撰文 | 阿童木

人類生殖道的形成是一項(xiàng)高度精密的胚胎形態(tài)發(fā)生過程，依賴多種組織來源的旁分泌信號(hào)協(xié)同作用，并在發(fā)育推進(jìn)過程中逐步受到性激素信號(hào)的調(diào)控【1】。除性腺之外，內(nèi)部生殖器官主要來源于中間中胚層形成的米勒管和沃爾夫管（ Müllerian and Wolffian ducts ） ，以及內(nèi)胚層形成的泌尿生殖竇；外生殖器則由生殖結(jié)節(jié)發(fā)育而來，涉及中胚層、內(nèi)胚層與表面外胚層的協(xié)同參與【2】。

在胚胎早期階段，無論遺傳性別如何，米勒管和沃爾夫管都會(huì)短暫共存。隨后，性腺分化成為生殖道發(fā)育的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在XY胚胎中，SRY基因驅(qū)動(dòng)睪丸形成，睪丸支持細(xì)胞（Sertoli細(xì)胞）分泌抗米勒管激素，促使米勒管退化；與此同時(shí)，睪丸間質(zhì)細(xì)胞 （ Leydig 細(xì)胞） 產(chǎn)生的睪酮及其代謝產(chǎn)物二氫睪酮，分別推動(dòng)沃爾夫管和下生殖道向男性方向分化。相對(duì)地，在XX胚胎中，由于缺乏這些信號(hào)，沃爾夫管逐漸消失，米勒管、泌尿生殖竇和生殖結(jié)節(jié)則分化為女性生殖道結(jié)構(gòu)【3】。 值得注意的是，生殖道各前體結(jié)構(gòu)在初始階段均由未分化上皮及其周圍間質(zhì)構(gòu)成。發(fā)育過程中，間質(zhì)往往先于上皮發(fā)生性別相關(guān)的分化，并在米勒管和沃爾夫管沿頭尾軸建立空間邊界時(shí)發(fā)揮關(guān)鍵作用。

生殖道發(fā)育異?？蓪?dǎo)致多種先天畸形、不育甚至腫瘤發(fā)生。例如，約7%的女性存在先天性子宮結(jié)構(gòu)異常，這一比例在反復(fù)流產(chǎn)人群中顯著升高。然而，人類生殖道發(fā)育的細(xì)胞組成及其分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)長期缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知，現(xiàn)有理解多依賴模式動(dòng)物研究或靜態(tài)組織學(xué)觀察。近年來，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)開始應(yīng)用于人類胚胎研究，但相關(guān)工作多聚焦于性腺或局部管道區(qū)域【4】，對(duì)于兩性生殖道沿頭尾軸的模式化與區(qū)域化過程的系統(tǒng)解析仍然 欠缺 。

近日， Wellcome Sanger研究所 Roser Vento-Tormo 、 John C. Marioni 和 Luz Garcia-Alonso 實(shí)驗(yàn)室等在

Nature

Spatiotemporal cellular map of the developing human reproductive tract

作者 對(duì)孕后 6至21周的89例胎兒生殖道樣本進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測序、染色質(zhì)可及性測序、原位測序以及Visium空間轉(zhuǎn)錄組分析 。整合分析共識(shí)別出52種生殖道特異性細(xì)胞類型。在發(fā)育早期，樣本中可檢測到體腔上皮、米勒管、沃爾夫管、泌尿生殖竇和生殖結(jié)節(jié)相關(guān)細(xì)胞，并混有部分腎臟和腎上腺細(xì)胞。隨著孕期推進(jìn)，XX胎兒中逐步出現(xiàn)輸卵管、子宮頸和陰道的女性特異性細(xì)胞，其中子宮與宮頸在細(xì)胞組成上高度相似；XY胎兒中則出現(xiàn)附睪、輸精管和前列腺的男性特異性細(xì)胞。內(nèi)部器官周圍普遍可見平滑肌與支持性間質(zhì)結(jié)構(gòu)。圖譜還捕捉到兩性中殘存的與遺傳性別不一致的管道 細(xì)胞 殘余，例如女性中的沃爾夫樣細(xì)胞以及男性中的輸卵管樣細(xì)胞，提示在完全退化之前，男性米勒管可能出現(xiàn)過短暫的分化程序。外生殖器如陰莖和陰蒂在兩性中未顯示性特異性細(xì)胞類型，而是共享尿道上皮、勃起組織、龜頭和包皮等結(jié)構(gòu)。

米勒管約在孕后6周由體腔上皮分化并形成，在沃爾夫管信號(hào)引導(dǎo)下向尾側(cè)遷移并最終與泌尿生殖竇融合。通過譜系軌跡分析，研究解析了孕后6–8周米勒管出現(xiàn)、遷移及初始退化階段的關(guān)鍵細(xì)胞譜系。體腔上皮前體分化出上皮和間質(zhì)兩條軌跡，在男性樣本中還可觀察到由間質(zhì)分支出的退化譜系。上皮譜系在分化初期出現(xiàn)一輪短暫的標(biāo)志基因上調(diào)，隨后遷移相關(guān)基因 活性 逐步增強(qiáng)，并沿頭尾軸呈現(xiàn)協(xié)調(diào)分布。間質(zhì)譜系早期上調(diào)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)基因，以及多種遷移因子。男性退化分支中特異性上調(diào)自噬和WNT抑制相關(guān)基因，這些特征在女性樣本中缺失。整合轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)信息后 發(fā)現(xiàn) ， 米勒管形成依賴上皮與間質(zhì)遷移程序的協(xié)同激活，而退化階段則伴隨男性特異性的WNT抑制和自噬特征 。

