為什麼人體皮膚不會滲漏？

有時，我們的皮膚實在讓人苦惱；但有一件事情我們必須依靠我們的皮膚才能實現，那就是不隨時隨地地滲透出血和汗——儘管事實上我們每24個小時脫落細胞的數量大概有50億。

沒錯，不知道怎麼的，儘管每2至4周就會更新一次皮膚的全外層，但我們的皮膚從不滲漏。現在科學家表示他們已經找出原因了——皮膚是由一個名為十四面體的獨特形狀排列組成的，就算是個別的細胞正在脫離，這個結構也從未產生漏洞。

「我們的研究也幫助我們見證了構成我們皮膚的細胞是如何啟動機制，以發揮類似膠水的作用的，這種膠水作用能把細胞黏在一起，以保持我們皮膚的完整性，」來自倫敦大學帝國理工學院的令荒田中（Reiko Tanaka）說，他是研究團隊的成員之一。

哺乳類動物的表皮是皮膚的防護屏障，田中和她的團隊決定調查構成這些表皮的不同皮膚層。

過去的研究表明：哺乳類動物表皮的最頂端兩層中間有兩個主要的物理屏障。

靠近表層的是一個名為角質層的氣-液界面屏障，這是由最外層的皮膚構成的；在這個界面之下的是一個通過緊密連接形成的液-液界面屏障——正是因為有了這種連接，皮膚細胞之間狹小得讓人難以置信區域才得以嵌合，使得液體無法滲漏。

表皮最外層中衰亡的皮膚細胞會自動脫落，並被更新、更健康的細胞替代。雖然科學家長期致力於研究表皮的最外層，但他們對於最外層之下的第二層薄薄的皮膚屏障所知甚少，這層屏障叫做顆粒層。

為了確保我們的皮膚不會滲漏，顆粒層起了至關重要的作用，因為緊密的連接正是在這一層中形成的，而且， 如果沒有顆粒層，最外層的皮膚也無法形成。另外，顆粒層在皮膚脫落的過程中也起著重大的作用。

當哺乳動物的最外層皮膚脫落時，表皮的最底層必須持續產生新的皮膚細胞，此後，新細胞將上升至顆粒層。在最底層中新的皮膚細胞取代了舊的皮膚細胞，然後舊的細胞就被擠至表皮的最外層直至脫落。

顆粒層的緊密連接是保證皮膚不發生滲漏的關鍵所在。然而，到目前為止，沒有人能夠準確解答在不打亂這種屏障的情況下，顆粒層的細胞是如何被取代的？

田中和她的團隊運用了一個名為共聚焦顯微鏡的成像技術來檢測老鼠耳部的顆粒層細胞，他們發現這些細胞的形狀對於其形成的屏障類型是至關重要的。

這種形狀基本上就是開爾文的十四面體的一種平整的版本：一個帶有6個四邊形面和8個六邊形、共14面的多面體：

這種結構由蘇格蘭-愛爾蘭數學物理學家和工程師威廉·托馬斯（勞德·開爾文）在1887年首次提出，他宣稱這種結構是填充空間的最佳形狀。

在老鼠的表皮層的圖像中，這種形狀的一個較為平整的版本出現並在其每個邊緣處形成了緊密連接，這確保了在個別細胞不斷地生成和脫落的情況下，屏障還能持續保持穩定。

「一個世紀前數學家勞德·開爾文設計的一個抽象的、概念性的形狀實質上是現實中的一個重要形狀，它幫助我們的皮膚維持其高效屏障作用，這是相當令人震驚的，」田中說。

該團隊發現這種形狀能使新的皮膚細胞產生一種蛋白質從而取代老細胞，這種蛋白質充當了臨時「膠水」的角色，它能夠把頂部的老細胞和緊密連接之下的新細胞聚集在其周圍。因此，就算是頂部的細胞流失了，屏障仍能保持完整。

你能看到的整個過程如下：

雖然實驗僅在老鼠身上進行，但是不同種類的哺乳動物的表皮，尤其是皮膚的更深層，是極為相似的。

研究人員表示，作為表皮最外層的一種皮膚細胞，人體的角質細胞比老鼠體內的角質細胞更富有變化。十四面體也存在於人體中，這可能會對人類皮膚狀況的研究產生巨大的影響。

研究團隊表示：如果能更好地理解哺乳動物表皮如何維持其緊密連接這個問題，這就能解釋類似濕疹、牛皮癬等難以預防或治癒的慢性皮膚問題的根本原因。

「在解釋為何某些人會患上類似濕疹這類疾病的時候，緊密連接產生故障可能會是一個驅動因素。在皮膚屏障削弱的地方，可能會出現細菌性的滲透、發炎、磨損或更深層次的感染，」研究人員解釋道。

「在其他情況下，細胞之間的連鎖屏障的失效——也就是緊密連接的失效可能能一定程度上解釋為何牛皮癬病例中會有表皮細胞生產過剩並導致皮膚表面局部變厚的問題。」

為鑒定故障或失靈源於何方，該團隊現計劃去查清楚不同表皮層的皮膚厚度是如何決定的，以及細胞生長和細胞脫落之間的平衡是如何維持的。

本研究已發表於eLife。

蝌蚪五線譜編譯自sciencealert，譯者 李二寶，轉載須授權