美少女福音！Science 重磅报道，他们率先实现皮肤无疤痕愈合
丁香学术
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「疤痕」，是成人伤口愈合的产物，也是万千仙女们痛恨的存在。
这种由过度纤维化导致的皮肤变化，在机制层面与肺部纤维化及心脏纤维化高度相似，如果我们能解决皮肤上的「疤痕」，就意味着我们也有了治疗心脏纤维化与肺部纤维化可能。
可正如肺纤维化与心脏纤维化无法治疗一样，无论市面的所谓的「祛疤」产品再怎么宣传，都无法真正解决成人皮肤受伤后的留疤问题。
学术界与工业界，也无时不刻不在探索治疗「疤痕」的办法。因为谁能解决疤痕问题，谁就能在美容市场中获得巨大的商业成功。
图片来源：Science
2021 年 4 月 23 号，来自斯坦福大学医学院的 Geoffrey C. Gurtner 团队与 Michael T. Longaker 团队联合在 Science 发表了题为 Preventing Engrailed-1 activation in fibroblasts yields wound regeneration without scarring 的论文 [1]，报道了他们如何通过抑制特定谱系成纤维细胞的激活，来彻底避免小鼠疤痕的形成。为爱美人士梦寐以求的「无疤愈合」，带来了可能。
研究内容：
成纤维细胞，在伤口愈合中承担着关键的作用。它们不仅负责肉芽组织的形成，还需要重塑愈合后皮肤纤维。遗憾的是，这种纤维的重塑，永远无法达到受伤前的状态，这就是留疤的原因。
近年来，学术界在皮肤中发现了多种成纤维细胞谱系，它们在伤口过程中承担着不同的作用。进行本研究的团队，在 2015 年发表的研究中，将伤口愈合过程中的成纤维细胞分为了两类。一种为不表达 Engrailed-1 的细胞（ENFs），一种为表达 Engrailed-1 的细胞（EPFs），EPFs 在伤口中广泛存在。
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通过在有荧光标记过的 EPFs 和 ENFs 的小鼠背部创造伤口，研究人员首先研究了 EPFs 与 ENFs 在受伤后的来源。结果显示，在小鼠受伤后，移植 EPFs 小鼠的 EPFs 细胞出现了形态学上的变化，却没有出现数量上的增多，而移植 ENFs 小鼠中出现了 EPFs 细胞。这表明，在小鼠受伤后，部分 ENFs 可能被激活转变为了 EPFs 细胞，而不是皮肤中原有 EPFs 细胞分裂形成了更多 EPFs。作者后续也使用条件表达 Engrailed-1 的细胞谱系进一步降低了 EPFs 增殖的可能。
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随后，作者也通过标记位于皮肤不同位置的 ENFs，识别出了是位于皮肤深处真皮网状层的 ENFs 被激活产生了 EPFs。
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在弄清楚 EPFs 的来源后，研究团队探究了是什么导致 ENFs 被激活产生了 EPFs。
由于存在于纤维组织中并负责纤维的改造与产生，成纤维细胞能够感受到纤维组织的力学特性，所以作者认为是受伤后皮肤力学性质的改变，导致了 EPFs 的激活。
通过在不同刚度的模拟组织中培养 ENFs 以及使用抑制剂阻断力学信号的转导，作者发现高刚度组织中，出现了大量 EPFs，而阻断力学信号转导能够完全抑制 EPFs 的产生。同时，仅有真皮网状层 ENFs 在感受了力学信号后会大量转化为 EPFs，这一点与之前的观测一致。通过在动物实验用拉扯伤口皮肤产生力学变化，研究团队在体外试验中也得到了相似的结果。
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荧光染色实验结果表明，EPFs 的存在与力学信号转导中的关键因子 YAP 关系紧密。通过 Verteporfin 抑制 YAP 通路，能显著降低疤痕拉力带来的 EPFs 产生，以及疤痕相关基因 a-SMA 的表达。这些数据都表明，是力学性质的变化导致了 EPFs 的激活。
为了进一步探究 EPFs 激活相关的基因调控变化，作者在不同时间点，对在高刚度环境培养的 ENFs 进行了 RNA 测序。
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RNA-seq 结果显示，随着培养时间的增加，培养体系中涉及细胞外基质（ECM）合成与积累的基因显著上调，而过多的 ECM，正是疤痕产生的原因。而 ENFs 所表达的肌肉相关基因，则在这个过程中出现了显著的下调。同时，在培养的第七天，标志着真皮网状层成纤维细胞的 Dlk1 达到的最高值。使用 YAP 抑制剂 Verteporfin，则能显著抑制这些变化的发生。这些数据都进一步支持了之前观测到的现象。
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随后作者探究了，通过抑制 YAP 通路阻断力学信号的转导，能否抑制疤痕的形成。
小鼠伤口愈合模型显示，在抑制了 YAP 通路之后，小鼠受伤后重新生长出来的皮肤几乎与未受伤皮肤没有差别，这表明了疤痕的产生被完全抑制。在使用 YAP 抑制剂 Verteporfin 的实验组，EPFs 的数量显著降低，而且表现出了与未受伤皮肤一样的力学属性，显著优于对照组。与此同时，条件性敲除 Engrailed-1 以及 YAP 都能得到相似的结果。这些数据表明，在伤口中抑制 Engrailed-1 的激活，能够有效防止小鼠疤痕的形成，并再次证明了力学信号转导以及 YAP 通路在这种激活中的关键作用。
研究意义：
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该研究使用大量动物试验，证明了表达 Engrailed-1 的 EPFs 在疤痕形成中的关键作用，并从机制层面解析了力学信号传导以及相关的 YAP 通路在 EPFs 激活中的核心功能。最重要的是，该研究在成年小鼠皮肤中实现了「无疤痕愈合」，具有巨大的转化价值。
该发现不仅可能让数以千万计害怕「疤痕」的民众受益，还有可能帮助心肺疾病领域解决各自的纤维化问题。
延伸阅读：
该研究是同一团队六年前报道的跟进研究。
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2015 年，Michael T. Longaker 团队在 Science 上发表了题为 Identification and isolation of a dermal lineage with intrinsic fibrogenic potential 的论文 [2]， 首次报道了皮肤中存在 ENFs 与 EPFs 两种成纤维细胞谱系，揭示了 EPFs 在皮肤纤维中起到了关键作用。但当时的研究只是报道不同谱系的存在，并未研究 ENFs 与 EPFs 之间的关系。
本次新研究，在原来研究的基础上，报道了 ENFs 在力学特性的影响下能够被激活转变为 EPFs。通过 YAP 通路抑制这种激活，几乎足以完全抑制疤痕的产生，为 EPFs 研究带来了巨大的转化潜力。
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参考文献：
1.Mascharak, S., et al., Preventing Engrailed-1 activation in fibroblasts yields wound regeneration without scarring. Science, 2021. 372(6540).
2.Rinkevich, Y., et al., Identification and isolation of a dermal lineage with intrinsic fibrogenic potential. Science, 2015. 348(6232): p. aaa2151.
题图来源：站酷海洛 Plus
