激活自噬可促進(jìn)組織擴(kuò)張過程中機(jī)械牽張誘導(dǎo)的皮膚再生
Activating autophagy promotes skin regeneration induced by mechanical stretch during tissue expansion
Keywords: Autophagy, Mechanical stretch, Skin regeneration, Tissue expansion
組織擴(kuò)張術(shù)是整形外科修復(fù)燒傷或創(chuàng)傷的重要手段，其通過機(jī)械牽張促使健康組織再生出類似正常的額外皮膚。然而，該技術(shù)存在擴(kuò)張效率低、術(shù)后易因真皮過薄和血供差引發(fā)并發(fā)癥等問題，且其誘導(dǎo)皮膚再生的機(jī)制尚未被充分闡明，因此有必要深入探索相關(guān)機(jī)制并尋找潛在治療靶點(diǎn)。
自噬作為一種維持細(xì)胞和組織穩(wěn)態(tài)、提升細(xì)胞存活率的細(xì)胞過程，參與細(xì)胞增殖、分化、血管生成等多種生物學(xué)過程，且在組織再生（如斑馬魚尾鰭、心臟再生）、傷口愈合及毛發(fā)再生中發(fā)揮作用，甚至可能與組織對(duì)機(jī)械牽張的響應(yīng)相關(guān)，例如在成骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等中，機(jī)械牽張可誘導(dǎo)自噬以保護(hù)細(xì)胞或參與相關(guān)生理過程。但目前對(duì)于組織擴(kuò)張過程中是否存在自噬誘導(dǎo)，以及自噬對(duì)機(jī)械牽張引發(fā)的皮膚再生有何影響，仍不明確。
研究團(tuán)隊(duì)此前構(gòu)建了可靠的小鼠皮膚擴(kuò)張模型，其擴(kuò)張皮膚特征與人類相似，且在該模型的擴(kuò)張皮膚組織中檢測(cè)到大量自噬體，提示機(jī)械牽張?jiān)诮M織擴(kuò)張中可誘導(dǎo)自噬，這為后續(xù)探究自噬調(diào)控對(duì)組織擴(kuò)張時(shí)皮膚再生的影響提供了基礎(chǔ)。
基于此，為了明確自噬與皮膚再生的關(guān)系，第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院整形外科的研究團(tuán)隊(duì)采用大鼠頭皮擴(kuò)張模型，在不同時(shí)間點(diǎn)收集擴(kuò)張皮膚，并用雷帕霉素和 autophinib 調(diào)控自噬，通過多項(xiàng)指標(biāo)評(píng)估皮膚再生情況。研究成果發(fā)表在Burns Trauma期刊，題為“Activating autophagy promotes skin regeneration induced by mechanical stretch during tissue expansion”。
首先，為了探究組織擴(kuò)張過程中機(jī)械牽張是否會(huì)誘導(dǎo)自噬，研究人員建立了大鼠頭皮組織擴(kuò)張模型（圖 1a）。結(jié)果顯示，擴(kuò)張皮膚中 LC3-II 表達(dá)更高，在擴(kuò)張的表皮和真皮中均觀察到大量點(diǎn)狀熒光（圖 1c），這表明組織擴(kuò)張過程中機(jī)械牽張誘導(dǎo)了自噬的發(fā)生。機(jī)械牽張刺激使 LC3-II、beclin1 表達(dá)增加、p62 表達(dá)降低（圖 1d），自噬流在擴(kuò)張后 48 小時(shí)達(dá)最高。這些表明組織擴(kuò)張中的機(jī)械牽張能以時(shí)間依賴的方式誘導(dǎo)自噬。
圖1 皮膚組織擴(kuò)張過程中機(jī)械牽張誘導(dǎo)自噬。
接著，為探究自噬對(duì)組織擴(kuò)張過程中皮膚再生的影響，研究人員通過對(duì)大鼠擴(kuò)張頭皮分別用 DMSO（對(duì)照）、雷帕霉素（rapa）、雷帕霉素聯(lián)合自噬抑制劑 autophinib（rapa + autophinib） 及 autophinib 處理。通過測(cè)量標(biāo)記的擴(kuò)張皮膚的面積和厚度，來評(píng)估皮膚再生效率（圖 2a）。結(jié)果顯示，雷帕霉素組的皮膚面積、表皮和真皮厚度均大于對(duì)照組，而 autophinib 組則相反，且該組一半皮膚出現(xiàn)壞死和結(jié)痂（圖 2b和c ）。同時(shí)，雷帕霉素組中自噬相關(guān)標(biāo)志物 LC3-II、beclin1 表達(dá)上調(diào)，p62 表達(dá)下調(diào)，autophinib 組則呈相反趨（圖 3a和b）。且 LC3-II 陽性 puncta 多在細(xì)胞增殖旺盛的表皮和毛囊。這表明組織擴(kuò)張中皮膚再生與自噬活性密切相關(guān)，激活自噬可促進(jìn)再生，抑制自噬則起抑制作用。
