近日，来自密歇根州立大学妇产科及生殖生物学教研室的研究人员在ScienceTranslationalMedicine上刊登了题为：LossofHDAC3resultsinnonreceptiveendometriumandfemaleinfertility的研究文章1。该研究发现，患子宫内膜异位症的不孕妇女与正常女性相比，其子宫内膜处组蛋白去乙酰酶3(HDAC3)含量降低。作者通过人子宫内膜基质细胞(hESCs)、子宫特异Hdac3敲除小鼠、狒狒子宫内膜异位模型证明Hdac3对于胚胎植入和蜕膜化的重要性。该发现有助于理解女性不孕症病因，并为设计新的治疗策略提供分子基础。
下面我们就来一起学习下这篇文章。
1子宫内膜异位症患者的子宫基质细胞中HDAC3表达降低在人类子宫内膜上皮细胞和基质细胞中，HDAC3在整个月经周期都很丰富，但子宫内膜异位症不孕女性HDAC3表达明显降低（图1A）。随着子宫内膜异位症的进展，HDAC3在同只狒狒子宫内膜基质细胞中表达降低（图1B）。作者还采用自体子宫组织移植手术诱导2月大雌性小鼠子宫内膜异位症，与假手术组相比子宫内膜异位症发病后小鼠子宫内膜基质细胞HDAC3表达显著降低(图1C)。这些结果表明，HDAC3缺失与子宫内膜异位症发病相关。
图1HDAC3在子宫内膜异位症患者、子宫内膜异位症模型狒狒和小鼠中表达降低
2敲除Hdac3导致胚胎植入和蜕膜化缺陷为了确定HDAC3在子宫中的功能，作者建立了Hdac3条件性敲除小鼠模型(Pgrcre/+Hdac3f/f;Hdac3d/d)(图2A)。在雌性生育试验中，Hdac3f/f小鼠具有生育能力(平均每窝产仔数7.44±1.09)，而Hdac3d/d小鼠不孕。Hdac3d/d小鼠排卵、受精及卵巢形态均正常，生育缺陷主要是由于子宫缺陷。组织学分析表明，Hdac3f/f小鼠胚胎附着在子宫角周围包裹于蜕膜细胞；而Hdac3d/d小鼠胚胎在宫腔内自由漂浮，蜕膜细胞不明显(图2B)。Hdac3f/f小鼠子宫人工诱导可表现蜕膜化，而Hdac3d/d小鼠有显著的蜕膜化缺陷(图2C)。Hdac3f/f小鼠胚胎附着前上皮细胞增殖减少、E3.5天基质细胞进行蜕膜化为胚胎种植做准备；Hdac3d/d小鼠在E3.5天子宫基质细胞增殖减少、上皮细胞的增殖增加(图2D)。这些结果表明，Hdac3d/d小鼠不孕是由于胚胎植入和蜕膜缺陷。图2Hdac3d/d小鼠植入和蜕膜的缺陷
Hdac3d/d小鼠基质细胞雌激素受体α(ESR1)和孕激素受体（PGR）表达降低（图3A）；孕酮(P4)靶基因Lrp2、Fst、Areg、Il13ra2mRNA表达降低（图3B）；波形蛋白和COUP-TFII表达降低（图3C.3D），都显示Hdac3敲除改变了子宫基质细胞特征。图3Hdac3d/d小鼠子宫内孕酮信号通路受到抑制
3Hdac3敲除导致子宫胶原蛋白异常高表达作者对4、6、8周龄的小鼠子宫进行组织学分析和Masson染色，显示Hdac3d/d小鼠基质细胞从6周龄开始含有丰富的胶原蛋白，Ⅰ型胶原蛋白α1α2(Col1a1和Col1a2)表达上调。人和小鼠体内Col1a1和Col1a2均含有保守的HDAC3结合元件(HDAC3-BEs)。ChIP分析证实，在Hdac3f/f小鼠子宫中，HDAC3募集于Col1a1和Col1a2基因上，直接抑制子宫内膜基质中Col1a1和Col1a2基因的转录。对手术造成子宫内膜异位症小鼠子宫内膜进行Masson染色，检测到大量胶原蛋白，但假手术组没有(图4A)。作者还对人子宫内膜异位症患者子宫内膜进行Masson染色和COL1免疫组织化学染色，同样检测到胶原蛋白(图4B)和COL1蛋白显著升高(图4C)。这些结果表明，HDAC3通过调节胶原蛋白稳态在子宫内膜异位症发病中发挥作用。图4Hdac3d/d小鼠和子宫内膜异位症患者
子宫内膜胶原异常高表达
