《Science》：异位成纤维细胞重塑皮肤抗压能力

研究概述

皮肤表型由表皮和真皮的特性及其相互作用所控制。改变皮肤表型具有临床潜力，例如将截肢者的残留肢体和残端皮肤转化为压力敏感的背侧皮肤，以增强假肢的使用并最小化皮肤损伤。背侧皮肤的特征包括更高的角蛋白9 (KRT9) 表达、更高的表皮厚度、角质形成细胞胞质大小、胶原蛋白长度和弹性蛋白。鉴于成纤维细胞能够调节角质形成细胞的分化，为了验证背侧成纤维细胞是否会影响这些特征，约翰斯·霍普金斯大学的Luis A. Garza研究团队在《Science》上发表了“The use of ectopic volar fibroblasts to modify skin identity”。这项研究发现足底成纤维细胞具有独特的压力响应能力和改造皮肤身份的能力。研究人员通过体外实验和生物打印皮肤构建验证了足底成纤维细胞能够诱导非足底皮肤向足底皮肤特征转变，例如表皮厚度增加、角质形成细胞变大等。在临床试验中，将足底成纤维细胞注入非足底皮肤后，这些特征得到了进一步验证。这些发现表明，足底成纤维细胞有望成为一种细胞疗法，用于治疗截肢者残端皮肤磨损等问题。

生物3D打印在本研究中的作用

在研究中，3D生物打印技术被用于构建包含足底成纤维细胞和胎儿皮肤角质形成细胞的皮肤构建物。通过比较使用足底成纤维细胞和头皮成纤维细胞的皮肤构建物，研究人员发现足底成纤维细胞能够诱导非足底表皮产生足底皮肤的特定特征，例如表皮厚度增加、角质形成细胞变大以及KRT9和FGF7蛋白表达量增加。这表明3D生物打印技术可以模拟人体皮肤，并用于研究成纤维细胞对皮肤身份的影响。

主要内容

压力下足底成纤维细胞的特性

在静态压力下，足底成纤维细胞比头皮成纤维细胞具有更高的增殖能力和迁移速度，并表现出“弹弓式”运动。在动态压力下，足底成纤维细胞表达与压力相关的基因，而头皮成纤维细胞则没有。此外，足底成纤维细胞在生物打印皮肤构建物中诱导了非足底表皮的足底特征。

足底成纤维细胞改造非足底皮肤

与非足底皮肤相比，足底皮肤具有更厚的表皮、更大的角质形成细胞体积、更长的真皮胶原蛋白纤维和更高的弹性蛋白表达。此外，KRT9和KRT17蛋白在足底成纤维细胞注入部位的表达量也显著增加。

足底成纤维细胞影响角质形成细胞命运

单细胞RNA测序揭示了足底成纤维细胞注入部位角质形成细胞的基因表达变化，这些变化与表皮发育、角质形成、表皮细胞分化和细胞形状等过程密切相关。

足底成纤维细胞的细胞间通讯作用

细胞间通讯的变化表明足底成纤维细胞通过EGF、FGF和NOTCH信号通路改变了表皮生物学。此外，还展示了空间转录组学数据，显示在足底成纤维细胞注入部位，成纤维细胞数量增加，表皮分化也发生了变化。

总结

该研究通过体外培养、生物打印和临床试验等方法，探讨了足底成纤维细胞对皮肤身份的影响。研究发现，足底成纤维细胞对压力具有独特的响应，并能通过细胞间通讯和信号通路诱导非足底皮肤产生足底皮肤的特定特征，如表皮增厚、角质形成细胞体积增大以及胶原蛋白和弹性蛋白表达增加。这为开发治疗与压力相关的皮肤疾病（如截肢患者的残端皮肤问题和卧床患者的压疮）的细胞疗法提供了新的思路。

文献原文：10.1021/acs.analchem.4c00367

文献链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1650

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