研究進(jìn)一步利用空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，在雌雄胎兒中重建米勒管和沃爾夫管沿頭尾軸的連續(xù)空間位置順序（或軸向框架），并據(jù)此刻畫區(qū)域化的漸變過程。在女性中，腰骶段HOX基因在子宮頸和陰道間質(zhì)中特異上調(diào)，而胸段HOX基因則模式化輸卵管區(qū)域；在男性中，類似的HOX軸向編碼在附睪和輸精管中同樣成立。除HOX基因外，米勒管和沃爾夫管間質(zhì)中還呈現(xiàn)多種沿頭尾軸梯度分布的轉(zhuǎn)錄因子，這些模式在兩性之間既有共享，也存在明顯差異。

生殖道異型共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)顯示，間質(zhì)細(xì)胞先行獲得區(qū)域 特征 ，并通過信號(hào)交流引導(dǎo)上皮分化。對(duì)米勒管和沃爾夫管頭尾軸上的細(xì)胞通信分析表明，WNT、BMP、視黃酸、整合素和IGF信號(hào)在不同區(qū)域形成特定組合，從而塑造上皮的區(qū)域命運(yùn)。一些 互作 事件在兩性 生殖道 中呈互為對(duì)應(yīng)的軸向分布，提示其為保守的區(qū)域化機(jī)制。

在功能層面，研究發(fā)現(xiàn)成年輸卵管和附睪中已知的區(qū)域分化特征在胎兒期即開始建立。胎兒輸卵管上皮中，多個(gè)基因沿頭尾軸呈現(xiàn)穩(wěn)定梯度分布，并在成年組織中得以維持；胎兒附睪非纖毛上皮同樣顯示出與成年功能分區(qū)一致的轉(zhuǎn)錄特征。這些結(jié)果表明， 人類生殖道的功能區(qū)域化并非出生后才出現(xiàn)，而是在胎兒期已經(jīng)開始建立并延續(xù) 。

在外生殖器方面，盡管生殖結(jié)節(jié)中未檢測到性特異性細(xì)胞類型，但間質(zhì)勃起組織在發(fā)育過程中呈現(xiàn)階段性差異。人類男性化編程窗口位于孕后8–14周，在這一時(shí)期，雄激素信號(hào)在尿道海綿體和相關(guān)間質(zhì)中最為活躍。分析顯示，男性尿道海綿體中特異上調(diào)多種已知雄激素靶基因，并伴隨Notch信號(hào)和細(xì)胞黏附相關(guān)相互作用增強(qiáng)，這些特征與陰莖尿道管化過程相吻合。

鑒于胎兒期對(duì)外源性信號(hào)高度敏感，研究還系統(tǒng)評(píng)估了臨床藥物和環(huán)境化學(xué)品對(duì)生殖道發(fā)育的潛在影響。通過整合藥物靶點(diǎn)和激素受體的時(shí)空表達(dá)模式，研究預(yù)測了不同細(xì)胞類型的易感窗口，并在胎兒子宮類器官中驗(yàn)證了雙酚A和芐基丁基鄰苯二甲酸酯的類雌激素效應(yīng) ，發(fā)現(xiàn) 暴露后纖毛細(xì)胞增加，上調(diào)PGR和雌激素響應(yīng)基因，與類雌激素作用一致，并在成人類器官中觀察到相似的轉(zhuǎn)錄特征。這些結(jié)果為評(píng)估孕期環(huán)境暴露風(fēng)險(xiǎn)提供了直接的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

綜上所述 ， 本 研究構(gòu)建了一個(gè)高分辨率的時(shí)空多組學(xué)圖譜，系統(tǒng)描繪了人類生殖道在第一和第二孕期的細(xì)胞組成、空間組織和分子調(diào)控邏輯，闡明了性特異性信號(hào)如何推動(dòng)器官二態(tài)分化及不匹配 生殖管 的退化過程，為理解先天異常、環(huán)境暴露和生殖疾病 發(fā)生等 奠定了細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09875-2

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

1. Robboy, S. J., Kurita, T., Baskin, L. & Cunha, G. R. New insights into human female reproductive tract development.Differentiation97, 9–22 (2017).

2. Baskin, L. et al. Development of the human penis and clitoris.Differentiation103, 74–85 (2018).

3. Hannema, S. E. & Hughes, I. A. Regulation of Wolffian duct development.Horm. Res. 67, 142–151 (2007).

4. Garcia-Alonso, L. et al. Single-cell roadmap of human gonadal development.Nature607, 540–547 (2022).

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