IF50.5｜人类生殖道发育的时空细胞图谱

一张覆盖6-21孕周、超50万细胞的生殖道发育图谱，揭示性别分化与器官区域化的分子逻辑。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

人类生殖道发育涉及性别决定、组织模式化和形态发生等复杂过程，其异常可导致不孕、先天性畸形等终身问题。此前研究多聚焦于小鼠等模式生物，或仅针对性腺等单一器官进行单细胞分析，缺乏对人类整个生殖道（除性腺外）在关键发育窗口的系统性细胞和分子描述。已知苗勒氏管和沃尔夫氏管分别发育为雌雄内生殖道，但其在人类中的区域化机制、性别特异性信号如何驱动分化与退化，以及外部生殖器尿道管化的分子基础仍不清楚。

科学问题

卡在哪里： 以往单细胞研究主要集中于性腺，对苗勒氏管和沃尔夫氏管的全长区域化、性别特异性细胞通讯以及外部生殖器尿道管化的分子机制缺乏系统解析。此外，缺乏将空间转录组与单细胞多组学整合的发育图谱，限制了对发育过程中细胞状态连续变化和微环境信号梯度的理解。

本文要回答： 构建人类生殖道（除性腺外）在6-21孕周的单细胞和空间多组学图谱，解析性别分化、导管区域化和外部生殖器发育的细胞与分子机制。

技术路线

作者主要用了：scRNA-seq、scATAC-seq、原位测序、10x Visium、smFISH、类器官。

作者收集89例6-21孕周胎儿生殖道样本，采用scRNA-seq和scATAC-seq获取单细胞转录组和染色质可及性数据，同时利用原位测序和10x Visium获得空间转录组信息。通过将单细胞数据映射到空间数据上，精确注释了52种生殖道特异性细胞类型。随后，针对苗勒氏管和沃尔夫氏管，构建了从头到尾的空间轴，结合轨迹推断和细胞通讯分析，揭示区域化过程中的关键转录因子和信号通路。最后，利用胎儿子宫类器官验证内分泌干扰物的影响。

图 1　Fig. 1。图1展示了研究设计和主要细胞类型图谱。左图示意XX和XY胚胎生殖道解剖结构；右图UMAP显示538,742个细胞按谱系和性别着色，下方展示生殖道特异性细胞的UMAP，共鉴定52种细胞类型。该图概括了样本组成、技术平台和细胞多样性，为后续分析奠定基础。

核心亮点

亮点 1｜苗勒氏管形成与退化的新基因

通过轨迹分析，发现苗勒氏管上皮分化早期瞬时上调RXRG、PNOC、LYPD1等基因，迁移阶段上调FGF20、GDNF、CALCA等神经元迁移相关基因。smFISH验证了这些基因沿导管前后轴的区域化表达。在雄性苗勒氏管退化间充质中，特异性上调WNT抑制剂NOTUM、NKD1、WIF1和自噬调节因子ADRA2A、LAMP5等，且这些基因在雌性中不表达，提示雄性苗勒氏管退化涉及WNT信号抑制和自噬激活。

图 2　Fig. 2。图2聚焦苗勒氏管形成与退化。左图示意苗勒氏管形成步骤；右图展示6-8孕周体腔上皮、苗勒氏管上皮和间充质的FDG嵌入，叠加轨迹。关键基因沿轨迹的表达变化以平滑曲线展示，smFISH验证了PNOC、LYPD1、FGF20等基因的空间分布，并显示雄性退化间充质特异性表达NOTUM、WIF1等。

亮点 2｜HOX密码的修正与扩展

发现人类输卵管头端间充质高表达胸段HOX基因（HOXA5、HOXC5、HOXC6、HOXA7），而腰骶段HOX基因（HOXA10、HOXA11、HOXA13）在子宫颈和阴道间充质中上调，修正了小鼠中Hoxa9沿输卵管全长的模式。scATAC-seq证实胸段HOX调节子在输卵管间充质中活跃。此外，在沃尔夫氏管间充质中，HOXA7和HOXA9分别标记附睾头尾区域，表明胸段HOX密码在雄性生殖道中同样保守。

图 3　Fig. 3。图3展示苗勒氏管和沃尔夫氏管区域化。左图示意雌性输卵管和子宫阴道轴；右图显示15孕周输卵管和子宫阴道的10x Visium空间轴值。下方展示HOX基因和转录因子沿轴的表达梯度，以及WNT、BMP等信号通路的活性变化。该图揭示了间充质区域化的分子基础。

亮点 3｜间充质-上皮信号轴的区域化

细胞通讯分析显示，WNT和视黄酸信号在输卵管和子宫区域活跃，而阴道上部WNT抑制增强（WIF1、SFRP5）。IGF1-IGF1R、整合素（TNC）和BMP信号（GDF7、GDF10、BMP4/7）在阴道上部富集，可能诱导上皮RUNX1和TP63表达。在附睾和输精管中，BMP和整合素信号同样呈现区域化。此外，输卵管间充质表达LGR5，可能响应上皮RSPO1，提示干细胞龛特征。

图 4　Fig. 4。图4聚焦外部生殖器性别分化。左图显示14孕周男性胎儿10x Visium切片上尿道上皮和尿道海绵体的空间映射；右图展示男性化编程窗口期间早期尿道海绵体差异表达基因的火山图，突出CSRP2、CYP1B1等雄激素靶基因。该图支持尿道管化涉及雄激素驱动的间充质-上皮信号。

亮点 4｜输卵管与附睾上皮的胎儿期区域化

在胎儿输卵管非纤毛上皮中，发现PNOC、APOA1等基因从头端到尾端递减，而MUC6、WDR72等在峡部上调。这些梯度在成人输卵管中得以维持，表明区域化始于胎儿期。在附睾非纤毛上皮中，ESR1、SALL1等头端富集，GATA3、WNT9B等尾端富集，与成人附睾功能区域一致。

图 5　Fig. 5。图5展示药物和内分泌干扰物对生殖道上皮的影响。左图热图显示药物靶点在早期生殖道上皮中的富集；右图示意胎儿子宫类器官暴露于BPA和BBP的实验设计。点图显示类器官细胞类型预测，条形图展示纤毛细胞比例变化和雌激素响应基因上调，验证了EDCs的雌激素样效应。

亮点 5｜尿道管化的性别差异机制

在男性化编程窗口（8-14孕周），早期尿道海绵体高表达雄激素受体，并上调CSRP2、CYP1B1等雄激素靶基因。细胞通讯分析揭示JAG1-NOTCH2/3和多种粘附连接相关配体-受体对在男性中富集，可能促进尿道管化。女性早期尿道海绵体则上调ECM组织相关基因。

亮点 6｜胎儿子宫上皮对内分泌干扰物敏感

药物靶点分析预测苗勒氏管上皮对降钙素相关药物和生长抑素类似物敏感。胎儿子宫类器官暴露于BPA和BBP后，纤毛细胞比例增加，PGR和雌激素响应基因上调，证实这些内分泌干扰物具有雌激素样效应，可能干扰子宫发育。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： scRNA-seq、scATAC-seq、原位测序、10x Visium、smFISH、类器官
• 公开数据： ERP27
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 从事生殖发育、单细胞空间组学、内分泌干扰物研究的科研人员。

带走一句

将空间轴建模与单细胞多组学结合，可系统解析发育过程中的区域化逻辑；类器官验证为预测的药物或环境暴露风险提供了功能证据。