本研究利用器官芯片技術(shù)探索了宮頸陰道粘液在維持陰道健康方面的保護作用，尤其針對細(xì)菌性陰道�。�BV）。通過構(gòu)建模擬人類宮頸和陰道的芯片模型，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，宮頸粘液能顯著降低由失調(diào)菌群（如加德納菌）引起的陰道炎癥和上皮損傷。通過進(jìn)一步的蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了與BV相關(guān)的潛在生物標(biāo)志物和治療靶點。這些發(fā)現(xiàn)不僅突顯了宮頸粘液在維護陰道健康中的重要作用，也展示了器官芯片技術(shù)在研究女性生殖道復(fù)雜相互作用中的價值。這項研究為理解陰道菌群失調(diào)的潛在機制提供了新的視角，并為開發(fā)針對性療法和診斷工具以提升女性生殖健康開辟了新的道路。

1、利用Emulate器官芯片，構(gòu)建傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｐ碗y以模擬生理結(jié)構(gòu)和功能的陰道及宮頸模型，并將二者整合。

2、利用Emulate器官芯片技術(shù)，探索宮頸粘液在調(diào)節(jié)陰道微生物組組成及其對健康結(jié)果的影響。

首先，將原代人子宮成纖維細(xì)胞接種于底部通道，并在頂部通道中接種人陰道上皮細(xì)胞，從而構(gòu)建出人類陰道芯片。構(gòu)建人類宮頸芯片的方法類似，即將原代宮頸成纖維細(xì)胞接種于底部通道，隨后在頂部通道中接種原代宮頸上皮細(xì)胞。

自宮頸芯片的上皮通道中，科學(xué)家們連續(xù)7天收集了含粘液的流出物（“宮頸芯片粘液”），隨后利用陰道芯片的上皮通道進(jìn)行灌注，以模擬體內(nèi)生殖道中粘液的自然流動過程（圖1A）。相較于不含粘液的對照組陰道芯片，含有宮頸芯片粘液的陰道芯片在多種促炎細(xì)胞因子的分泌上顯示出顯著降低，這些因子包括IL-1α、IL-1β和巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1β（MIP-1β），同時，在暴露24h后，抗炎因子IL-10的產(chǎn)生有所增加（圖1B）。這些結(jié)果表明，在體外條件下，由宮頸上皮產(chǎn)生的含粘液的液體能夠直接影響陰道上皮，導(dǎo)致細(xì)胞因子的產(chǎn)生受到抑制，這一效應(yīng)在缺乏免疫細(xì)胞的情況下依然存在。

圖1：宮頸粘液對陰道芯片產(chǎn)生細(xì)胞因子的影響

接下來，科學(xué)家們研究了宮頸粘液對陰道芯片中菌群失調(diào)（非最佳）陰道微生物群的影響。研究方法是在陰道芯片培養(yǎng)的第 14 天，分別在有無宮頸芯片含粘液流出物的情況下，將含有G. vaginalis E2和E4以及P. bivia BHK8 和A. vaginae (BVC1；約10^5 CFU/芯片) 的菌群接種到陰道芯片中。結(jié)果顯示，人類宮頸粘液的存在抑制了菌群在陰道上皮的定植以及其在陰道芯片上繁衍的能力。

無論是先用宮頸粘液流出物預(yù)處理陰道芯片一天后再引入微生物組，還是在引入微生物組后再添加粘液，或者在細(xì)菌接種前一日添加粘液并在隨后的3天培養(yǎng)中持續(xù)存在，感染72小時內(nèi)收集的陰道芯片上皮通道流出物中活的非粘附細(xì)菌的CFU總數(shù)（圖2A）與培養(yǎng)結(jié)束時陰道芯片消化液中活的粘附細(xì)菌的數(shù)量（圖2B）均顯著減少。在宮頸粘液存在的情況下，陰道芯片上皮與菌群失調(diào)的BVC1聯(lián)合體消化后，具有線索細(xì)胞樣外觀（即被結(jié)合細(xì)菌覆蓋）的陰道上皮細(xì)胞數(shù)量減少（圖2C、D）。

由宮頸粘液引起的細(xì)菌細(xì)胞數(shù)量減少現(xiàn)象，伴隨著陰道上皮細(xì)胞活力的增加（圖2E），以及促炎細(xì)胞因子IL-10、RANTES（CCL5）、TNF-α、MIP-1β和IL-1α在共培養(yǎng)72小時后顯著下調(diào)（圖3）。這些發(fā)現(xiàn)揭示了宮頸芯片粘液能夠直接影響陰道芯片上皮，抑制炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，這與保護陰道上皮免受損傷具有相關(guān)性。

