皮肤瘢痕疙瘩发病机制及潜在治疗靶点被揭示，瘢痕体质人群将获治疗新希望
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瘢痕疙瘩 是一种由异常的伤口愈合反应引起的皮肤纤维化疾病。在组织学上，瘢痕疙瘩表现为过度的细胞外基质 (ECM)沉积和血管生成。尽管其被归为皮肤良性增生，但却表现出类似于恶性肿瘤的生物学特征，如过度增殖、抗凋亡和侵袭等。
瘢痕疙瘩超出原创面边界，引起疼痛、瘙痒、挛缩，给患者带来严重的身心负担。
尽管目前临床上可通过外科手术等多种方法进行治疗，但由于发病机制尚不明确，仍存在高复发率和治疗药物缺乏的不足，使得瘢痕疙瘩治疗依然面临挑战。因此在细胞和分子水平对瘢痕疙瘩发病机制进行研究将对改善疾病治疗方案有着巨大的推进作用。
近日
北京协和医院整形外科 龙笑 教授团队与中国医学科学院阜外医院 周洲 教授团队合作，在皮肤病学国际顶级刊物Journal of Investigative Dermatology 杂志在线发表题为“Single-cell RNA-seq reveals lineage-specific regulatory changes of fibroblasts and vascular endothelial cells in keloids”的研究论文，在单细胞转录组水平揭示皮肤瘢痕疙瘩的发病机制，同时为药物治疗提供了潜在靶点。
由于瘢痕疙瘩的细胞组成具有极大异质性，团队采用单细胞转录组测序 (scRNA-seq)技术对4例瘢痕疙瘩患者病变皮肤组织和邻近瘢痕疙瘩的正常皮肤组织的共28 064个细胞进行了单细胞转录组比较分析。
为了阐明瘢痕疙瘩患者病变皮肤组织与正常皮肤组织之间的差异性，对其中包含的每种细胞类型进行了解析。对单细胞数据的无偏聚类分析共得到21个细胞簇，涉及11个细胞谱系。研究发现在这11个细胞谱系中，成纤维细胞和血管内皮细胞在病变皮肤组织中显著增加，这反映它们与瘢痕疙瘩的发生密切相关。
图1 细胞簇的差异比例分析及细胞密度可视化
为进一步揭示成纤维细胞在瘢痕疙瘩发病中的作用，研究通过基因集富集分析(GSEA) 进一步分析了病变与正常皮肤组织的细胞类型特异性差异调节通路。结果表明，ECM相关通路如细胞外基质组成和胶原蛋白形成通路显著上调，这与瘢痕疙瘩中ECM过度沉积的表型一致。
值得注意的是，在瘢痕疙瘩病变组织成纤维细胞中，除已证实的与纤维化相关的TGFβ和经典的WNT信号通路外，作者还观察到一组参与PTEN基因转录负调控的基因在瘢痕疙瘩病变组织成纤维细胞中上调。
PTEN是一种已知的肿瘤抑制因子，是控制细胞生长、存活和增殖的主要生长信号抑制剂，这与瘢痕疙瘩病变组织成纤维细胞过度增殖和抗凋亡等恶性特征相一致。除此之外，团队还观察到瘢痕疙瘩病变组织成纤维细胞中的Eph-ephrin信号通路被过度激活，该通路也在既往研究中被报道与心脏纤维化相关。
研究利用基因表达的差异性将成纤维细胞分为5个亚群，免疫荧光亦证实了瘢痕疙瘩病变组织中5个成纤维细胞亚群的存在。为了进一步探索成纤维细胞亚群之间的关系并研究成纤维细胞到肌成纤维细胞表型转变中的动态调控过程，团队利用Monocle2对所有成纤维细胞进行了拟时序分析，得到促纤维化的代表性转录因子，并通过构建基因调控网络最终获得候选靶点基因TWIST1。
图2 瘢痕疙瘩病变组织成纤维细胞拟时序分析
为了探究TWIST1基因在瘢痕疙瘩发病中的作用以及其能否作为潜在的治疗靶点进行应用，团队利用TWIST1特异性抑制剂harmine在细胞水平进行干预。实验证实，harmine处理病变组织成纤维细胞后，TWIST1基因被显著抑制，纤维化相关基因如COL1A1、COL3A1、FN1及TGFβ通路相关基因如TGFBR2、TGFB1显著下调。
Western blot的结果也显示，在瘢痕疙瘩成纤维细胞中进行harmine处理后，TWIST1、Collagen-1、Collagen-3、SMAD2/3 的蛋白质水平显著降低，同时在瘢痕疙瘩成纤维细胞中观察到磷酸化SMAD2/3 (pSMAD2/3)水平降低。
与瘢痕疙瘩成纤维细胞相比，harmine处理在蛋白质水平对正常成纤维细胞的影响较小。这些结果表明，TWIST1在瘢痕疙瘩成纤维细胞中具有促进纤维化的作用，因而可以作为治疗瘢痕疙瘩的靶点，且harmine可作为瘢痕疙瘩治疗的潜在药物。
图3 TWIST1的特异性抑制剂harmine可以抑制瘢痕成纤维细胞的纤维化
该研究在单细胞水平对瘢痕疙瘩的发病机制进行探讨，很大程度上避免了瘢痕疙瘩异质性对研究结论的影响，并且能够为后续研究提供大量的数据基础，而对于成纤维细胞的深入研究，包括亚群的分类以及药物的干预实验，除了能够深入了解瘢痕疙瘩的发病机制，同时也为临床治疗提供了潜在的治疗靶点及可应用的药物。
参考文献：
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.