皮膚傷口一般通過形成疤痕來愈合，這是一種由表達Engrailed-1（En1）基因的成纖維細胞譜系介導的纖維化過程。疤痕在三個方面與正常未受傷的皮膚不同：(i) 它們缺乏毛囊、皮脂腺和其他真皮附屬物（dermal appendage）；(ii) 它們含有密集的、平行的細胞外基質纖維，而不是未受傷皮膚的“籃筐編織（basket-weave）”模式；(iii) 由于這種基質結構的改變，它們缺乏皮膚的正常彈性和強度。一種成功的疤痕療法將通過促進真皮附屬物的重新生長、正常的基質超微結構的重建和機械強度的恢復來解決這三個差異。然而，人們對阻礙出生后皮膚再生性愈合反應的細胞和分子機制知之甚少，也不知道是否可以通過調節(jié)特定的成纖維細胞譜系來繞過這些機制。
在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學醫(yī)學院的研究人員想要了解疤痕成纖維細胞（scarring fibroblast, ，也稱為瘢痕成纖維細胞）是否純粹來自于未受傷皮膚中現有的En1陽性成纖維細胞的擴增，或者En1陽性疤痕成纖維細胞是否可以通過激活出生后的En1陰性成纖維細胞在傷口微環(huán)境（wound niche）中的En1表達而從新產生。相關研究結果發(fā)表在2021年4月23日的Science期刊上，論文標題為“Preventing Engrailed-1 activation in fibroblasts yields wound regeneration without scarring”。
這些作者使用成纖維細胞移植以及轉基因小鼠模型來追蹤En1在空間時間上的表達。他們研究了成纖維細胞對體外和體內機械力的反應，以建立一種將皮膚張力與出生后的En1表達聯系起來的機械傳導機制。接著，他們用化學方法（通過使用維替泊芬）和轉基因方法抑制機械傳導信號[利用白喉毒素剔除表達En1的成纖維細胞，通過將編碼YAP的DNA序列放入兩個loxP位點之間實現YAP基因敲除]來調節(jié)傷口愈合期間的En1表達。他們通過RNA測序、定量組織病理學比較（使用自定義圖像處理算法）和機械強度測試，將實驗性傷口與未受傷的皮膚和疤痕（使用磷酸鹽緩沖鹽水作為對照）進行比較。
成纖維細胞移植和譜系追蹤研究顯示，網狀真皮層的En1陰性成纖維細胞（ENF）在傷口微環(huán)境中激活En1，產生了大約40%～50%的疤痕成纖維細胞。這一現象取決于機械線索：在軟基質上培養(yǎng)的ENF細胞或用機械信號蛋白（比如YAP）的化學抑制劑處理的ENF細胞不會激活En1。通過RNA測序對表達En1的ENF細胞和用短發(fā)夾RNA（shRNA）進行En1敲降的ENF細胞進行比較，結果表明En1調節(jié)一系列與皮膚纖維化有關的基因。
皮膚成纖維細胞中的Engrailed-1激活導致疤痕形成，圖片來自Science, 2021, doi:10.1126/science.aba2374。
在愈合的傷口中，通過維替泊芬（verteporfin）抑制YAP，阻斷En1激活，可促進ENF細胞介導的修復，在30天內實現皮膚再生，并伴隨功能性毛囊和皮脂腺的恢復。對疤痕和再生皮膚的定量比較表明，YAP抑制誘導恢復正常的真皮超微結構，進而使得正常的機械斷裂強度得到恢復。白喉毒素介導的出生后表達En1的成纖維細胞的剔除和針對成纖維細胞的轉基因YAP敲除同樣促進了正常皮膚結構的恢復，這表明對En1激活的調控，無論是直接方式還是間接方式，都能導致傷口再生。
綜上所述，通過揭示物理刺激如何引起ENF細胞促進皮膚纖維化，這些作者確定了YAP和En1是預防疤痕的潛在分子靶點。此外，他們發(fā)現，抑制YAP信號可以防止En1在傷口愈合過程中的激活，從而促進ENF細胞介導的傷口修復而不發(fā)生皮膚纖維化，在此過程中還會再生毛囊和皮脂腺。這些研究結果表明，如果可以阻斷機械驅動的皮膚纖維化傾向，出生后哺乳動物皮膚中殘留的ENF細胞仍有能力實現皮膚再生。他們證實出生后哺乳動物的皮膚傷口可完全實現再生性愈合，而不會留下疤痕。這一發(fā)現對每年數以千萬計出現疤痕和其他纖維化的患者具有臨床轉化方面的意義。
參考資料：
Shamik Mascharak et al. Preventing Engrailed-1 activation in fibroblasts yields wound regeneration without scarring. Science, 2021, doi:10.1126/science.aba2374.
Piotr Konieczny et al. Healing without scarring. Science, 2021, doi:10.1126/science.abi5770.
