化。
所以在这些研究中，我们考虑到了这样一个事实，即基底层基质细胞中的雄激素受体在月经期间不会脱落。我们分离出了这些细胞，并用二氢睾酮培养它们。我们已知月经期组织血液中存在二氢睾酮。然后我们观察二氢睾酮影响下的基因表达模式。事实上，在做这些分析时，我们发现与保护组织免于凋亡相关的基因表达水平上升。在这些研究之后，其他研究表明雄激素是保护细胞免于衰老和死亡的重要因素。因此，我们认为基底层雄激素受体的表达可能很重要。
希望通过今天的讲解，大家能了解子宫内膜组织对所有这些类固醇激素（雌激素、雄激素和孕酮）都非常敏感。在这张总结图中，我们可以看到随着类固醇激素水平变化，功能层中发生的各种关键过程。随着卵泡期雌激素水平增加，会出现一个再生的增生期。排卵后，正如我先前讲到的，随着孕酮水平迅速上升，组织发生转变从而增加接受性，包括蜕膜化、免疫细胞涌入、血管重塑和胞间相互作用。若没有怀孕，孕酮水平急速下降，这将触发一连串不可逆的事件，最终导致组织脱落和月经。紧接着，组织功能将在几天内快速恢复，修复了完整的上皮。现在，这些组织已经准备好再次应对下一轮的卵泡发育和孕酮水平升高。在思考子宫内膜组织在时间和空间上发生的变化时，我们更加清楚这些变化不仅仅受内分泌信号驱动，除此之外，关键时期组织内部局部变化和转化所诱发的胞内分泌信号也可能发挥重要作用。我认为这是完全有道理的，因为在内分泌激素发挥驱动作用时，整个组织都浸润在同样水平的激素中。但实际上，我们需要的是在关键的时间窗内（如受精卵着床期间）对单个细胞类型的激素水平进行微调，这样类固醇激素就不是在整体层面，而是在局部发挥作用。而胞内分泌调节很可能有助于做到这一点。
最后，我给大家总结一些关键信息。子宫内膜组织是复杂的多细胞组织。希望大家可以记住，子宫内膜不仅是同质组织，而且既有基底层也有功能层，其中功能层是大多数行为发生的地方，而基底层可能对组织再生和组织稳态的恢复非常重要。许多研究也显示基底层可能存在干细胞或祖细胞。我讲了一些关于组织内类固醇前体局部代谢的信息，这是一个相当新的研究领域。我们认为，当这种局部代谢出现异常时，可能会显现出一些不同的疾病，例如子宫内膜异位症病变。最重要的是，子宫内膜展现出了这些类固醇激素受体在时间和空间上动态的表达。这也在一定程度证实对关键过程的调节是子宫内膜发挥功能的基础，包括增殖、成纤维细胞向蜕膜细胞的转化、血管生成和血管成熟等过程。还有最重要的炎症反应和组织分解。
