皮膚瘢痕疙瘩發(fā)病機(jī)制及潛在治療靶點(diǎn)被揭示，瘢痕體質(zhì)人群將獲治

瘢痕疙瘩 是一種由異常的傷口愈合反應(yīng)引起的皮膚纖維化疾病。在組織學(xué)上，瘢痕疙瘩表現(xiàn)為過度的細(xì)胞外基質(zhì) (ECM)沉積和血管生成。盡管其被歸為皮膚良性增生，但卻表現(xiàn)出類似于惡性腫瘤的生物學(xué)特征，如過度增殖、抗凋亡和侵襲等。

瘢痕疙瘩超出原創(chuàng)面邊界，引起疼痛、瘙癢、攣縮，給患者帶來嚴(yán)重的身心負(fù)擔(dān)。

盡管目前臨床上可通過外科手術(shù)等多種方法進(jìn)行治療，但由于發(fā)病機(jī)制尚不明確，仍存在高復(fù)發(fā)率和治療藥物缺乏的不足，使得瘢痕疙瘩治療依然面臨挑戰(zhàn)。因此在細(xì)胞和分子水平對瘢痕疙瘩發(fā)病機(jī)制進(jìn)行研究將對改善疾病治療方案有著巨大的推進(jìn)作用。

近日，北京協(xié)和醫(yī)院整形外科 龍笑 教授團(tuán)隊(duì)與中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院 周洲 教授團(tuán)隊(duì)合作在皮膚病學(xué)國際頂級刊物 Journal of Investigative Dermatology 雜志在線發(fā)表題為“Single-cell RNA-seq reveals lineage-specific regulatory changes of fibroblasts and vascular endothelial cells in keloids”的研究論文，在單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組水平揭示皮膚瘢痕疙瘩的發(fā)病機(jī)制，同時為藥物治療提供了潛在靶點(diǎn)。

由于瘢痕疙瘩的細(xì)胞組成具有極大異質(zhì)性，團(tuán)隊(duì)采用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序 (scRNA-seq)技術(shù)對4例瘢痕疙瘩患者病變皮膚組織和鄰近瘢痕疙瘩的正常皮膚組織的共28 064個細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組比較分析。

為了闡明瘢痕疙瘩患者病變皮膚組織與正常皮膚組織之間的差異性，對其中包含的每種細(xì)胞類型進(jìn)行了解析。對單細(xì)胞數(shù)據(jù)的無偏聚類分析共得到21個細(xì)胞簇，涉及11個細(xì)胞譜系。研究發(fā)現(xiàn)在這11個細(xì)胞譜系中，成纖維細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞在病變皮膚組織中顯著增加，這反映它們與瘢痕疙瘩的發(fā)生密切相關(guān)。

圖1 細(xì)胞簇的差異比例分析及細(xì)胞密度可視化

為進(jìn)一步揭示成纖維細(xì)胞在瘢痕疙瘩發(fā)病中的作用，研究通過基因集富集分析(GSEA) 進(jìn)一步分析了病變與正常皮膚組織的細(xì)胞類型特異性差異調(diào)節(jié)通路。結(jié)果表明，ECM相關(guān)通路如細(xì)胞外基質(zhì)組成和膠原蛋白形成通路顯著上調(diào)，這與瘢痕疙瘩中ECM過度沉積的表型一致。值得注意的是，在瘢痕疙瘩病變組織成纖維細(xì)胞中，除已證實(shí)的與纖維化相關(guān)的TGFβ和經(jīng)典的WNT信號通路外，作者還觀察到一組參與PTEN基因轉(zhuǎn)錄負(fù)調(diào)控的基因在瘢痕疙瘩病變組織成纖維細(xì)胞中上調(diào)。

PTEN是一種已知的腫瘤抑制因子，是控制細(xì)胞生長、存活和增殖的主要生長信號抑制劑，這與瘢痕疙瘩病變組織成纖維細(xì)胞過度增殖和抗凋亡等惡性特征相一致。除此之外，團(tuán)隊(duì)還觀察到瘢痕疙瘩病變組織成纖維細(xì)胞中的Eph-ephrin信號通路被過度激活，該通路也在既往研究中被報(bào)道與心臟纖維化相關(guān)。

研究利用基因表達(dá)的差異性將成纖維細(xì)胞分為5個亞群，免疫熒光亦證實(shí)了瘢痕疙瘩病變組織中5個成纖維細(xì)胞亞群的存在。為了進(jìn)一步探索成纖維細(xì)胞亞群之間的關(guān)系并研究成纖維細(xì)胞到肌成纖維細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變中的動態(tài)調(diào)控過程，團(tuán)隊(duì)利用Monocle2對所有成纖維細(xì)胞進(jìn)行了擬時序分析，得到促纖維化的代表性轉(zhuǎn)錄因子，并通過構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)最終獲得候選靶點(diǎn)基因TWIST1。

圖2 瘢痕疙瘩病變組織成纖維細(xì)胞擬時序分析

為了探究TWIST1基因在瘢痕疙瘩發(fā)病中的作用以及其能否作為潛在的治療靶點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)利用TWIST1特異性抑制劑harmine在細(xì)胞水平進(jìn)行干預(yù)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，harmine處理病變組織成纖維細(xì)胞后，TWIST1基因被顯著抑制，纖維化相關(guān)基因如COL1A1、COL3A1、FN1及TGFβ通路相關(guān)基因如TGFBR2、TGFB1顯著下調(diào)。

Western blot的結(jié)果也顯示，在瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞中進(jìn)行harmine處理后，TWIST1、Collagen-1、Collagen-3、SMAD2/3 的蛋白質(zhì)水平顯著降低，同時在瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞中觀察到磷酸化SMAD2/3 (pSMAD2/3)水平降低。

與瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞相比，harmine處理在蛋白質(zhì)水平對正常成纖維細(xì)胞的影響較小。這些結(jié)果表明，TWIST1在瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞中具有促進(jìn)纖維化的作用，因而可以作為治療瘢痕疙瘩的靶點(diǎn)，且harmine可作為瘢痕疙瘩治療的潛在藥物。

圖3 TWIST1的特異性抑制劑harmine可以抑制瘢痕成纖維細(xì)胞的纖維化

該研究在單細(xì)胞水平對瘢痕疙瘩的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行探討，很大程度上避免了瘢痕疙瘩異質(zhì)性對研究結(jié)論的影響，并且能夠?yàn)楹罄m(xù)研究提供大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，而對于成纖維細(xì)胞的深入研究，包括亞群的分類以及藥物的干預(yù)實(shí)驗(yàn)，除了能夠深入了解瘢痕疙瘩的發(fā)病機(jī)制，同時也為臨床治療提供了潛在的治療靶點(diǎn)及可應(yīng)用的藥物。

丨參考文獻(xiàn)：
Liu X, Chen W, Zeng Q, Ma B, Li Z, Meng T, Chen J, Yu N, Zhou Z, Long X. Single-cell RNA-seq reveals lineage-specific regulatory changes of fibroblasts and vascular endothelial cells in keloids. J Invest Dermatol. 2021 Jul 6:S0022-202X(21)01417-2.

作者簡介

非常分享官

編輯：劉洋 趙娜
審校：李娜 李玉樂 董哲
監(jiān)制：吳文銘

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