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撰文丨亦
哺乳动物在胎儿时期能够不留疤地愈合伤口，但到成年时就极少有此种再生的能力【1】。成年哺乳动物皮肤的伤口愈合伴随着纤维化疤痕的形成，影响组织功能和生命质量【2】，而由于我们对于皮肤再生机制理解有限，重塑皮肤结构和功能的有效治疗手段仍然缺乏。受限于解剖学、免疫组成、遗传学、微生物组等方面的差异，啮齿动物模型不能重塑成人皮肤修复【3-5】，我们急需一个能够同时研究皮肤再生和纤维化修复的哺乳动物模型。驯鹿的鹿角每年都会再生且生长速度很快（超1 cm每天），其被鹿茸包裹，高度神经化和血管化，毛囊（hair follicles, HFs）皮脂腺的分布也很密集，此外，单个鹿角尖也能截断后再生【6】，因此，可能可以作为研究成年时期皮肤再生的独特模型。2022年12月8日，来自卡尔加里大学兽医学院的Jeff Biernaskie团队在Cell上发表了题为Fibroblast inflammatory priming determines regenerative versus fibrotic skin repair in reindeer的文章，利用驯鹿鹿茸，确定了导致哺乳动物皮肤疤痕及再生愈合的因素，发现成纤维状态是关键，并发现其不仅仅适用于驯鹿，在小鼠和人中也是，提出解除成纤维与免疫间的相互作用可作为减轻疤痕的极具前景的手段。作者首先分别在成年驯鹿背部皮肤和鹿茸区域产生了同样直径大小为12 mm的全层皮肤切除伤口，30天后，背部皮肤伤口产生了一个不规则的增生性瘢痕，无HFs和色素沉积，与人的疤痕很像，而鹿茸区域没有疤痕，整个表面由新生HFs覆盖，几乎恢复之前的着色，60天后，几乎与未损伤区域完全一致（图1）。组织学分析显示鹿茸区域的再生皮肤具有新生的HFs，色素沉着的表皮和基质结构的重塑，是真正的皮肤再生。在烧伤得到直径为12 mm的全层皮肤伤口后，鹿茸区域也能获得近乎完全的再生。接下来，作者将全层鹿茸移植到同一动物的背部皮肤，发现异位移植的鹿茸表现出与原位近乎等同的再生能力，说明这一能力是鹿茸细胞的自主特征。为了理解这一独特再生能力背后的分子特征，作者分别对鹿茸和背部皮肤进行了单细胞RNA测序，发现差异最大的细胞类型是雪旺氏细胞和成纤维。由于成纤维更多地表现出组织特异性和其在愈合上的作用以及考虑到雪旺氏细胞有限的恢复程度，作者选择成纤维作为后续的研究重点。鹿茸成纤维富集再生全能性基因，有更多驻留的免疫细胞，激活的基因调控网络包括细胞可塑性、HF诱导和炎症衰减，提示鹿茸成纤维为再生做好了准备。进一步地，作者将驯鹿成纤维与啮齿动物成纤维和人皮肤成纤维相比较，发现起始纤维化的成纤维细胞呈现惊人的分子重叠，富集细胞因子和化学因子调控的信号通路，成纤维与免疫细胞间的关联在人中也存在。鹿茸皮肤与人胎儿期皮肤更像，基础状态的成纤维编程在此过程中发挥持续效应，产生大量的细胞外基质，而驯鹿背部皮肤与成人皮肤更像，对伤口有响应的肌成纤维细胞中机械感知增强。机器学习显示93%成人成纤维都是促纤维化的，68%的人胎儿成纤维是促再生的，进一步的预测模型显示促再生的成纤维只驻留在人胎儿期皮肤，而促炎成纤维细胞主要在成人皮肤。以上揭示了成纤维编程及定义再生与纤维化愈合的特异性成纤维标志基因跨物种的保守性。为了理解不同愈合过程中成纤维的动力学，作者依据mRNA剪切比例构建了轨迹，发现尽管背部皮肤和鹿茸成纤维在损伤后3天转录程序存在差异，但在7天后就会汇聚到一起，而在随后的7天又会再次分开（图2），伴随着高频的状态转化和鹿茸成纤维基础状态的重新获得，而背部皮肤的成纤维则维持激活的肌成纤维样，这提示成纤维具有组织特异性的剪切动力学。作者分别对损伤后0天和7天的成纤维进行scATAC-Seq测序分析，发现鹿茸和背部区域的创伤激活成纤维都经历表观重塑，促炎和再生成纤维间存在显著差异。在创伤后7-14天内，鹿茸和背部区域成纤维差异则一直维持，前者稳定富集TGF-β信号的负向调控子，后者则维持TGF-β信号驱动的肌成纤维状态。以上说明损伤前成纤维就已经预定了再生或纤维响应的模式。图2 不同区域成纤维的RNA velocities变化接下来，作者分析了鹿茸和背部皮肤伤口处的免疫细胞组成和状态存在很大异质性，成纤维作为巨噬细胞功能的主要驱动因素，间接影响T细胞招募，从而导致下游愈合结果差异（图3）。背部皮肤伤口成纤维促进炎症反应和髓系成熟，其与基质免疫细胞之间的相互作用营造了一个促纤维化的伤口环境，促进疤痕生成。而抑制促炎调控因子和激活促再生程序能逆转成纤维状态，重塑背部皮肤环境，提示药物对于皮肤再生的潜能。进一步地，作者发现成纤维炎症反应的起始就注定了纤维化修复的结果，阻碍这一过程就能加强皮肤再生。总的来说，文章报道了驯鹿鹿角皮肤的全层损伤再生，而背部皮肤会形成纤维化疤痕，作者通过多组学研究发现未受伤的鹿茸成纤维与人胚胎成纤维相似，而背部皮肤成纤维表达炎症调节因子，与促纤维化的成人和啮齿动物成纤维更为类似。并由此描述了不同位点的特异性免疫应答，鹿茸成纤维呈现免疫抑制，限制白血球招募，背部皮肤成纤维则在修复过程中促进骨髓浸润和成熟。提示驯鹿可作为强大的模型，对不同伤口愈合结果进行整合研究，促进严重皮肤损伤中靶向再生医疗的应用。原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.11.004
制版人：十一
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