生殖系统类器官
背景
女性的生殖系统可以分为外生殖器和内生殖器，外生殖器指生殖器的外露部分，又称外阴；内生殖器分为初级和次级生殖器官，初级生殖器官称为“性腺”，即女性的卵巢。次级生殖器官包括女性的输卵管、子宫。
女性生殖系统
女性生殖系统相关的疾病种类众多，其中宫颈癌、子宫体癌和卵巢癌是女性生殖系统最常见的恶性肿瘤。根据 2020 年全球癌症统计数据显示，这三种类型的恶性肿瘤在全世界分别造成约 342000、97000 和 207000人死亡，严重威胁着女性的生命健康。为了简单快速的评估新药开发对于女性生殖系统疾病的治疗效果，以及疾病患病因素的探究，在疾病研究过程中，引入了类器官方法。
胎盘类器官
在胎盘行程过程中内细胞团和滋养层起着关键作用。利用滋养层细胞类器官模型进行的与胎盘发育相关的基础和临床研究也在不断开展，滋养细胞衍生的类器官能够分化成为合胞滋养细胞和绒毛滋养细胞，能够在整个人长期培养期间保持基因稳定[1]。
Sheridan等人在3周内成功建立病分化了人类胎盘前三个月的滋养细胞类器官。同时用酶解法对类器官进行扩大和增殖。结果表示，滋养类器官在3D条件下可以培养时间延长至一年[2]。还有相关研究发现，人诱导多能干细胞被用于构建具有血管结构的胎盘类器官，其在复杂成分和分泌功能反面类似于发育一个月的人类胎盘，该组织包含滋养细胞，并且能够分泌胎盘特异性激素人绒毛膜促性腺激素β(hCG-β)和血管内皮生长因子A(VRGFA)[3]。这些研究有助于研究人类早期胎盘的发育及疾病模型的构建。
有血管的胎盘类器官分化示意图和显微图[3]
输卵管类器官
输卵管作为配子和胚胎运输、受精、精子储存、和胚胎初步发育的场所，在女性生殖系统中发挥着重要作用[4]。在临床研究中，输卵管内易发重大疾病，如输卵管妊娠、输卵管不孕、输卵管肿瘤、输卵管结核等，由于输卵管位于子宫底两侧，包裹在子宫阔韧带上缘内的特殊位置，使目前的经研究几乎不能够直接检查和研究活体患者。因此，能够再现体内输卵管结构和功能的体外类器官模型的应用对于输卵管疾病的研究具有重大意义。
输卵管类器官可以由输卵管上皮细胞构建，通过使用酶解法分离细胞并在3D条件下培养，加入合适的生长因子和抑制剂可以使输卵管类器官重现原生组织结构，与原生组织具有高度一致性，且对于激素次级由明显的反应，显示强大的生长能力，可以在培养中长期维持[5]。
3D培养类器官[5]
阴道类器官
有研究发现，2%Ultraserum-G、EGF、TGF-β和ROCK抑制剂的添加有助于长期维持小鼠阴道类器官培养。阴道组织来源的细胞增殖分化依赖于细胞自主的Wnt信号，用Wnt信号小分子抑制剂IWP2或β-catenin进行局部消化，可以阻碍类器官的形成[6]。
卵巢类器官
卵巢负责产生女性配子、卵细胞和荷尔蒙。卵巢癌是女性死亡率最高的癌症之一。卵巢癌类器官已经被证实是临床前研究中十分实用的模型之一。卵巢癌主要出现在卵巢表面上皮(OSE)细胞，卵巢癌类器官可以使用来自癌症患者的卵巢表面上皮细胞衍生形成。有研究报告了成功构建卵巢癌类器官模型的情况。这些类器官再现了其来源病变的组织学和基因组特征，并代表了患者自身和患者之间的异质性。此外，器官显示出肿瘤对化疗药物的特异性敏感性，因此为药物筛选和发现提供了可靠的临床工具[7]。同时有学者报道了Matrigel中的层粘连蛋白、纤连蛋白和明胶的存在为OSE细胞形成三维结构提供了合适的细胞外基质，在48小时内呈现出单一的上皮衬里和中空的腔体，并发现了适合卵巢癌类器官的培养体系[8]。
卵巢癌类器官生长[7]
卵巢癌类器官再现了癌症的病理生理学。因此，优化卵巢癌类器官的培养基对于实现其最有效的生长和发展非常重要。
子宫内膜类器官
人类的子宫内膜是一个复杂的多细胞、动态组织，子宫内膜对哺乳动物的雌性生殖至关重要，其功能或周期性重塑的缺陷可导致植入失败、妊娠障碍、子宫内膜异位症或子宫内膜癌。子宫内膜类器官可以来自正常的子宫内膜或病变的子宫内膜组织。Turco等人证明了子宫内膜类器官的培养基成分可以与常用于培养其他类器官的成分相同。子宫内膜类器官也表现出腺体器官化、顶端基底层极性、黏液分泌以及对性激素的反应[9]。最近，在分步培养方案下，研究人员首次成功建立人类iPSC衍生的子宫内膜类器官[10]。分化过程包括诱导人类iPSC形成胚胎小体(EBs)，然后用一系列细胞因子和生长因子混合物对EBs进行培养和处理超过14天，最终分别形成了原始条纹、骨盆上皮和最后的子宫内膜基质成纤维细胞[11]。
类器官衍生计划[9]
一项研究利用从健康妇女和患有腺肌症的妇女收集的子宫内膜细胞开发了类器官，以研究不孕症，并利用病理组织生成的有机体保持其疾病表型[12]。还有研究分别从正常子宫内膜细胞和子宫内膜异位症患者的子宫内膜细胞生成了类器官，并发现用子宫内膜异位症组织生成的类器官在大多数被评估的位点上保持了表观遗传模式[13]。子宫内膜类器官可能是研究子宫内膜异位症的一个合适的体外模型。子宫内膜类器官还可进一步用作胚胎植入的模型。研究人员通过将子宫内膜类器官与从生长中的胚胎培养物中收集的条件培养基共同培养，发现在胚胎移植过程中，加入从生长中的胚胎收集的条件培养基时，临床妊娠率提高[14]。
宫颈类器官
宫颈可分为三个部分：宫颈内口、鳞柱交界处(SCJ)和宫颈外口。宫颈的SCJ区域是HPV感染宫颈后出现宫颈癌的区域。建宫颈或SCJ类器官将有助于研究人员更好地了解疾病机制，并开发新的有效治疗方法。
Jackson等人[15]通过对商业宫颈角质细胞、成纤维细胞和骨髓细胞系进行培养，然后成熟并纯化为朗格汉斯细胞(Langerhans cell)，替代性地开发了人类宫颈类器官。Maru等人[16]首次证明了正常SCJ样本可以产生类器官。并且这种类器官培养条件可以在没有任何基因修改的情况下延长培养时间。同时通过使用基质胶双层培养法产生宫颈透明细胞癌(cCCC)的类器官，基因组分析在cCCC类器官和cCCC区块中都检测到了突变。这些结果表明，cCCC类器官可能有助于对cCCC患者的治疗发现。
1-7天肿瘤类器官图像[16]
生殖类器官能够再现来源组织的关键解剖学，分子和功能性特征，还可以应用于诸多下游研究，但是现阶段的生殖类器官研究仍旧受限于培养方式，以及材料获取，且目前对于开发具有神经系统功能的生殖类器官依然存在障碍。但是生命科学领域的发展日新月异，也许在某一天，这些问题就会得到完善。
参考文献
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