科學家找到為何人類皮膚不會漏水的原因了

儘管我們每天都會損失5億個皮膚細胞。

可能我們的皮膚有時會使我們感到痛或不舒服，但我們總能依靠它來保護我們並且不會隨意地漏出血液和汗水，儘管我們每24小時都會排出大約5億個細胞。是的，不知為何，我們每兩到四周就會更換整個皮膚的外層，但它從來不會泄漏水分，而現在據說科學家們已找到其原因。而這原因是因為我們的皮膚有著獨特的十四面體形狀 ( tetrakaidecahedrons)，這使細胞在脫落時都不會產生缺口。

一位來自倫敦帝國學院的團隊隊員，田中貴子(Reiko Tanaka)說道，「我們的研究還幫助我們調查到了皮膚細胞是如何產生一種膠水使細胞結合在一起，以確保我們皮膚一直保持著完整性的機制的真相」。田中和她的團隊決定研究構成哺乳動物的表皮層，保護我們的各個層皮膚。根據過去的研究結果已發現哺乳動物的前兩層表皮都具有兩個主要的物理屏障。

最靠近表面的那層是由角質層(stratum corneum)組成的，最外層形成的目的是為了當氣液體的屏障，而在它底下的那層則是通過緊密連接而形成的液體屏障，因其中的面積過於窄小使液體無法滲透。雖然科學家們長期以來一直在研究表皮的最外層。皮膚最外層的死皮細胞不斷地脫落，然後新的，更健康的細胞會代替它們，但很少人知道在它底下有著較薄的，次要的，稱為顆粒層 (granulosum)的皮膚屏障。層狀顆粒對於確保我們皮膚不泄漏液體是至關重要的因素，因為它是緊密連接的一層，並且皮膚的最外層在沒有它們的情況下是不能形成的。顆粒層也在脫落過程中起了巨大的作用。

在哺乳動物的皮膚外層脫落時，新的皮膚細胞必須在表皮的最底層中連續產生然後向上移動到顆粒層。在這裡，他們將會取代舊的皮膚細胞，然後把舊細胞推到表皮的最外層然後脫落。目前為止，仍然沒有人能確切地知道皮膚是如何更換層狀顆粒細胞而不破壞那緊密連接的屏障，以確保我們不會開始到處泄漏體液的真正原因。

田中和她的團隊使用稱為共焦顯微鏡 (Confocal microscopy)的成像技術來檢查小鼠耳朵中的顆粒層細胞，過程中他們發現這些細胞的形狀對於它們形成的屏障類型是至關重要的。形狀基本上是被稱為開爾文的十四面體形狀(Kelvin"s tetrakaidecahedron) ，而它是一個14面的多面體，並且具有六個矩形和八個六邊形。這結構最早是由蘇格蘭-愛爾蘭數學物理學家和工程師William Thomson（Lord Kelvin）於1887年提出的，他稱它為填充空間的最佳形狀。

在小鼠表皮層的圖像中，這種形狀的扁平形式看起來在其每個邊緣上都會形成緊密連接，以確保當細胞們不斷連續地移動時，皮膚仍能夠維持一個連續性的屏障。田中說，「令人驚訝的是，一個世紀以前，數學家Lord Kelvin設計的形狀抽象概念可能是幫助我們皮膚保持一個有效屏障的一種重要的形狀」。

團隊發現，這種形狀允許新的皮膚細胞通過產生一種蛋白質以作為臨時性的「膠水」來代替舊的細胞，這種蛋白質會把舊細胞維持在上方然後把下面新的細胞緊密連接在一起。即使表皮層脫落了，底部還保有屏障的作用。

雖然實驗只在小鼠上進行，但是哺乳動物表皮在物種之間非常的相似，唯一不同的是它較深。研究人員說道，人類中角質層 (corneocytes)是表皮最外層中的一種皮膚細胞，在人類中比在小鼠中更多，而在那裡也有十四面體模型，這可能對人類皮膚狀況的研究產生很大的影響。此團隊說道，更好地了解哺乳動物表皮如何保持這緊密連接可以幫助我們找出和解釋慢性皮膚病症的主要致病原因，例如濕疹和牛皮癬。它們都是常見的難以預防或治療的疾病。

研究人員說明，「緊密連接的生產或功能障礙可能可以用來解釋為什麼一些人會得濕疹，因為中皮膚屏障被削弱，而這會導致細菌浸潤，發炎，然後我們會搔癢抓它造成進一步的感染」。

「在其他情況下，細胞之間的聯鎖屏障如果失效了可能可以用來解釋為什麼在牛皮癬中有表皮細胞的過量產生，導致表面上的皮膚有著厚厚的斑塊」。

團隊現在在計划去研究關於如何確定表皮層中的皮膚厚度，以及如何維持細胞生長和脫落之間的平衡，以識別失效或故障可能的主要原因來自哪裡。

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