单细胞+空间转录组，揭示卵巢衰老背后的关键密码：FOXP1基因与槲皮素的潜在作用
女性卵巢衰老的速度为什么远快于身体其他器官？在这个过程中，卵巢内部的微环境和细胞究竟到底发生了哪些不为人知的变化呢？
2024年4月9日，Nature Aging杂志发表了华中科技大学同济医学院附属同济医院王世宣、戴君和李艳团队的研究成果，该研究利用时空转录组技术揭示了人类卵巢衰老的细胞分子机制以及关键调控因子FOXP1的作用。
今天我们就来拆解一下这篇文章：Spatiotemporal transcriptomic changes of human ovarian aging and the regulatory role of FOXP1。
研究概述
本研究通过联合单细胞转录组测序（scRNA-seq）和空间转录组（ST-seq）技术，系统绘制了人类卵巢跨越育龄期（18–28岁）、中年（36–39岁）和高龄（47–49岁）三个阶段的时空动态图谱。研究团队不仅鉴定了八类主要卵巢细胞及其亚型的分子特征和空间定位，还发现了DNA损伤反应是卵子衰老的关键通路，并且确定了转录因子FOXP1在抑制细胞衰老中的核心作用。
实验设计
该研究收集了15例健康人类卵巢组织，按年龄分为三组，利用10x Genomics平台和Visium空间技术获取单细胞和空间表达数据。在生物信息学分析的基础上，研究者还通过siRNA干扰、染色质免疫共沉淀（ChIP）和双荧光素酶报告实验验证其分子机制。随后，通过构建颗粒细胞特异性敲除FOXP1的小鼠模型，观察其对卵巢储备的影响，并测试了槲皮素等药物在延缓卵巢衰老中的潜力。
研究结果
Fig 1：建立了人类卵巢单细胞和空间转录组图谱，明确了卵子、颗粒细胞及间质细胞等八类细胞的空间分布特征。
Fig 2：通过随人类肌肉衰老新出现的肌核群的转录组特征，发现衰老过程中卵巢各类细胞的衰老信号通路普遍激活，且细胞衰老标志物CDKN1A表达显著上调。
Fig 3：肌核的衰老轨迹与基因调控网络揭示衰老卵子中DNA损伤积聚、修复能力下降，且MDK-LRP1介导的炎症性细胞通讯增强。
Fig 4：三种颗粒细胞亚型功能各异，衰老过程中向凋亡相关亚型转化，细胞衰老特征显著；
Fig 5：五种卵泡膜-基质细胞亚型具有不同空间定位和功能，衰老后呈现炎症、凋亡相关转录特征；
Fig 6：FOXP1随年龄增长表达下降，通过结合CDKN1A启动子抑制其转录，敲低FOXP1诱导卵巢细胞衰老；
Fig 7：颗粒细胞FOXP1敲除小鼠卵巢体积缩小、卵泡储备减少，生育能力下降；
Fig 8：槲皮素可激活FOXP1表达，减少细胞衰老，改善中年小鼠卵巢储备和生育能力。
数据分析
生信分析
该研究涉及scRNA-seq、ST-seq、体外实验的Bulk RNA-seq和染色质免疫沉淀-定量PCR（ChIP-qPCR）。
分析流程
原始数据经CellRanger/Space Ranger处理，Seurat包进行细胞聚类与注释，通过UMAP降维可视化；差异表达基因筛选采用Wilcoxon秩和检验，功能富集分析使用GO/KEGG数据库；接着利用Monocle2进行伪时间轨迹分析，CellChat预测细胞间通讯，PYSCENIC构建转录调控网络，以及计算AddModuleScore评估衰老通路得分。
统计分析
实验数据通过GraphPad进行处理，采用非配对t检验或单因素方差分析（ANOVA）评估组间差异，并使用Spearman或Pearson系数进行相关性分析。
总结
研究意义
本项工作首次提供了人类卵巢衰老的高分辨率时空图谱，解析了卵子及体细胞衰老的分子特征。研究鉴定出FOXP1是维持卵巢储备的核心保护因子，并证实槲皮素具有干预卵巢衰老的临床应用潜力，为女性生殖健康提供了新的治疗思路。
文章复现
这篇文章的原始数据和生信分析代码都公开了，非常全面。
• GEO数据库：GSE255690
• 代码：https://zenodo.org/doi/10.5281/zenodo.10867453
• 补充代码：https://github.com/Sxw3078/Human_Ovary_Aging/tree/main
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