為了評(píng)估組織擴(kuò)張過程中自噬調(diào)控對(duì)細(xì)胞增殖和凋亡的影響，研究人員通過對(duì)擴(kuò)張皮膚進(jìn)行 PCNA 免疫組化染色、TUNEL 染色及凋亡相關(guān)蛋白檢測(cè)。結(jié)果顯示，雷帕霉素組 PCNA 陽性細(xì)胞數(shù)顯著多于對(duì)照組（圖 4a），autophinib 組最少。雷帕霉素組凋亡細(xì)胞比例最低，autophinib 組最高（圖 4b），且雷帕霉素組凋亡抑制蛋白 BCL-2 表達(dá)升高，促凋亡蛋白 BAX 和切割型半胱天冬酶 3 表達(dá)降低（圖 4c）。這表明激活自噬可促進(jìn)細(xì)胞增殖、減少凋亡，抑制自噬則效果相反。 
接下來，研究人員通過檢測(cè)干細(xì)胞標(biāo)志物，探究自噬對(duì)組織擴(kuò)張中干細(xì)胞數(shù)量的影響。結(jié)果顯示，雷帕霉素組的表皮基底干細(xì)胞標(biāo)志物 CK14 和毛囊干細(xì)胞標(biāo)志物 CK15 表達(dá)均高于對(duì)照組及雷帕霉素 + autophinib 組，autophinib 組這兩種標(biāo)志物表達(dá)最低。且雷帕霉素組成熟表皮細(xì)胞標(biāo)志物 CK10 表達(dá)極低（圖 5）。這表明激活自噬可增加組織擴(kuò)張中擴(kuò)張皮膚的表皮基底干細(xì)胞和毛囊干細(xì)胞數(shù)量，抑制自噬則會(huì)減少干細(xì)胞數(shù)量。
為了評(píng)估自噬激活或抑制時(shí)擴(kuò)張皮膚的血液灌注情況 ，研究人員通過激光多普勒血流成像和 CD34 免疫組化染色。結(jié)果顯示，雷帕霉素組擴(kuò)張皮膚的微循環(huán)血流灌注量顯著高于對(duì)照組和雷帕霉素 + autophinib 組，autophinib 組最低（圖 6a）。同時(shí)，雷帕霉素組 CD34 陽性血管數(shù)量最多，autophinib 組最少（圖 6b）。這表明在組織擴(kuò)張中，激活自噬可促進(jìn)血管生成，抑制自噬則會(huì)阻礙血管生成。
隨后，研究人員通過 Masson 三色染色和蛋白質(zhì)印跡法，探究自噬對(duì)擴(kuò)張皮膚膠原蛋白合成的影響。結(jié)果顯示，雷帕霉素組的膠原容積分?jǐn)?shù)最高，I 型和 III 型膠原蛋白表達(dá)顯著高于對(duì)照組。autophinib 組則膠原容積分?jǐn)?shù)最低，兩種膠原蛋白表達(dá)也最低（圖 7）。這表明在組織擴(kuò)張中，激活自噬可促進(jìn)膠原蛋白合成，抑制自噬則會(huì)減少膠原蛋白合成。
最后，研究人員通過蛋白質(zhì)印跡法檢測(cè)多種生長(zhǎng)因子的表達(dá)，探究自噬對(duì)擴(kuò)張皮膚中生長(zhǎng)因子的影響。結(jié)果如圖 8 顯示，雷帕霉素處理的擴(kuò)張皮膚中 bFGF、EGF、CTGF、TGF-β 和 VEGF 的表達(dá)顯著高于 DMSO 組和雷帕霉素 + autophinib 組，而 autophinib 處理組中這些生長(zhǎng)因子的表達(dá)降低。這表明激活自噬可增加擴(kuò)張皮膚中上述生長(zhǎng)因子的水平。
圖8 激活自噬可增加擴(kuò)張皮膚中生長(zhǎng)因子的表達(dá)。
總之，該研究表明，組織擴(kuò)張后 48 小時(shí)自噬流最強(qiáng)，雷帕霉素激活自噬可增大擴(kuò)張皮膚面積、增加表皮和真皮厚度，并通過促進(jìn)細(xì)胞增殖、增多干細(xì)胞、減少凋亡、改善血管生成、促進(jìn)膠原合成及生長(zhǎng)因子分泌來加速皮膚再生，而阻斷自噬則會(huì)逆轉(zhuǎn)這些再生效果。調(diào)控自噬有望成為一項(xiàng)有效的治療手段，不僅能提升組織擴(kuò)張的效率，還可降低皮膚壞死等并發(fā)癥的出現(xiàn)幾率。
參考文獻(xiàn)：Du J, Liu W, Song Y, Zhang Y, Dong C, Xiong S, Huang Z, Wang T, Ding J, He Q, Yu Z, Ma X. Activating autophagy promotes skin regeneration induced by mechanical stretch during tissue expansion. Burns Trauma. 2024 Feb 7;12:tkad057. doi: 10.1093/burnst/tkad057. PMID: 38328438; PMCID: PMC10849167.
