首頁資訊繪制人體皮膚傷口愈合的單細(xì)胞時(shí)空圖譜，全面解析細(xì)胞動(dòng)態(tài)與分子機(jī)制

繪制人體皮膚傷口愈合的單細(xì)胞時(shí)空圖譜，全面解析細(xì)胞動(dòng)態(tài)與分子機(jī)制

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2025年08月02日 18:50

原創(chuàng) Cell Press CellPress細(xì)胞科學(xué)

生命科學(xué)

Life science

傷口愈合是維持皮膚完整性的關(guān)鍵過程，分為三個(gè)階段：炎癥、增生和重塑。這些階段由多種細(xì)胞類型之間復(fù)雜的相互作用驅(qū)動(dòng)。在增生階段，再上皮化至關(guān)重要，它需要表皮角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移和增殖來覆蓋傷口。再上皮化失敗是導(dǎo)致慢性傷口形成（如糖尿病足潰瘍和靜脈性潰瘍）中的常見原因，每年影響著全球數(shù)百萬人。因此，迫切需要更有效的傷口治療方法，但由于對(duì)人類皮膚傷口愈合的了解有限，該領(lǐng)域進(jìn)展緩慢。

為了深入探究這個(gè)問題，近日，來自瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院的Lande′n教授團(tuán)隊(duì)在Cell Press細(xì)胞出版社旗下期刊Cell Stem Cell上發(fā)表了題為“Spatiotemporal single-cell roadmap of human

skin wound healing”的研究性論文。在本文中，研究人員利用單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）以及空間轉(zhuǎn)錄組測序（ST-seq）來監(jiān)測不同愈合階段的基因表達(dá)動(dòng)態(tài)，完整展示了人類皮膚傷口愈合過程中的細(xì)胞動(dòng)態(tài)和分子過程。

首先，研究采用單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（ST-seq）技術(shù)，采集了從健康供體創(chuàng)傷邊緣的連續(xù)樣本，包括未損傷皮膚和術(shù)后第1天（炎癥期）、第7天（增殖期）以及第30天（重塑期）的組織。這種同一供體多時(shí)間點(diǎn)的取樣方法，最大程度減少了個(gè)體差異對(duì)數(shù)據(jù)分析的干擾。通過整合分析，研究鑒定了27個(gè)細(xì)胞簇，并進(jìn)一步分為九種主要細(xì)胞類型：角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、髓系細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、肥大細(xì)胞、周細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞、黑素細(xì)胞和施萬細(xì)胞。這些細(xì)胞類型在不同階段呈現(xiàn)顯著的時(shí)空變化特征，形成了再上皮化、肉芽組織形成等功能性微環(huán)境（圖1）。

圖1 人類皮膚傷口愈合的時(shí)空圖譜

通過UMAP聚類分析，角質(zhì)形成細(xì)胞被細(xì)分為九個(gè)亞群，包括三種基底層類型（遷移型、增殖型和靜態(tài)型）以及五種棘層類型和一種顆粒層細(xì)胞類型。研究發(fā)現(xiàn)，傷后第1天（炎癥期）遷移型基底層角質(zhì)形成細(xì)胞（Bas-mig）和遷移型棘層角質(zhì)形成細(xì)胞（Spi-mig）的比例顯著升高，而顆粒層和部分棘層細(xì)胞的比例降低。這表明創(chuàng)傷邊緣的角質(zhì)形成細(xì)胞迅速從靜態(tài)分化狀態(tài)轉(zhuǎn)向遷移狀態(tài)，從而推動(dòng)傷口的再上皮化。此外，研究通過空間數(shù)據(jù)解卷積和RNA-FISH驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，Bas-mig和Spi-mig在創(chuàng)面前緣高度集中，圍繞增殖型基底層細(xì)胞（Bas-prolif），這一特征在增殖期（第7天）達(dá)到高峰（圖2）。

圖2 人類傷口重新上皮化的時(shí)空剖析

在角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移過程中，研究通過基因網(wǎng)絡(luò)分析和體外實(shí)驗(yàn)確定了FOSL1是關(guān)鍵調(diào)控因子。FOSL1的表達(dá)在Bas-mig和Spi-mig細(xì)胞中顯著上調(diào)，其調(diào)控的基因功能集中在細(xì)胞遷移、細(xì)胞骨架重塑和應(yīng)激反應(yīng)。研究通過siRNA敲低FOSL1的表達(dá)，觀察到角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移能力顯著降低；相反，F(xiàn)OSL1的過表達(dá)顯著促進(jìn)細(xì)胞遷移。此外，CXCL1等促炎因子通過激活ERK通路，增強(qiáng)了FOSL1的穩(wěn)定性，進(jìn)一步驗(yàn)證了其在調(diào)控角質(zhì)形成細(xì)胞遷移中的作用（圖3）。

圖3 FOSL1是角質(zhì)形成細(xì)胞遷移的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子

炎癥期，髓系細(xì)胞（特別是巨噬細(xì)胞）的比例顯著增加，并在創(chuàng)傷修復(fù)中扮演了重要角色。研究鑒定了四種巨噬細(xì)胞亞群，其中促炎巨噬細(xì)胞（Mac_inf和Mac1）在第1天和第7天達(dá)到高峰?；蚣患治鲲@示，這些促炎巨噬細(xì)胞主要通過糖酵解和氧化磷酸化提供能量，以支持吞噬和活性氧（ROS）產(chǎn)生等抗菌功能。此外，多重配體-受體分析揭示了巨噬細(xì)胞分泌的CXCL1和CXCL5對(duì)角質(zhì)形成細(xì)胞遷移的促進(jìn)作用，這種效應(yīng)依賴于FOSL1的表達(dá)。

增生期，成纖維細(xì)胞顯著增加并分化為四種亞群：間充質(zhì)型（FB-I）、促炎型（FB-II）、乳頭型（FB-III）和增殖型（FB-prolif）。其中，增殖型成纖維細(xì)胞在第7天占據(jù)主導(dǎo)地位，通過分泌細(xì)胞外基質(zhì)和信號(hào)分子，為角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移和傷口閉合提供物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，RNA速度分析顯示，F(xiàn)B-I逐漸向FB-II和FB-III分化，形成多樣化的細(xì)胞群，適應(yīng)不同的修復(fù)需求（圖4）。

圖4 成纖維細(xì)胞在增生階段促進(jìn)重新上皮化中發(fā)揮重要作用

通過與靜脈性潰瘍（VU）和糖尿病足潰瘍（DFU）數(shù)據(jù)的整合分析，研究發(fā)現(xiàn)慢性傷口的角質(zhì)形成細(xì)胞遷移受損與炎癥反應(yīng)異常密切相關(guān)。特別是，慢性傷口中促炎巨噬細(xì)胞比例較低，而TGF-β等促修復(fù)因子卻異常高表達(dá)。

通過人類和小鼠創(chuàng)傷的轉(zhuǎn)錄組比較分析，研究發(fā)現(xiàn)兩者在細(xì)胞類型和基因調(diào)控方面既有共性也有顯著差異。例如，小鼠傷口中遷移型角質(zhì)形成細(xì)胞常具有增殖能力，而在人類傷口中遷移和增殖區(qū)域分布明確分離。這些差異表明，人類傷口修復(fù)的復(fù)雜性可能需要特異化的治療策略（圖5）。