二甲雙胍經(jīng)提高皮膚來源干細(xì)胞的增殖活性促進(jìn)機(jī)械牽張誘導(dǎo)的皮膚再生

皮膚擴(kuò)張術(shù)作為機(jī)械牽張誘導(dǎo)皮膚再生的有效方法，雖在臨床皮膚缺損修復(fù)和器官重建中常用，但皮膚再生能力有限，需要新方法提升其臨床應(yīng)用效果。機(jī)械牽張中細(xì)胞增殖、膠原合成等生物學(xué)行為影響皮膚再生。以往研究顯示干細(xì)胞療法有效，而皮膚源性的表皮干細(xì)胞和毛囊 bulge 干細(xì)胞也可能起關(guān)鍵作用。毛囊 bulge 干細(xì)胞移植可通過分化增強(qiáng)機(jī)械牽張過程中的皮膚再生。但體外干細(xì)胞直接應(yīng)用困難，因此找到能正向調(diào)節(jié)相關(guān)生物學(xué)行為并激活表皮干細(xì)胞或毛囊 bulge 干細(xì)胞的藥物療法，可能有助于經(jīng)機(jī)械牽張皮膚的再生。

有研究顯示二甲雙胍局部應(yīng)用利于組織再生、傷口修復(fù)，能促進(jìn)血管生成、激活毛囊 bulge 干細(xì)胞、增加膠原沉積和再上皮化，而機(jī)械牽張過程涉及損傷與修復(fù)，因此局部用二甲雙胍可能改善機(jī)械牽張誘導(dǎo)的皮膚再生。

基于此，第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院整形外科的研究團(tuán)隊探究二甲雙胍對機(jī)械牽張皮膚再生的促進(jìn)作用，通過構(gòu)建大鼠頭皮擴(kuò)張模型，觀察其影響并重點關(guān)注表皮干細(xì)胞和毛囊 bulge 干細(xì)胞的變化。研究成果發(fā)表在Frontiers in medicine期刊，題為“Metformin Promotes Mechanical Stretch-Induced Skin Regeneration by Improving the Proliferative Activity of Skin-Derived Stem Cells”。

首先，研究人員通過蘇木精 - 伊紅染色及統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍處理組經(jīng)機(jī)械牽張的皮膚，其表皮細(xì)胞層數(shù)增加、基底層細(xì)胞排列緊密，真皮中毛囊數(shù)量多，且皮膚整體厚度增加，其中表皮和真皮厚度均顯著大于對照組（圖 1），表明二甲雙胍能增強(qiáng)機(jī)械牽張后的皮膚增厚。

圖 1    機(jī)械牽張皮膚厚度的測量

接下來，研究人員通過多種方法檢測機(jī)械牽張后真皮的膠原情況（圖 2A），發(fā)現(xiàn)二甲雙胍處理組的膠原容積分?jǐn)?shù)顯著高于對照組（圖 2B），I 型和 III 型膠原表達(dá)顯著增加（圖 2C、D），新合成膠原更多（圖 3A），且膠原原纖維排列更均勻、無扭曲，而對照組膠原原纖維多斷裂、紊亂（圖 3B）。這表明二甲雙胍能增加真皮膠原沉積并改善其排列。

圖2    膠原蛋白合成的評估

圖3    真皮膠原原纖維的天狼星紅染色及超微結(jié)構(gòu)分析

隨后，研究人員通過檢測多種細(xì)胞增殖標(biāo)志物，探究二甲雙胍對細(xì)胞增殖的影響。結(jié)果顯示，二甲雙胍處理組中，Ki67 陽性細(xì)胞比例顯著高于對照組。細(xì)胞分裂周期不同階段的增殖標(biāo)志物PCNA（圖 4A、B）、Aurora B（圖 4E、F）、pH3（圖 4I、J）的陽性細(xì)胞數(shù)量在表皮和真皮中均多于對照組 ，且這些增殖細(xì)胞主要位于表皮基底層和毛囊外根鞘；同時，western blot 結(jié)果也證實 PCNA（圖 4C、D）、Aurora B（圖 4G、H）和 pH3（圖 4K、L）的蛋白水平均顯著升高 。這表明二甲雙胍能促進(jìn)細(xì)胞增殖。

圖4    機(jī)械牽張皮膚中的細(xì)胞增殖

接著，研究人員通過體內(nèi)微血管血流檢測和 CD31 免疫組織化學(xué)染色，探究二甲雙胍對皮膚血流及血管數(shù)量的影響。結(jié)果顯示，二甲雙胍處理組的微血管血流量顯著高于對照組（圖 5A、B），且經(jīng)機(jī)械牽張的皮膚移植物中血管數(shù)量增加（圖 5C），該組每視野的 CD31 陽性血管數(shù)量也顯著多于對照組（圖6）。這表明二甲雙胍能增加皮膚的血流量和血管數(shù)量。

圖 5    微循環(huán)血流的檢測

圖6    機(jī)械牽張皮膚中 CD31 的 IHC 染色

最后，為確定參與皮膚再生的細(xì)胞類型，研究人員對PCNA與 CK14 或 CK15 進(jìn)行了雙重免疫熒光染色。結(jié)果顯示，二甲雙胍處理組中，機(jī)械牽張表皮基底層的 CK14+/PCNA+ 細(xì)胞數(shù)量及毛囊外鞘的 CK15+/PCNA+ 細(xì)胞數(shù)量均顯著多于對照組圖 （7A、B），且該組中 CK14 和 CK15 的表達(dá)也上調(diào)（圖 7C、D）。這表明二甲雙胍能增強(qiáng)皮膚來源干細(xì)胞的增殖能力。

圖 7    機(jī)械牽張皮膚的免疫熒光染色

綜上所述，該研究發(fā)現(xiàn)局部應(yīng)用二甲雙胍可增強(qiáng)機(jī)械牽張皮膚的再生能力，這可能與膠原合成增強(qiáng)、血管生成及皮膚來源干細(xì)胞增殖有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)或許能為促進(jìn)機(jī)械牽張誘導(dǎo)的皮膚再生提供一種有價值的替代策略。

參考文獻(xiàn)：Xiong S, Liu W, Song Y, Du J, Wang T, Zhang Y, Huang Z, He Q, Dong C, Yu Z, Ma X. Metformin Promotes Mechanical Stretch-Induced Skin Regeneration by Improving the Proliferative Activity of Skin-Derived Stem Cells. Front Med (Lausanne). 2022 May 24;9:813917. doi: 10.3389/fmed.2022.813917. PMID: 35685420; PMCID: PMC9170926.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35685420/

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