圖3：暴露于菌群失調(diào)聯(lián)合體的陰道芯片產(chǎn)生的細(xì)胞因子

為了探究宮頸粘液是直接抑制細(xì)菌細(xì)胞生長，還是通過改變陰道細(xì)胞生理學(xué)間接抑制生長�？茖W(xué)家們進(jìn)行了以下實驗，他們比較了從對照宮頸芯片的上皮通道收集的含粘液流出物樣本中陰道加德納菌的生長情況，以及用宮頸芯片含粘液流出物灌注1天的陰道芯片流出物中培養(yǎng)的細(xì)菌。作為實驗對照，該細(xì)菌直接在用于灌注宮頸和陰道芯片頂端通道的HBSS中培養(yǎng)。實驗結(jié)果表明，陰道加德納菌在宮頸芯片含粘液流出物中生長良好，但在用類似的宮頸芯片含粘液流出物灌注的陰道芯片流出物或缺乏關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)的HBSS中培養(yǎng)時，其生長受到抑制（圖4A，B）。值得注意的事，在提供最佳營養(yǎng)條件后進(jìn)行的類似研究中，細(xì)菌生長在對照 HBSS 流出物中的生長得以恢復(fù)，但在暴露于宮頸芯片含粘液液體的陰道芯片流出物中卻沒有恢復(fù)（圖4C、D ）。這些發(fā)現(xiàn)揭示了宮頸芯片產(chǎn)生的粘液成分能夠誘導(dǎo)陰道芯片內(nèi)壁細(xì)胞表達(dá)出抑制細(xì)菌生長的因子，從而達(dá)到抑制細(xì)菌的效果。

圖4：2D培養(yǎng)中陰道芯片流出物中陰道加德納菌的生長受到抑制制

為了進(jìn)一步探索宮頸粘液對陰道上皮的影響，科學(xué)家們進(jìn)行了質(zhì)譜分析，以比較暴露于宮頸芯片流出物前后的陰道芯片與未處理的陰道芯片流出物的蛋白質(zhì)組差異。研究中發(fā)現(xiàn)，在鑒定出的 1752 種蛋白質(zhì)中，有 103 種蛋白質(zhì)在流經(jīng)宮頸芯片流出物的陰道芯片與單獨的宮頸芯片流出物或陰道芯片流出物之間存在差異。并觀察到多種蛋白質(zhì)表達(dá)的顯著變化，其中 64 種蛋白質(zhì)表達(dá)增加（圖5A），39 種蛋白質(zhì)表達(dá)減少（圖5B），最顯著的變化以火山圖突出顯示（圖5C）。此外，蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)的主成分分析（PCA）的結(jié)果也表明，與未經(jīng)處理的宮頸或陰道芯片相比，暴露于宮頸芯片粘液的陰道芯片流出物中的蛋白質(zhì)表達(dá)發(fā)生了顯著變化（圖5D）。

通過 STRING 分析，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在 39 種下調(diào)的蛋白質(zhì)中，有 3 種表現(xiàn)出鈣通道抑制劑的活性（PHPT1、AMBP、SLC30A1）。 3 種下調(diào)的蛋白質(zhì)屬于脂質(zhì)運載蛋白家族（AMBP、APOD、RBP4），該家族因在調(diào)節(jié)炎癥和抗氧化反應(yīng)方面的作用而廣為人知。STRING 分析進(jìn)一步揭示，17 種上調(diào)的蛋白質(zhì)是 RNA 結(jié)合蛋白（RBP）。考慮到 BV 會增加對性傳播感染（包括病毒感染）的易感性，這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支持了 RBPs 可能參與在生殖道內(nèi)免疫反應(yīng)。此外，在陰道芯片暴露于宮頸粘液后，能夠增強潛在抗菌蛋白 PLAU 和 WASF2 的表達(dá)。值得注意的是，一種顯著下調(diào)的蛋白 GNS，其下調(diào)可能有助于抑制觀察到的菌群失調(diào)細(xì)菌的生長，這種抑制作用是通過增加糖蛋白的硫酸化來防止粘蛋白被降解實現(xiàn)的。

圖5：宮頸粘液改變陰道分泌物

本研究強調(diào)了宮頸粘液在維持陰道健康和預(yù)防菌群失調(diào)相關(guān)變化中的關(guān)鍵作用。研究結(jié)果明確表明，含有宮頸粘液的分泌物能夠抑制人陰道芯片中菌群失調(diào)的生長，以及相關(guān)的炎癥和上皮細(xì)胞損傷。科學(xué)家們還識別出若干蛋白質(zhì)和抗菌肽，它們可以作為監(jiān)測女性生殖道健康狀況的臨床生物標(biāo)志物，并可能成為治療陰道菌群失調(diào)的潛在靶點。

此外，這項研究揭示了外泌體在組織間通訊和對女性生殖道菌群失調(diào)的免疫保護中所扮演的潛在角色。這些發(fā)現(xiàn)可能具有重要的臨床意義，特別是在識別具有復(fù)發(fā)性菌群失調(diào)高風(fēng)險的患者，并定制其相應(yīng)的治療計劃。

Emulate人體器官芯片模型為研究女性生殖道宿主-微生物組相互作用提供了寶貴的工具，并有助于識別陰道菌群失調(diào)及其他相關(guān)疾病患者的潛在臨床生物標(biāo)志物和治療靶點。