发布日期：2024-11-30 来源：星空计划

图虫创意

俗话说，人活一张脸，树活一层皮。脸面的重要性，不言而喻。生活中有很多事是脸面的“敌人”，比如疤痕。小到痘印，大到手术后的伤疤，很多人都为之苦恼。最近，科学家发现完全修复疤痕的秘密。

在这之前，我们先了解一下人体最大的器官——皮肤的构成。

皮肤主要由表皮和真皮两部分组成，前者是一层扁平的上皮细胞，形成抵御外界侵害的保护屏障，后者则包含支持皮肤的纤维母细胞。除此之外，在真皮层下面有一层皮下组织，它不仅包含脂肪细胞，帮助储存我们体内的大部分脂肪，还包含成纤维细胞、巨噬细胞、血管、神经和淋巴管。

皮肤是在子宫的无菌环境中发育形成的。出生前，皮肤具有独特的自愈能力，是不会留下疤痕的。当你还是个孩子的时候，未来拥有着无限可能。与之类似，早期胚胎中的前体细胞在外部力量和内部因素的支配下，做出一系列逐步的“决定”，从而产生成人体中存在的各种细胞类型，这一过程被称之为“细胞分化”。

皮肤表皮、真皮就是在早期胚胎的细胞分化中逐渐形成的。

毛囊的形成也与皮肤密不可分。毛囊同样是在出生前形成的，它的发育是从一个干净的“基板”开始的。随着上皮层细胞增厚，真皮成纤维细胞诱导基板的形成，最终形成毛囊。

除上述结构外，皮下组织中的血管更是在胚胎发育初期“遥遥领先”。它连同心脏是胚胎发育过程中功能活动最早的系统，开始于胚胎发育的第3周，并于第4周行使血液循环功能，为其后发育形成的器官提供营养和氧气。

了解皮肤的构成后，如果能“画出”人类产前皮肤的单细胞蓝图，就能进一步揭秘皮肤形成和修复的奥秘了。

最近，来自英国威康桑格研究所、澳大利亚纽卡斯尔大学等机构的研究人员，创建了首个人类产前胚胎皮肤的单细胞和空间图谱，并揭示了包括毛囊在内的人类皮肤的形成机制。这项研究成果2024年10月16日发表在《自然》杂志上。

研究团队在培养皿创建了一个能够生长毛发的“迷你皮肤器官”。利用这一类器官，他们发现了免疫细胞在无瘢痕皮肤修复中的重要作用。

研究使用了产前胚胎皮肤组织样本，将其分解以观察悬浮状态的单个细胞以及组织内细胞。研究团队利用单细胞测序和空间转录组学技术，分析了时间和空间中的单个细胞变化，以及调节皮肤和毛囊发育的细胞机制。人类胚胎皮肤在8胎龄前由单层表皮覆盖，从11胎龄开始表皮逐渐增厚，并在14-15胎周时观察到毛囊的出芽和伸长，17胎周时毛囊结构更加明显。

研究发现，妊娠早期真皮成纤维细胞和巨噬细胞可能有助于无瘢痕皮肤愈合。疤痕的产生是因为真皮的成纤维细胞产生的胶原蛋白形成聚集，而上面的表皮无法完全再生。在妊娠早期，胎儿皮肤的真皮成纤维细胞下调了与炎症、细胞外基质形成以及胶原沉积相关的基因，这可能有助于促进再生而非瘢痕形成。此外，两种巨噬细胞与成纤维细胞共定位，显示出它们可能通过血小板衍生生长因子等信号通路相互作用，从而推动皮肤的免疫调节和组织修复。

研究还发现，在利用成体干细胞创建的“迷你皮肤器官”中，血管形成不如胚胎皮肤完善。通过将巨噬细胞添加到此类器官中，研究团队发现巨噬细胞能促进血管形成，并进行了3D成像以评估组织内的血管形成情况。研究数据表明，巨噬细胞促进内皮细胞的趋化和血管形态生成，有助于出生前皮肤的血管形成，而在缺乏巨噬细胞的模型中，内皮细胞的发育和功能受到显著限制。这些结果都强调了巨噬细胞在早期发育过程中的关键作用。

由此可见，巨噬细胞这类先天免疫细胞不仅在免疫防御中起作用，还在皮肤形态发生中扮演重要角色。他们通过与非免疫细胞的相互作用，有利于毛囊形成、无瘢痕伤口愈合以及皮肤血管生成等。

此项研究作为人类细胞图谱计划的一部分，揭示了皮肤构成和再生的“秘密”，首次证明巨噬细胞对人类皮肤早期发育起着关键作用。这为改善其他组织类器官的血管形成提供了新选择，也有助于开发新型类器官模型，揭示特定的突变是如何导致先天性皮肤疾病的，比如水泡疾病和鳞状皮肤。

研究成果还为瘢痕修复提供了思路。据估计，全世界每年约1亿人被烧伤，尽管皮肤具有显著的自我愈合能力，但严重烧伤难以完全再生，导致难治性伤口和瘢痕形成。此项研究或许可以发挥免疫细胞的作用，帮助烧伤患者进行皮肤移植。

这项研究为无疤痕愈合提供了生物学基础，后续还待进一步研究这些细胞间的相互关系阐明其机制。相信随着对人体胚胎皮肤图谱研究的加深，未来或许真的可以从根源上治疗皮肤病，让皮肤病患者、烧伤患者重获“婴儿般肌肤”。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：秦明

审核：魏爱华 北京同仁医院皮肤科 主任医师

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司