4Hdac3敲除导致p向I型胶原基因HDAC3-BE募集子宫内膜异位症者hESCs中HDAC3的含量较对照组低(图5A)。作者在体外诱导hESCs蜕膜化再用HDAC3-siRNA处理hESCs，发现蜕膜标记基因—IGFBP1和PRL的表达降低(图5B)，PGR的表达也降低(图5C)。hESCs在蜕膜化过程中，COL1A1和COL1A2的mRNA表达均降低；抑制HDAC3会导致COL1A1和COL1A2基因去抑制(图5D)。这些结果表明，HDAC3在hESCs蜕膜化过程中起着重要作用。
图5Hdac3基因敲除对hESCs蜕膜化的影响
转录调控由HDAC和组蛋白乙酰转移酶(HAT)蛋白复合物可逆调控。Hdac3敲降显著降低了HDAC3与COL1A1和COL1A2基因HDAC3-BE的结合；与其他HAT蛋白相比Hdac3敲降后，p对HDAC3-BE的募集显著增加(图6A)。为了确定p转录激活COL1A1和COL1A2基因是否会削弱人类的蜕膜化过程，作者将p抑制剂C或p-siRNA用于HDAC3-siRNA处理的hESCs，p与HDAC3-BE的结合显著降低(图6C)，COL1A1和COL1A2mRNA含量降低(图6D)，IGFBP1和PRLmRNA显著升高(图6E)。图6Hdac3基因敲除对hESCs胶原基因转录调控的影响
总结与展望
本研究将表观遗传修饰参与子宫内膜异位症相联系。SP1是P4依赖的旁分泌信号下游靶点，诱导子宫内膜17βHSD2基因表达，HSD17B2对于正常子宫内膜雌激素代谢至关重要。然而子宫内膜异位症似乎缺乏P4介导的分泌因子。有研究发现，HDAC3的转录抑制也通过降解SP1蛋白来调节2。因此，子宫内膜异位症的发生可能通过SP1导致HDAC3衰减。但HDAC3在子宫内膜异位症减少的病因学和病理生理学中的分子机制还有待进一步研究。Hdac3d/d小鼠子宫上皮细胞增殖异常活化，PGR和ESR1（孕激素受体，雌激素受体）调控异常。E2和P4通过与相关受体结合，激活目标基因的转录来造成这些改变3。有研究表示上皮E2作用的丧失对于所有研究过的真哺乳亚纲哺乳动物分泌阶段的植入都是必不可少的。在敲除小鼠研究中，植入前活跃的上皮细胞增殖导致植入失败，并发现子宫内膜异位症不孕妇女子宫内膜上皮细胞增殖异常活化。P4抗性意味着响应E2、P4基因表达异常，见于子宫内膜异位症患者的子宫内膜。P4抗性与早期分泌期缺陷、妊娠早期流产、子宫内膜异位症引起的不孕有关4。同样，上皮异常增殖和PGR和ESR1的衰减都是Hdac3d/d小鼠早期妊娠流产的原因之一。在该研究中，Hdac3d/d小鼠和子宫内膜异位症患者，子宫内膜基质被大量纤维组织所替代。在子宫内膜异位病变过程中，过度纤维化可能导致瘢痕、慢性疼痛和组织功能改变5。但子宫内膜异位症纤维化的细胞和分子机制仍有待阐明。因此，还需要明确子宫内膜异位症相关不孕的早期发病机制。对这些机制的了解对于制定预防和治疗子宫内膜异位症策略必不可少，需要进一步的临床前研究来研究抑制胶原蛋白是否可以有效预防和治疗子宫内膜异位症。胶原是细胞外基质的主要结构蛋白成分。在怀孕期间，人类子宫中的胶原蛋白含量会发生变化，特定类型的胶原蛋白在植入过程中具有明显的时空表达模式。与大鼠子宫的非着床位点相比，着床位点I型、III型和V型胶原蛋白减少，VI型在大鼠间质细胞蜕膜过程中丢失。在作者的研究结果中I型胶原蛋白在小鼠子宫内膜异位症模型中增加，两种I型胶原基因(COL1A1和COL1A2)都被鉴定为HDAC3的直接靶基因。因此COL1A1和COL1A2基因的转录抑制对子宫内膜间质细胞的蜕膜化起关键作用。综上所述，作者发现HDAC3在子宫内膜异位症患者子宫内膜中表达减少。利用非人灵长类动物和小鼠子宫内膜异位症模型，发现子宫内膜异位症诱导后HDAC3表达下调。HDAC3在小鼠子宫中的丢失导致植入失败和蜕膜化缺陷从而导致不孕。作者结果表明，HDAC3的缺失导致子宫内膜异位症相关不孕，是因为子宫内膜容受性降低。因此，该研究为理解异常子宫内膜稳态提供了一个概念框架，对子宫内膜异位症相关不孕的诊断和治疗具有指导意义。参考文献：
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