發(fā)布時間：2024-11-29 16:32
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俗話說，人活一張臉，樹活一層皮。臉面的重要性，不言而喻。生活中有很多事是臉面的“敵人”，比如疤痕。小到痘印，大到手術(shù)后的傷疤，很多人都為之苦惱。最近，科學家發(fā)現(xiàn)完全修復疤痕的秘密。
在這之前，我們先了解一下人體最大的器官——皮膚的構(gòu)成。
皮膚主要由表皮和真皮兩部分組成，前者是一層扁平的上皮細胞，形成抵御外界侵害的保護屏障，后者則包含支持皮膚的纖維母細胞。除此之外，在真皮層下面有一層皮下組織，它不僅包含脂肪細胞，幫助儲存我們體內(nèi)的大部分脂肪，還包含成纖維細胞、巨噬細胞、血管、神經(jīng)和淋巴管。
皮膚是在子宮的無菌環(huán)境中發(fā)育形成的。出生前，皮膚具有獨特的自愈能力，是不會留下疤痕的。當你還是個孩子的時候，未來擁有著無限可能。與之類似，早期胚胎中的前體細胞在外部力量和內(nèi)部因素的支配下，做出一系列逐步的“決定”，從而產(chǎn)生成人體中存在的各種細胞類型，這一過程被稱之為“細胞分化”。
皮膚表皮、真皮就是在早期胚胎的細胞分化中逐漸形成的。
毛囊的形成也與皮膚密不可分。毛囊同樣是在出生前形成的，它的發(fā)育是從一個干凈的“基板”開始的。隨著上皮層細胞增厚，真皮成纖維細胞誘導基板的形成，最終形成毛囊。
除上述結(jié)構(gòu)外，皮下組織中的血管更是在胚胎發(fā)育初期“遙遙領(lǐng)先”。它連同心臟是胚胎發(fā)育過程中功能活動最早的系統(tǒng)，開始于胚胎發(fā)育的第3周，并于第4周行使血液循環(huán)功能，為其后發(fā)育形成的器官提供營養(yǎng)和氧氣。
了解皮膚的構(gòu)成后，如果能“畫出”人類產(chǎn)前皮膚的單細胞藍圖，就能進一步揭秘皮膚形成和修復的奧秘了。
最近，來自英國威康桑格研究所、澳大利亞紐卡斯爾大學等機構(gòu)的研究人員，創(chuàng)建了首個人類產(chǎn)前胚胎皮膚的單細胞和空間圖譜，并揭示了包括毛囊在內(nèi)的人類皮膚的形成機制。這項研究成果2024年10月16日發(fā)表在《自然》雜志上。
研究團隊在培養(yǎng)皿創(chuàng)建了一個能夠生長毛發(fā)的“迷你皮膚器官”。利用這一類器官，他們發(fā)現(xiàn)了免疫細胞在無瘢痕皮膚修復中的重要作用。
研究使用了產(chǎn)前胚胎皮膚組織樣本，將其分解以觀察懸浮狀態(tài)的單個細胞以及組織內(nèi)細胞。研究團隊利用單細胞測序和空間轉(zhuǎn)錄組學技術(shù)，分析了時間和空間中的單個細胞變化，以及調(diào)節(jié)皮膚和毛囊發(fā)育的細胞機制。人類胚胎皮膚在8胎齡前由單層表皮覆蓋，從11胎齡開始表皮逐漸增厚，并在14-15胎周時觀察到毛囊的出芽和伸長，17胎周時毛囊結(jié)構(gòu)更加明顯。
研究發(fā)現(xiàn)，妊娠早期真皮成纖維細胞和巨噬細胞可能有助于無瘢痕皮膚愈合。疤痕的產(chǎn)生是因為真皮的成纖維細胞產(chǎn)生的膠原蛋白形成聚集，而上面的表皮無法完全再生。在妊娠早期，胎兒皮膚的真皮成纖維細胞下調(diào)了與炎癥、細胞外基質(zhì)形成以及膠原沉積相關(guān)的基因，這可能有助于促進再生而非瘢痕形成。此外，兩種巨噬細胞與成纖維細胞共定位，顯示出它們可能通過血小板衍生生長因子等信號通路相互作用，從而推動皮膚的免疫調(diào)節(jié)和組織修復。
研究還發(fā)現(xiàn)，在利用成體干細胞創(chuàng)建的“迷你皮膚器官”中，血管形成不如胚胎皮膚完善。通過將巨噬細胞添加到此類器官中，研究團隊發(fā)現(xiàn)巨噬細胞能促進血管形成，并進行了3D成像以評估組織內(nèi)的血管形成情況。研究數(shù)據(jù)表明，巨噬細胞促進內(nèi)皮細胞的趨化和血管形態(tài)生成，有助于出生前皮膚的血管形成，而在缺乏巨噬細胞的模型中，內(nèi)皮細胞的發(fā)育和功能受到顯著限制。這些結(jié)果都強調(diào)了巨噬細胞在早期發(fā)育過程中的關(guān)鍵作用。
由此可見，巨噬細胞這類先天免疫細胞不僅在免疫防御中起作用，還在皮膚形態(tài)發(fā)生中扮演重要角色。他們通過與非免疫細胞的相互作用，有利于毛囊形成、無瘢痕傷口愈合以及皮膚血管生成等。
此項研究作為人類細胞圖譜計劃的一部分，揭示了皮膚構(gòu)成和再生的“秘密”，首次證明巨噬細胞對人類皮膚早期發(fā)育起著關(guān)鍵作用。這為改善其他組織類器官的血管形成提供了新選擇，也有助于開發(fā)新型類器官模型，揭示特定的突變是如何導致先天性皮膚疾病的，比如水泡疾病和鱗狀皮膚。
研究成果還為瘢痕修復提供了思路。據(jù)估計，全世界每年約1億人被燒傷，盡管皮膚具有顯著的自我愈合能力，但嚴重燒傷難以完全再生，導致難治性傷口和瘢痕形成。此項研究或許可以發(fā)揮免疫細胞的作用，幫助燒傷患者進行皮膚移植。
這項研究為無疤痕愈合提供了生物學基礎(chǔ)，后續(xù)還待進一步研究這些細胞間的相互關(guān)系闡明其機制。相信隨著對人體胚胎皮膚圖譜研究的加深，未來或許真的可以從根源上治療皮膚病，讓皮膚病患者、燒傷患者重獲“嬰兒般肌膚”。