《自然》：太神了！科学家通过重编程得到皮肤干细胞，首次实现大面积创口原位皮肤再生

本文获“奇点网”授权转载，版权归“奇点网”所有，任何转载需获得“奇点网”授权。

皮肤，是我们身体上最大的器官，也是我们抵御环境中种种不利因素的第一道屏障。皮肤破损相信大家都有过，擦伤什么的，保持伤口清洁不被感染，过几天就好了。但皮肤的大面积破损就不一样了，尤其是连生发层都大量破坏了的大面积烧伤。

大面积烧伤在急救领域一直是一个难题。皮肤破坏后，失去了屏障功能，体液外渗和细菌感染相互促进。像美达锦纶公司员工那样，烧伤面积达到90%以上的，死亡率超过40%[1]。生发层都没了，等身体自然恢复就是天方夜谭，拯救生命只能靠植皮，可是皮又从哪里来呢？

要是创面能够长出皮肤就好了！

近日，索尔克生物研究所的Masakazu Kurita等，通过对伤口处细胞直接重编程，让创面直接长出了皮肤[2]！文章发表在Nature上。

皮肤的再生

在皮肤损伤的修复中，一个重要的步骤是角质形成细胞从伤口两边迁移到伤口中[3]。可想而知，伤口越大，这一步也就越慢。对于那些巨大的伤口，往往就只能做皮肤移植了。

不过皮肤移植也有不少问题。比如自体皮肤移植，不会出现排异反应，看起来很好，但对于大面积烧伤的患者，哪来那么多完好的皮肤去用于移植。而异体皮肤移植，只能暂时覆盖伤口，也面临着供体来源、传染病和排异反应等问题。

虽说可以通过自体微粒植皮，以及大张异体皮开洞嵌植自体皮等方法，来解决这些问题，但受到的限制还是很多[4]。

所谓“大张异体皮开洞嵌植自体皮”，就是在整张异体皮上开洞，洞中植入小块的自体皮

图片来自参考文献[4]

有些科学家想到用自体干细胞，在体外培养出皮肤，来进行移植[5]。科学家也通过这种方法治愈了大疱性表皮松解症。不过面对烧伤，培养过程所需的数周时间，有可能就会延误治疗了。

如果能让伤口直接长出新的皮肤就好了。

细胞重编程技术的发展，让这成为了可能[6]。Masakazu Kurita等正是希望把伤口处的细胞直接重编程成表皮祖细胞，进而产生表皮细胞，修复伤口。

重编程三个字说起来简单，找出合适的重编程的方法可不简单。研究人员先在间充质细胞和脂肪来源的基质细胞中进行了实验。这两种细胞也是伤口愈合中起重要作用的两种细胞。

通过比较间充质细胞和角质形成细胞的表达谱，研究人员找出了可能与角质形成细胞转化有关的55个转录因子和31个micro RNA。通过逐个转入这些可能的基因等方法，研究人员最终确定了4个重编程的关键基因：DNP63A、GRHL2、TFAP2A和MYC，合称为DGTM。

不过在体外，通过DGTM诱导产生的上皮组织是没有角质层的黏膜型，而非像皮肤一样有角质层。但考虑到上皮细胞的表型跟周围环境有很大关系[7]，研究人员认为这并不是一个问题，在该长皮肤的地方，角质层自然会出来。

接下来就是到动物模型中去验证DGTM的效果了。研究人员切除了小鼠背部皮肤，并把伤口和周围的皮肤隔离开，以模拟难以愈合的皮肤溃疡。

伤口中没有红色的上皮细胞

研究人员使用的是一种转基因小鼠，上皮细胞都会带有红色荧光。观察发现伤口中没有上皮细胞。而且，这些伤口也确实不会自己愈合。

之后，研究人员用装载着DGTM的腺相关病毒去感染这些伤口。在第18天时，研究人员就在伤口中观察到了上皮细胞。到了第28天，伤口中新生的上皮组织就跟伤口周围的皮肤很像了。

为了看看这新生上皮的增殖能力，研究人员又把隔离区扩大了一圈。一个月后，隔离区又被新生的皮肤覆盖率。到了这，“良心发现”的研究人员终于把皮肤上的隔离物拿走了。两周内，新生的皮肤就和周围的皮肤融为一体了。

新生的皮肤和周围融为一体

皮肤长出来了，不过这新生的皮肤的屏障功能怎么样呢？研究人员测定了由外而内的染料渗透，以及由内而外的水分散失情况。伤口新生的皮肤的表现和正常皮肤一样。

接下来，研究人员又进一步优化了治疗方案。通过用凝胶搭载病毒，以及与生物活性分子成纤维细胞生长因子2（FGF2）和Rock抑制剂联合使用，伤口愈合时间缩短到了17天。

效果不错，但是这些诱导出的上皮祖细胞在体外就表现出了快速增殖的能力，那它们会不会失控，成为肿瘤呢？研究人员把这些上皮祖细胞注射到裸鼠体内，并与小鼠中分离出来的角质形成细胞，以及典型的恶性细胞——Hela细胞做对比。

诱导出的上皮祖细胞没有表现出恶性细胞的侵袭性

结果，诱导出的上皮祖细胞形成了光滑、柔软、圆形的结节，比原始角质形成细胞形成的结节略大。而像Hela细胞那样的跨筋膜侵袭性，并没有在诱导出的上皮祖细胞中观察到，即使过了56天，这些上皮祖细胞还是停留在注射的部位，没有离开。

当然，这项技术离在临床中应用还有一段距离。第一作者Masakazu Kurita也表示：“在进入临床前，我们必须对我们的方法的长期安全性做更多的研究，并尽可能地提高效率。”

除了烧伤，糖尿病足、褥疮等造成的难遇性伤口都有望通过这个方法治愈，希望能早日在临床中得到应用。

参考文献：

1. Xie B, Xiao S C, Peng X D, et al. Epidemiology and outcome analysis of severe extensive burns: a 12-year summary of 103 cases in a burn center in China.[J]. Journal of Burn Care & Research Official Publication of the American Burn Association, 2012, 33(3):e127.

2. KURITA M, ARAOKA T, HISHIDA T, et al. In vivo reprogramming of wound-resident cells generates skin epithelial tissue[J]. Nature, 2018.

3. Gurtner G C, Werner S, Barrandon Y, et al. Wound repair and regeneration. Nature[J]. Nature, 2008, 453(7193):314-321.

4. 陈孝平等. 《外科学》[M] 人民卫生出版社, 2013：145-146.

5. Rd G G, O'Connor N E, Compton C C, et al. Permanent coverage of large burn wounds with autologous cultured human epithelium.[J]. New England Journal of Medicine, 1984, 311(7):448.

6. Srivastava D, Dewitt N. InVivo Cellular Reprogramming: The Next Generation[J]. Cell, 2016, 166(6):1386-1396.

Okazaki M, Yoshimura K, Fujiwara H, et al. Induction of hard keratin expression in non-nail-matrical keratinocytes by nail-matrical fibroblasts through epithelial-mesenchymal interactions.[J]. Plastic & Reconstructive Surgery, 2003, 111(1):286-290