近日,美国斯坦福大学医学院Michael T. Longaker教授课题组与Geoffrey C. Gurtner教授课题组联合在Cell Stem Cell上发表了题为 Multi-omic analysis reveals divergent molecular events in scarring and regenerative wound healing 的文章,使用了4D蛋白组联合单细胞测序技术描绘了愈合的纤维化和再生“分子轨迹”图谱。
研究者首先采用了夹板切除伤口模型对小鼠进行了处理,该模型可以防止皮肤松弛的小鼠伤口快速收缩。对处理后的小鼠进行了损伤及修复过程的多模观测,对比发现对照伤口形成明显的纤维化疤痕,具有致密的线性排列的 ECM 纤维,没有毛囊和腺体;而使用YAP抑制剂处理组再生处的毛囊和腺体与正常皮肤相似,并且具有密度较低、方向更随机的 ECM 纤维。随后研究人员通过靶向敲除YAP实验确定了该结论不是由于抑制剂的脱靶效应导致。
研究者进一步在蛋白质(4D蛋白质组学)、转录(单细胞RNA测序)和组织(细胞外基质超微结构)水平上对疤痕与YAP抑制诱导的伤口再生进行了分子动力学分析。在主成分分析中,成纤维细胞 (Lin-)和其他细胞(Lin+)蛋白质组样本在时间点上存在很大差异,而对照组和抑制剂干预组样本之间的差异更加集中,表明蛋白质组学分析可以捕捉到更广泛的修复动态。整合发现再生过程和纤维化过程并不是相互排斥的,具有促再生活性的细胞可能存在于疤痕形成的伤口中,但是在没有抑制剂干预的情况下,促纤维化分子由于更为迅速的反应会覆盖再生的活性,导致纤维化疤痕产生。
图2 疤痕形成和再生性伤口修复的多模式分析
接下来研究者基于获得的多组学数据分析,进一步探究了纤维化和再生愈合过程中的关键差异基因,包括Bmp4(与再生损伤反应有关)的基因[3]以及参与 Wnt 信号传导的基因,包括Axin2,Twist1,Trps1等。已有研究表明Trps1是Wnt信号通路的主要调节因子,且与皮肤腺体的发育、生长和增殖相关[4]。随后通过体内基因敲除和在伤口中过量表达,研究者确定Trps1是一个关键的调节基因,对伤口再生是必要且充分的。
图3 成纤维细胞靶向Trps1 过表达和敲低实验
综上所述,该研究对疤痕与YAP抑制诱导的伤口再生进行了分析,揭示了纤维化和再生的愈合"分子轨迹"。结果表明,破坏YAP的机械传导,可以通过激活Trps1和Wnt信号的成纤维细胞产生再生修复,Trps1在过程中起到了关键调节作用。这些发现对病理性纤维化治疗具有重要的指导意义。
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参考文献
1. Foster, D.S., et al. 2021. Integrated spatial multiomics reveals fibroblast fate during tissue repair. PNAS.
2. Rinkevich, Y., et al. 2015. Skin fibrosis. Identification and isolation of a dermal lineage with intrinsic fibrogenic potential. Science.
3. Han M , et al. 2003. Digit regeneration is regulated by Msx1 And BMP4 in fetal mice. Development.
4. Fantauzzo, et al. 2012. Trps1 activates a network of secreted Wnt inhibitors and transcription factors crucial to vibrissa follicle morphogenesis. Development.
5. Shamik Mascharak, et al. 2022. Multi-omic analysis reveals divergent molecular events in scarring and regenerative wound healing. Cell Stem Cell.
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