Cell Stem Cell | 4D蛋白组联合单细胞测序构建伤口再生分子图谱

精准医学与蛋白组学

2022.2.14

景杰生物 | 报道

皮肤损伤通常会产生纤维化、非功能性疤痕，疤痕处毛发或腺体的缺失会导致体温或屏障功能障碍[1]。然而目前我们对纤维化和再生机制了解有限，因此急需阐明损伤到纤维化再到再生过程的分子机制从而找到有效的治疗方法。

先前的研究表明，使用YAP抑制剂可阻断机械转导，防止成纤维细胞纤维化（EPF）从而促进再生，使真皮层的毛囊及腺体能够恢复正常并使得细胞外基质（ECM）与正常细胞一致[2]。

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。

图1 实验流程图解

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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