原文鏈接：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10849167/
Impact Factor: 9.6
ISSN: 2321-3876 (Electronic); 2321-3868 (Print)
圖片來源：所有圖片均來源于參考文獻(xiàn)
小編旨在分享、學(xué)習(xí)、交流生物科學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請(qǐng)聯(lián)系小編修正。如有任何的想法以及建議，歡迎聯(lián)系小編。感謝各位的瀏覽以及關(guān)注！進(jìn)入官網(wǎng)www.naturethink.com或關(guān)注“Naturethink”公眾號(hào)，了解更多相關(guān)內(nèi)容。
點(diǎn)擊了解：牽張應(yīng)變細(xì)胞培養(yǎng)儀
Keywords: Autophagy, Mechanical stretch, Skin regeneration, Tissue expansion
組織擴(kuò)張術(shù)是整形外科修復(fù)燒傷或創(chuàng)傷的重要手段，其通過機(jī)械牽張促使健康組織再生出類似正常的額外皮膚。然而，該技術(shù)存在擴(kuò)張效率低、術(shù)后易因真皮過薄和血供差引發(fā)并發(fā)癥等問題，且其誘導(dǎo)皮膚再生的機(jī)制尚未被充分闡明，因此有必要深入探索相關(guān)機(jī)制并尋找潛在治療靶點(diǎn)。
自噬作為一種維持細(xì)胞和組織穩(wěn)態(tài)、提升細(xì)胞存活率的細(xì)胞過程，參與細(xì)胞增殖、分化、血管生成等多種生物學(xué)過程，且在組織再生（如斑馬魚尾鰭、心臟再生）、傷口愈合及毛發(fā)再生中發(fā)揮作用，甚至可能與組織對(duì)機(jī)械牽張的響應(yīng)相關(guān)，例如在成骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等中，機(jī)械牽張可誘導(dǎo)自噬以保護(hù)細(xì)胞或參與相關(guān)生理過程。但目前對(duì)于組織擴(kuò)張過程中是否存在自噬誘導(dǎo)，以及自噬對(duì)機(jī)械牽張引發(fā)的皮膚再生有何影響，仍不明確。
研究團(tuán)隊(duì)此前構(gòu)建了可靠的小鼠皮膚擴(kuò)張模型，其擴(kuò)張皮膚特征與人類相似，且在該模型的擴(kuò)張皮膚組織中檢測(cè)到大量自噬體，提示機(jī)械牽張?jiān)诮M織擴(kuò)張中可誘導(dǎo)自噬，這為后續(xù)探究自噬調(diào)控對(duì)組織擴(kuò)張時(shí)皮膚再生的影響提供了基礎(chǔ)。
基于此，為了明確自噬與皮膚再生的關(guān)系，第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院整形外科的研究團(tuán)隊(duì)采用大鼠頭皮擴(kuò)張模型，在不同時(shí)間點(diǎn)收集擴(kuò)張皮膚，并用雷帕霉素和 autophinib 調(diào)控自噬，通過多項(xiàng)指標(biāo)評(píng)估皮膚再生情況。研究成果發(fā)表在Burns Trauma期刊，題為“Activating autophagy promotes skin regeneration induced by mechanical stretch during tissue expansion”。
