《自然》：太神了！科學家通過重編程得到皮膚幹細胞，首次實現大面積創口原位皮膚再生｜科學大發現

皮膚，是我們身體上最大的器官，也是我們抵禦環境中種種不利因素的第一道屏障。皮膚破損相信大家都有過，擦傷什麼的，保持傷口清潔不被感染，過幾天就好了。但皮膚的大面積破損就不一樣了，尤其是連生髮層都大量破壞了的大面積燒傷。

大面積燒傷在急救領域一直是一個難題。皮膚破壞後，失去了屏障功能，體液外滲和細菌感染相互促進。像美達錦綸公司員工那樣，燒傷面積達到90%以上的，死亡率超過40%[1]。生髮層都沒了，等身體自然恢復就是天方夜譚，拯救生命只能靠植皮，可是皮又從哪裡來呢？

要是創面能夠長出皮膚就好了！

近日，索爾克生物研究所的Masakazu Kurita等，通過對傷口處細胞直接重編程，讓創面直接長出了皮膚[2]！文章發表在Nature上。

皮膚的再生

在皮膚損傷的修復中，一個重要的步驟是角質形成細胞從傷口兩邊遷移到傷口中[3]。可想而知，傷口越大，這一步也就越慢。對於那些巨大的傷口，往往就只能做皮膚移植了。

不過皮膚移植也有不少問題。比如自體皮膚移植，不會出現排異反應，看起來很好，但對於大面積燒傷的患者，哪來那麼多完好的皮膚去用於移植。而異體皮膚移植，只能暫時覆蓋傷口，也面臨著供體來源、傳染病和排異反應等問題。

雖說可以通過自體微粒植皮，以及大張異體皮開洞嵌植自體皮等方法，來解決這些問題，但受到的限制還是很多[4]。

所謂「大張異體皮開洞嵌植自體皮」，就是在整張異體皮上開洞，洞中植入小塊的自體皮

圖片來自參考文獻[4]

有些科學家想到用自體幹細胞，在體外培養出皮膚，來進行移植[5]。科學家也通過這種方法治癒了大皰性表皮鬆解症。不過面對燒傷，培養過程所需的數周時間，有可能就會延誤治療了。

如果能讓傷口直接長出新的皮膚就好了。

細胞重編程技術的發展，讓這成為了可能[6]。Masakazu Kurita等正是希望把傷口處的細胞直接重編程成表皮祖細胞，進而產生表皮細胞，修復傷口。

重編程三個字說起來簡單，找出合適的重編程的方法可不簡單。研究人員先在間充質細胞和脂肪來源的基質細胞中進行了實驗。這兩種細胞也是傷口癒合中起重要作用的兩種細胞。

通過比較間充質細胞和角質形成細胞的表達譜，研究人員找出了可能與角質形成細胞轉化有關的55個轉錄因子和31個micro RNA。通過逐個轉入這些可能的基因等方法，研究人員最終確定了4個重編程的關鍵基因：DNP63A、GRHL2、TFAP2A和MYC，合稱為DGTM。

不過在體外，通過DGTM誘導產生的上皮組織是沒有角質層的黏膜型，而非像皮膚一樣有角質層。但考慮到上皮細胞的表型跟周圍環境有很大關係[7]，研究人員認為這並不是一個問題，在該長皮膚的地方，角質層自然會出來。

接下來就是到動物模型中去驗證DGTM的效果了。研究人員切除了小鼠背部皮膚，並把傷口和周圍的皮膚隔離開，以模擬難以癒合的皮膚潰瘍。

傷口中沒有紅色的上皮細胞

研究人員使用的是一種轉基因小鼠，上皮細胞都會帶有紅色熒光。觀察發現傷口中沒有上皮細胞。而且，這些傷口也確實不會自己癒合。

之後，研究人員用裝載著DGTM的腺相關病毒去感染這些傷口。在第18天時，研究人員就在傷口中觀察到了上皮細胞。到了第28天，傷口中新生的上皮組織就跟傷口周圍的皮膚很像了。

為了看看這新生上皮的增殖能力，研究人員又把隔離區擴大了一圈。一個月後，隔離區又被新生的皮膚覆蓋率。到了這，「良心發現」的研究人員終於把皮膚上的隔離物拿走了。兩周內，新生的皮膚就和周圍的皮膚融為一體了。

新生的皮膚和周圍融為一體

皮膚長出來了，不過這新生的皮膚的屏障功能怎麼樣呢？研究人員測定了由外而內的染料滲透，以及由內而外的水分散失情況。傷口新生的皮膚的表現和正常皮膚一樣。

接下來，研究人員又進一步優化了治療方案。通過用凝膠搭載病毒，以及與生物活性分子成纖維細胞生長因子2（FGF2）和Rock抑製劑聯合使用，傷口癒合時間縮短到了17天。

效果不錯，但是這些誘導出的上皮祖細胞在體外就表現出了快速增殖的能力，那它們會不會失控，成為腫瘤呢？研究人員把這些上皮祖細胞注射到裸鼠體內，並與小鼠中分離出來的角質形成細胞，以及典型的惡性細胞——Hela細胞做對比。

誘導出的上皮祖細胞沒有表現出惡性細胞的侵襲性

結果，誘導出的上皮祖細胞形成了光滑、柔軟、圓形的結節，比原始角質形成細胞形成的結節略大。而像Hela細胞那樣的跨筋膜侵襲性，並沒有在誘導出的上皮祖細胞中觀察到，即使過了56天，這些上皮祖細胞還是停留在注射的部位，沒有離開。

當然，這項技術離在臨床中應用還有一段距離。第一作者Masakazu Kurita也表示：「在進入臨床前，我們必須對我們的方法的長期安全性做更多的研究，並儘可能地提高效率。」

除了燒傷，糖尿病足、褥瘡等造成的難遇性傷口都有望通過這個方法治癒，希望能早日在臨床中得到應用。

編輯神叨叨

除了再生皮膚，細胞重編程還有哪些應用呢？來看看Medical Trend吧！

參考文獻：

1. Xie B, Xiao S C, Peng X D, et al. Epidemiology and outcome analysis of severe extensive burns: a 12-year summary of 103 cases in a burn center in China.[J]. Journal of Burn Care & Research Official Publication of the American Burn Association, 2012, 33(3):e127.

2. KURITA M, ARAOKA T, HISHIDA T, et al. In vivo reprogramming of wound-resident cells generates skin epithelial tissue[J]. Nature, 2018.

3. Gurtner G C, Werner S, Barrandon Y, et al. Wound repair and regeneration. Nature[J]. Nature, 2008, 453(7193):314-321.

4. 陳孝平等. 《外科學》[M] 人民衛生出版社, 2013：145-146.

5. Rd G G, O"Connor N E, Compton C C, et al. Permanent coverage of large burn wounds with autologous cultured human epithelium.[J]. New England Journal of Medicine, 1984, 311(7):448.

6. Srivastava D, Dewitt N. InVivo Cellular Reprogramming: The Next Generation[J]. Cell, 2016, 166(6):1386-1396.

Okazaki M, Yoshimura K, Fujiwara H, et al. Induction of hard keratin expression in non-nail-matrical keratinocytes by nail-matrical fibroblasts through epithelial-mesenchymal interactions.[J]. Plastic & Reconstructive Surgery, 2003, 111(1):286-290

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本文作者 | 孔劭凡

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