皮膚傷口一般通過形成疤痕來愈合，這是一種由表達Engrailed-1（En1）基因的成纖維細胞譜系介導的纖維化過程。疤痕在三個方面與正常未受傷的皮膚不同：(i) 它們?nèi)狈γ?、皮脂腺和其他真皮附屬物（dermal appendage）；(ii) 它們含有密集的、平行的細胞外基質(zhì)纖維，而不是未受傷皮膚的“籃筐編織（basket-weave）”模式；(iii) 由于這種基質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，它們?nèi)狈ζつw的正常彈性和強度。一種成功的疤痕療法將通過促進真皮附屬物的重新生長、正常的基質(zhì)超微結(jié)構(gòu)的重建和機械強度的恢復來解決這三個差異。然而，人們對阻礙出生后皮膚再生性愈合反應的細胞和分子機制知之甚少，也不知道是否可以通過調(diào)節(jié)特定的成纖維細胞譜系來繞過這些機制。
在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學醫(yī)學院的研究人員想要了解疤痕成纖維細胞（scarring fibroblast, ，也稱為瘢痕成纖維細胞）是否純粹來自于未受傷皮膚中現(xiàn)有的En1陽性成纖維細胞的擴增，或者En1陽性疤痕成纖維細胞是否可以通過激活出生后的En1陰性成纖維細胞在傷口微環(huán)境（wound niche）中的En1表達而從新產(chǎn)生。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2021年4月23日的Science期刊上，論文標題為“Preventing Engrailed-1 activation in fibroblasts yields wound regeneration without scarring”。
這些作者使用成纖維細胞移植以及轉(zhuǎn)基因小鼠模型來追蹤En1在空間時間上的表達。他們研究了成纖維細胞對體外和體內(nèi)機械力的反應，以建立一種將皮膚張力與出生后的En1表達聯(lián)系起來的機械傳導機制。接著，他們用化學方法（通過使用維替泊芬）和轉(zhuǎn)基因方法抑制機械傳導信號[利用白喉毒素剔除表達En1的成纖維細胞，通過將編碼YAP的DNA序列放入兩個loxP位點之間實現(xiàn)YAP基因敲除]來調(diào)節(jié)傷口愈合期間的En1表達。他們通過RNA測序、定量組織病理學比較（使用自定義圖像處理算法）和機械強度測試，將實驗性傷口與未受傷的皮膚和疤痕（使用磷酸鹽緩沖鹽水作為對照）進行比較。
成纖維細胞移植和譜系追蹤研究顯示，網(wǎng)狀真皮層的En1陰性成纖維細胞（ENF）在傷口微環(huán)境中激活En1，產(chǎn)生了大約40%～50%的疤痕成纖維細胞。這一現(xiàn)象取決于機械線索：在軟基質(zhì)上培養(yǎng)的ENF細胞或用機械信號蛋白（比如YAP）的化學抑制劑處理的ENF細胞不會激活En1。通過RNA測序?qū)Ρ磉_En1的ENF細胞和用短發(fā)夾RNA（shRNA）進行En1敲降的ENF細胞進行比較，結(jié)果表明En1調(diào)節(jié)一系列與皮膚纖維化有關(guān)的基因。
皮膚成纖維細胞中的Engrailed-1激活導致疤痕形成，圖片來自Science, 2021, doi:10.1126/science.aba2374。
在愈合的傷口中，通過維替泊芬（verteporfin）抑制YAP，阻斷En1激活，可促進ENF細胞介導的修復，在30天內(nèi)實現(xiàn)皮膚再生，并伴隨功能性毛囊和皮脂腺的恢復。對疤痕和再生皮膚的定量比較表明，YAP抑制誘導恢復正常的真皮超微結(jié)構(gòu)，進而使得正常的機械斷裂強度得到恢復。白喉毒素介導的出生后表達En1的成纖維細胞的剔除和針對成纖維細胞的轉(zhuǎn)基因YAP敲除同樣促進了正常皮膚結(jié)構(gòu)的恢復，這表明對En1激活的調(diào)控，無論是直接方式還是間接方式，都能導致傷口再生。
綜上所述，通過揭示物理刺激如何引起ENF細胞促進皮膚纖維化，這些作者確定了YAP和En1是預防疤痕的潛在分子靶點。此外，他們發(fā)現(xiàn)，抑制YAP信號可以防止En1在傷口愈合過程中的激活，從而促進ENF細胞介導的傷口修復而不發(fā)生皮膚纖維化，在此過程中還會再生毛囊和皮脂腺。這些研究結(jié)果表明，如果可以阻斷機械驅(qū)動的皮膚纖維化傾向，出生后哺乳動物皮膚中殘留的ENF細胞仍有能力實現(xiàn)皮膚再生。他們證實出生后哺乳動物的皮膚傷口可完全實現(xiàn)再生性愈合，而不會留下疤痕。這一發(fā)現(xiàn)對每年數(shù)以千萬計出現(xiàn)疤痕和其他纖維化的患者具有臨床轉(zhuǎn)化方面的意義。
參考資料：
Shamik Mascharak et al. Preventing Engrailed-1 activation in fibroblasts yields wound regeneration without scarring. Science, 2021, doi:10.1126/science.aba2374.
Piotr Konieczny et al. Healing without scarring. Science, 2021, doi:10.1126/science.abi5770.
