不用擔心皮膚受傷了？Nature：傷口細胞變身幹細胞，完美修復傷口

DGMT介導的新生皮膚切片熒光圖。（圖片來源：Juan Carlos）

作為人體最大的器官，皮膚保護著人體不被外界有害物質侵襲。但正因如此，皮膚也是最易受到傷害的部位。全球每年有30萬的人因皮膚創傷而致死，這些人中絕大部分都是因傷口難以癒合感染休克而死亡。傷口癒合依賴於基層角質細胞，但傷口處往往又極度缺失此種細胞。一項發表於《自然》期刊的新研究找到了解決方法：將傷口潰瘍處的其他細胞重編程成類幹細胞，幫助傷口癒合重新長出新皮膚。

撰文 | 楊心舟

大面積的皮膚潰瘍會對生命造成嚴重威脅，對手術切口，燒傷造成的潰瘍以及長期慢性潰瘍患者來說，傷口癒合能力與存活率與生存狀態密切相關。傷口的癒合速度決定著患者二次感染、生理疼痛、愈傷疤痕等狀況；與急性潰瘍相比，慢性皮膚潰瘍病例也在急劇上升，包括壓迫潰瘍以及糖尿病衍生的足部潰瘍，影響上全球億人的生活質量。

圖示為皮膚損傷癒合的過程，從創口期（A）炎症期（B）增殖期（C）重構期（D）；這一過程需要大量的基層角質細胞參與皮膚新生。

目前針對潰瘍的治療手段包括依賴自體完好皮膚移植，這種方式需對患者造成二次創傷，並且在潰瘍面過大時，這種方式會顯得捉襟見肘。另一種手段是利用體外培養的皮膚幹細胞進行組合移植，但成皮速率低，患者癒合水平差異大，往往在成皮還未完成時，患者就因潰瘍面暴露而造成感染。醫學界也嘗試通過給患處塗抹表皮生長因子（EGF）來加速傷口癒合和皮膚生長，但潰瘍處往往伴隨較大的炎症反應，這些單因子成分會很容易被自身免疫系統給失活或者清除。

「在沒有皮膚的區域長出新皮膚」

美國索爾克生物研究所（Salk Institute）的Juan Carlos教授具有豐富的臨床手術經驗。他表示在創口恢復中最關鍵的就是基層角質細胞向傷口轉移的效率。這些細胞具有幹細胞特徵，可以分化成不同的皮膚細胞前體並增殖覆蓋傷口。但是稍大面積的潰瘍不具備這個條件，因為這種細胞在潰瘍處幾乎不存在。即使傷口癒合，也會產生很大的炎症反應，不能維持正常的皮膚功能。因此當下亟需一種能夠快速並高效促進傷口癒合的方法。

本周，一項由Juan Carlos領導的研究登上國際頂級期刊《自然》。論文指出，只需在傷口處轉入四種表皮生長相關因子組合，就可以將其他細胞轉化成類似幹細胞功能細胞，實現傷口的自然無創癒合，且新生皮膚功能與正常皮膚功能一樣。文章第一作者Masakazu Kurita稱其為：「在沒有皮膚的區域生長出全新皮膚」。

傳統創口治療（上）；重編程介導創口治療（下）

研究團隊通過大批量篩選，挑選出四種與皮膚生長相關的因子，並導入到皮膚組織中。在組合因子作用下，可以在小鼠體內實現傷口處間充質細胞的重編程，之後會重新在傷口處生長出新的皮膚組織覆蓋住潰瘍傷口。在這一過程中，其中一些因子可以將細胞恢復到類似於幹細胞的狀態，而另一些因子則負責啟動細胞向著皮膚細胞增殖分化。這比單因素的生長因子添加效果要強很多倍。

「我們的實驗首次證實了在體外重造出三維組織結構的可行性，」Juan Carlos教授表示，「這項發現不僅有助於皮膚損傷修復，並且可以作為一種範例，在其他領域也能效仿進行體內組織重生。例如在衰老過程中，組織自體修復能力已經受損的情況下實現組織新生。」

四種神奇因子

那麼這四種神奇的因子是什麼呢？研究將這種組合稱作DGTM因子，分別包含了DNP63A、GRHL2、TFAP2A、MYC四種單因子。其中DNP63A和GRHL2可以將皮膚間充質細胞重編程變成皮膚細胞前體；MYC則有助於提高重編程效率，並促進細胞增殖和分層；TFAP2A負責加速小皮膚細胞團塊匯聚集合。這四種因子算是精挑細選得出的佼佼者，研究人員一共分析了與皮膚生成相關的55種重編程因子以及31種微小RNA分子，最終根據細胞水平的蛋白表達以及生長表現決定採用DGTM的組合。

利用四種組合因子可以實現皮膚新生的最好效果：產生新生皮膚的動物數量（左），新生皮膚面積（右）。

研究人員為了模擬皮膚破潰，在小鼠背部進行手術處理安裝一個嵌套環，可以將潰瘍面的正常皮膚組織隔離開並防止自然癒合。之後將篩選出的DGTM組合因子導入潰瘍面，僅僅18天後潰瘍面就開始生長出新的皮膚組織團塊，並且隨著時間推移新生皮膚組織會不斷擴大直至覆蓋整個潰瘍面。

在小鼠背部潰瘍面開始新生皮膚組織後，研究人員將嵌套環取下並觀察新生皮膚組織走向。結果顯示，新生皮膚組織能夠成功地與周圍正常表皮相連接，說明新生組織可以幫助傷口癒合。另外經過組織切片分析等手段，同樣確定了這種利用DGTM誘導產生的新生皮膚組織與正常的皮膚結構功能完全相同，且無致瘤風險。

應用前景

一項技術是否重要，還要取決於它未來的臨床使用價值大小。此項研究發現DGTM對皮膚再生具有積極作用之後，為了使其更加具有臨床使用價值，研究者對傳遞手段進行了精進。最後選擇採用膠原凝膠進行DGTM因子的運輸。這種凝膠可以直接塗抹於傷口，且沒有刺激性，因此相比生物注射或接種式導入要更加具有臨床使用意義。

更重要的是，凝膠手段保證了後續治療可以與傳統手段相結合。目前臨床上恢復潰瘍採用的是成纖維生長因子2（FGF2），將FGF2與DGTM利用凝膠進行混合塗抹在破潰處，可加速皮膚生長癒合過程，潰瘍面傷口只需2-2.5周即可生長出全新的皮膚組織。

在與傳統治療手段FGF結合使用後，皮膚癒合速率極大地提升。

當然，未來還需要更多實驗來證明其臨床可行性，包括人體免疫系統對DGTM因子的作用、探究DGTM因子對不同階段和種類傷口的作用差別等。但這種利用四種因子便能在活體動物實現類幹細胞重編程，已經是一項巨大的技術突破。這項技術對於加速促進傷口的皮膚再生，解決常規傷口修復所需過多的時間精力問題都具有空前意義。這都是目前臨床手術無法達到的。因此此項技術對將來應用於人體皮膚損傷修復的再生治療前景無可限量。

目前研究團隊正在嘗試將此項技術運用到不同的傷口模型上。Kurita說：「在進入臨床使用之前，我們還需要進行更多的研究來保證其長期安全性，並且要將其效率提高到新的層次。」

參考鏈接：

https://www.eurekalert.org/emb_releases/2018-09/si-tao090418.php

Gonzales, K. A. U. & Fuchs, E. Skin and its regenerative powers: an alliance between stem cells and their niche. Dev. Cell 43, 387–401 (2017).

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