首先，為了探究組織擴(kuò)張過程中機(jī)械牽張是否會(huì)誘導(dǎo)自噬，研究人員建立了大鼠頭皮組織擴(kuò)張模型（圖 1a）。結(jié)果顯示，擴(kuò)張皮膚中 LC3-II 表達(dá)更高，在擴(kuò)張的表皮和真皮中均觀察到大量點(diǎn)狀熒光（圖 1c），這表明組織擴(kuò)張過程中機(jī)械牽張誘導(dǎo)了自噬的發(fā)生。機(jī)械牽張刺激使 LC3-II、beclin1 表達(dá)增加、p62 表達(dá)降低（圖 1d），自噬流在擴(kuò)張后 48 小時(shí)達(dá)最高。這些表明組織擴(kuò)張中的機(jī)械牽張能以時(shí)間依賴的方式誘導(dǎo)自噬。
圖1 皮膚組織擴(kuò)張過程中機(jī)械牽張誘導(dǎo)自噬。 接著，為探究自噬對(duì)組織擴(kuò)張過程中皮膚再生的影響，研究人員通過對(duì)大鼠擴(kuò)張頭皮分別用 DMSO（對(duì)照）、雷帕霉素（rapa）、雷帕霉素聯(lián)合自噬抑制劑 autophinib（rapa + autophinib） 及 autophinib 處理。通過測(cè)量標(biāo)記的擴(kuò)張皮膚的面積和厚度，來評(píng)估皮膚再生效率（圖 2a）。結(jié)果顯示，雷帕霉素組的皮膚面積、表皮和真皮厚度均大于對(duì)照組，而 autophinib 組則相反，且該組一半皮膚出現(xiàn)壞死和結(jié)痂（圖 2b和c ）。同時(shí)，雷帕霉素組中自噬相關(guān)標(biāo)志物 LC3-II、beclin1 表達(dá)上調(diào)，p62 表達(dá)下調(diào)，autophinib 組則呈相反趨（圖 3a和b）。且 LC3-II 陽性 puncta 多在細(xì)胞增殖旺盛的表皮和毛囊。這表明組織擴(kuò)張中皮膚再生與自噬活性密切相關(guān)，激活自噬可促進(jìn)再生，抑制自噬則起抑制作用。
圖2 雷帕霉素促進(jìn)組織擴(kuò)張過程中的皮膚再生，而自噬抑制劑 autophinib 抑制皮膚再生。
圖3 擴(kuò)張皮膚中自噬流的檢測(cè)。
圖3 擴(kuò)張皮膚中自噬流的檢測(cè)。 為了評(píng)估組織擴(kuò)張過程中自噬調(diào)控對(duì)細(xì)胞增殖和凋亡的影響，研究人員通過對(duì)擴(kuò)張皮膚進(jìn)行 PCNA 免疫組化染色、TUNEL 染色及凋亡相關(guān)蛋白檢測(cè)。結(jié)果顯示，雷帕霉素組 PCNA 陽性細(xì)胞數(shù)顯著多于對(duì)照組（圖 4a），autophinib 組最少。雷帕霉素組凋亡細(xì)胞比例最低，autophinib 組最高（圖 4b），且雷帕霉素組凋亡抑制蛋白 BCL-2 表達(dá)升高，促凋亡蛋白 BAX 和切割型半胱天冬酶 3 表達(dá)降低（圖 4c）。這表明激活自噬可促進(jìn)細(xì)胞增殖、減少凋亡，抑制自噬則效果相反。
圖4 激活自噬可促進(jìn)擴(kuò)張皮膚中的細(xì)胞增殖并減少細(xì)胞凋亡。
接下來，研究人員通過檢測(cè)干細(xì)胞標(biāo)志物，探究自噬對(duì)組織擴(kuò)張中干細(xì)胞數(shù)量的影響。結(jié)果顯示，雷帕霉素組的表皮基底干細(xì)胞標(biāo)志物 CK14 和毛囊干細(xì)胞標(biāo)志物 CK15 表達(dá)均高于對(duì)照組及雷帕霉素 + autophinib 組，autophinib 組這兩種標(biāo)志物表達(dá)最低。且雷帕霉素組成熟表皮細(xì)胞標(biāo)志物 CK10 表達(dá)極低（圖 5）。這表明激活自噬可增加組織擴(kuò)張中擴(kuò)張皮膚的表皮基底干細(xì)胞和毛囊干細(xì)胞數(shù)量，抑制自噬則會(huì)減少干細(xì)胞數(shù)量。
圖5 激活自噬可增加擴(kuò)張皮膚中表皮基底干細(xì)胞和毛囊干細(xì)胞的數(shù)量。
為了評(píng)估自噬激活或抑制時(shí)擴(kuò)張皮膚的血液灌注情況 ，研究人員通過激光多普勒血流成像和 CD34 免疫組化染色。結(jié)果顯示，雷帕霉素組擴(kuò)張皮膚的微循環(huán)血流灌注量顯著高于對(duì)照組和雷帕霉素 + autophinib 組，autophinib 組最低（圖 6a）。同時(shí)，雷帕霉素組 CD34 陽性血管數(shù)量最多，autophinib 組最少（圖 6b）。這表明在組織擴(kuò)張中，激活自噬可促進(jìn)血管生成，抑制自噬則會(huì)阻礙血管生成。
