《自然》：如何修复皮肤不留疤？单细胞图谱从“婴儿般肌肤”中找出关键

学术经纬

2024-10-18 08:00发布于江苏药明康德旗下药明在线官方账号

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01《自然》杂志发表了一项关于人类胚胎皮肤单细胞空间图谱的研究，揭示了皮肤发育过程中的细胞动态和分子变化。

02研究发现，胎儿皮肤中的先天免疫细胞如巨噬细胞对皮肤形态发生和毛囊形成至关重要。

03通过分析胎儿皮肤与健康成人皮肤的成纤维细胞群体，研究人员发现两者在免疫抑制、炎症反应等方面存在差异。

04为此，研究人员利用干细胞制作了皮肤“类器官”，成功培养出毛发，并发现缺乏免疫细胞会导致皮肤组织发育受阻。

05未来，这份细胞图谱有望指导皮肤和毛发移植，以及开发新方法避免术后留疤。

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图片▎药明康德内容团队编辑  

皮肤作为人体最大的器官，为我们提供了重要的保护屏障，有调节体温的作用，还能在破损后自我再生。不过，无论是儿童还是成年人，皮肤在受损或经历手术后常会留下疤痕。伤疤带来的不只是美容问题，由于疤痕组织不会产生新的毛囊，没有汗腺，这部分皮肤难以适应变化的外界温度，而且疤痕组织缺乏皮肤正常的韧性和强度，有的人可能因为伤疤而无法弯曲手肘或膝盖，难以闭合眼睛或张开嘴巴。

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图片来源：123RF


如何才能让受损的皮肤修复如初？让皮肤回到婴儿般的状态，听起来像一句广告词，但一些科学家的思路确实如此。手艺精湛的外科医生在为胎儿施加手术后发现，胎儿的皮肤有独特的愈合能力，伤口不会留下疤痕，这种状态是儿童和成人的皮肤达不到的。因此，科学家们试图分析胎儿的皮肤细胞，了解皮肤的发育过程，希望从中找到完美修复皮肤的线索。

日前，《自然》杂志上线的一篇新研究在这方面取得了突破。

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新研究由英国（Wellcome Sanger Institute）、纽卡斯尔大学（Newcastle University）等机构联合组成的研究团队完成。他们利用前沿的单细胞测序技术和空间转录组学数据，首次绘制出了一份描述人类胚胎（7~17周）皮肤的单细胞空间图谱。细胞图谱详细展示了调控皮肤和毛囊发育的细胞动态和分子变化，可以指导再生医学，例如在帮助烧伤患者移植皮肤的过程中制造出新的毛囊。

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▲研究流程示意图（图片来源：参考资料[1]）

从获得的细胞图谱中可以看到，胎儿时期的皮肤组织中有丰富的先天免疫细胞，例如巨噬细胞。

在传统的认识中，这些先天免疫细胞的作用是保护皮肤免受感染，但在子宫内，也就是无菌环境中，它们的作用是什么呢？研究人员发现，在人皮肤发育早期，这些免疫细胞会影响皮肤的形态发生，促进血管生长，对于毛囊的形成至关重要。

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▲不同细胞群在胚胎发育过程中的变化（图片来源：参考资料[1]）

依据细胞图谱给出的“分子配方”，研究人员利用干细胞在培养皿中长出了一个皮肤“类器官”，也就是与真实人体皮肤组织的功能与结构相类似的三维模型，包括表皮和真皮的细胞类型，能够长出毛发。在缺乏免疫细胞的情况下，内皮细胞的类型和数量都明显减少。而通过在类器官中添加免疫细胞，可以看到血管网络的重塑能力得到增强，促进皮肤组织的发育和更好地愈合伤口。

胎儿皮肤可以无痕修复也与这些免疫细胞有关。疤痕的产生是因为真皮的成纤维细胞产生的胶原蛋白形成聚集，而上面的表皮无法完全再生。而研究人员分析和比较了胎儿皮肤与健康成人皮肤的成纤维细胞群体，发现两者涉及免疫抑制、炎症反应的多个基因有表达差异，而巨噬细胞产生的多种生长因子会与成纤维细胞上的相应受体作用，对成纤维细胞产生影响。

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▲胚胎皮肤中巨噬细胞与成纤维细胞相互作用（图片来源：参考资料[1]）

研究人员指出，这份细胞图谱带来的见解将用于指导皮肤和毛发移植，希望造福烧伤患者、瘢痕性脱发患者，也可以为开发新方法避免术后留疤提供基础。

除此之外，研究人员还通过细胞图谱和类器官模型探索了一些造成水疱或干燥脱皮（鳞状皮）的先天性皮肤病是如何发生的，例如哪些与疾病相关的突变基因在胚胎时期的皮肤中就已经“打开”，未来或许可以设法真正从根源上治疗这些疾病。


参考资料：


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