圖6 激活自噬可促進(jìn)擴(kuò)張皮膚中的血管生成。
隨后，研究人員通過 Masson 三色染色和蛋白質(zhì)印跡法，探究自噬對(duì)擴(kuò)張皮膚膠原蛋白合成的影響。結(jié)果顯示，雷帕霉素組的膠原容積分?jǐn)?shù)最高，I 型和 III 型膠原蛋白表達(dá)顯著高于對(duì)照組。autophinib 組則膠原容積分?jǐn)?shù)最低，兩種膠原蛋白表達(dá)也最低（圖 7）。這表明在組織擴(kuò)張中，激活自噬可促進(jìn)膠原蛋白合成，抑制自噬則會(huì)減少膠原蛋白合成。
圖7 激活自噬可增強(qiáng)擴(kuò)張皮膚中的膠原蛋白合成。
最后，研究人員通過蛋白質(zhì)印跡法檢測(cè)多種生長(zhǎng)因子的表達(dá)，探究自噬對(duì)擴(kuò)張皮膚中生長(zhǎng)因子的影響。結(jié)果如圖 8 顯示，雷帕霉素處理的擴(kuò)張皮膚中 bFGF、EGF、CTGF、TGF-β 和 VEGF 的表達(dá)顯著高于 DMSO 組和雷帕霉素 + autophinib 組，而 autophinib 處理組中這些生長(zhǎng)因子的表達(dá)降低。這表明激活自噬可增加擴(kuò)張皮膚中上述生長(zhǎng)因子的水平。
圖8 激活自噬可增加擴(kuò)張皮膚中生長(zhǎng)因子的表達(dá)。 總之，該研究表明，組織擴(kuò)張后 48 小時(shí)自噬流最強(qiáng)，雷帕霉素激活自噬可增大擴(kuò)張皮膚面積、增加表皮和真皮厚度，并通過促進(jìn)細(xì)胞增殖、增多干細(xì)胞、減少凋亡、改善血管生成、促進(jìn)膠原合成及生長(zhǎng)因子分泌來加速皮膚再生，而阻斷自噬則會(huì)逆轉(zhuǎn)這些再生效果。調(diào)控自噬有望成為一項(xiàng)有效的治療手段，不僅能提升組織擴(kuò)張的效率，還可降低皮膚壞死等并發(fā)癥的出現(xiàn)幾率。
參考文獻(xiàn)：Du J, Liu W, Song Y, Zhang Y, Dong C, Xiong S, Huang Z, Wang T, Ding J, He Q, Yu Z, Ma X. Activating autophagy promotes skin regeneration induced by mechanical stretch during tissue expansion. Burns Trauma. 2024 Feb 7;12:tkad057. doi: 10.1093/burnst/tkad057. PMID: 38328438; PMCID: PMC10849167.
原文鏈接：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10849167/
Impact Factor: 9.6
ISSN: 2321-3876 (Electronic); 2321-3868 (Print)
圖片來源：所有圖片均來源于參考文獻(xiàn)
小編旨在分享、學(xué)習(xí)、交流生物科學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請(qǐng)聯(lián)系小編修正。如有任何的想法以及建議，歡迎聯(lián)系小編。感謝各位的瀏覽以及關(guān)注！進(jìn)入官網(wǎng)www.naturethink.com或關(guān)注“Naturethink”公眾號(hào)，了解更多相關(guān)內(nèi)容。
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