激活自噬可促进组织扩张过程中机械牵张诱导的皮肤再生
2025-09-16 来源:本站 点击次数:26
Activating autophagy promotes skin regeneration induced by mechanical stretch during tissue expansion
Keywords: Autophagy, Mechanical stretch, Skin regeneration, Tissue expansion
组织扩张术是整形外科修复烧伤或创伤的重要手段，其通过机械牵张促使健康组织再生出类似正常的额外皮肤。然而，该技术存在扩张效率低、术后易因真皮过薄和血供差引发并发症等问题，且其诱导皮肤再生的机制尚未被充分阐明，因此有必要深入探索相关机制并寻找潜在治疗靶点。
自噬作为一种维持细胞和组织稳态、提升细胞存活率的细胞过程，参与细胞增殖、分化、血管生成等多种生物学过程，且在组织再生（如斑马鱼尾鳍、心脏再生）、伤口愈合及毛发再生中发挥作用，甚至可能与组织对机械牵张的响应相关，例如在成骨细胞、内皮细胞等中，机械牵张可诱导自噬以保护细胞或参与相关生理过程。但目前对于组织扩张过程中是否存在自噬诱导，以及自噬对机械牵张引发的皮肤再生有何影响，仍不明确。
研究团队此前构建了可靠的小鼠皮肤扩张模型，其扩张皮肤特征与人类相似，且在该模型的扩张皮肤组织中检测到大量自噬体，提示机械牵张在组织扩张中可诱导自噬，这为后续探究自噬调控对组织扩张时皮肤再生的影响提供了基础。
基于此，为了明确自噬与皮肤再生的关系，第四军医大学西京医院整形外科的研究团队采用大鼠头皮扩张模型，在不同时间点收集扩张皮肤，并用雷帕霉素和 autophinib 调控自噬，通过多项指标评估皮肤再生情况。研究成果发表在Burns Trauma期刊，题为“Activating autophagy promotes skin regeneration induced by mechanical stretch during tissue expansion”。
首先，为了探究组织扩张过程中机械牵张是否会诱导自噬，研究人员建立了大鼠头皮组织扩张模型（图 1a）。结果显示，扩张皮肤中 LC3-II 表达更高，在扩张的表皮和真皮中均观察到大量点状荧光（图 1c），这表明组织扩张过程中机械牵张诱导了自噬的发生。机械牵张刺激使 LC3-II、beclin1 表达增加、p62 表达降低（图 1d），自噬流在扩张后 48 小时达最高。这些表明组织扩张中的机械牵张能以时间依赖的方式诱导自噬。
图1 皮肤组织扩张过程中机械牵张诱导自噬。
接着，为探究自噬对组织扩张过程中皮肤再生的影响，研究人员通过对大鼠扩张头皮分别用 DMSO（对照）、雷帕霉素（rapa）、雷帕霉素联合自噬抑制剂 autophinib（rapa + autophinib） 及 autophinib 处理。通过测量标记的扩张皮肤的面积和厚度，来评估皮肤再生效率（图 2a）。结果显示，雷帕霉素组的皮肤面积、表皮和真皮厚度均大于对照组，而 autophinib 组则相反，且该组一半皮肤出现坏死和结痂（图 2b和c ）。同时，雷帕霉素组中自噬相关标志物 LC3-II、beclin1 表达上调，p62 表达下调，autophinib 组则呈相反趋（图 3a和b）。且 LC3-II 阳性 puncta 多在细胞增殖旺盛的表皮和毛囊。这表明组织扩张中皮肤再生与自噬活性密切相关，激活自噬可促进再生，抑制自噬则起抑制作用。
为了评估组织扩张过程中自噬调控对细胞增殖和凋亡的影响，研究人员通过对扩张皮肤进行 PCNA 免疫组化染色、TUNEL 染色及凋亡相关蛋白检测。结果显示，雷帕霉素组 PCNA 阳性细胞数显著多于对照组（图 4a），autophinib 组最少。雷帕霉素组凋亡细胞比例最低，autophinib 组最高（图 4b），且雷帕霉素组凋亡抑制蛋白 BCL-2 表达升高，促凋亡蛋白 BAX 和切割型半胱天冬酶 3 表达降低（图 4c）。这表明激活自噬可促进细胞增殖、减少凋亡，抑制自噬则效果相反。 
接下来，研究人员通过检测干细胞标志物，探究自噬对组织扩张中干细胞数量的影响。结果显示，雷帕霉素组的表皮基底干细胞标志物 CK14 和毛囊干细胞标志物 CK15 表达均高于对照组及雷帕霉素 + autophinib 组，autophinib 组这两种标志物表达最低。且雷帕霉素组成熟表皮细胞标志物 CK10 表达极低（图 5）。这表明激活自噬可增加组织扩张中扩张皮肤的表皮基底干细胞和毛囊干细胞数量，抑制自噬则会减少干细胞数量。
为了评估自噬激活或抑制时扩张皮肤的血液灌注情况 ，研究人员通过激光多普勒血流成像和 CD34 免疫组化染色。结果显示，雷帕霉素组扩张皮肤的微循环血流灌注量显著高于对照组和雷帕霉素 + autophinib 组，autophinib 组最低（图 6a）。同时，雷帕霉素组 CD34 阳性血管数量最多，autophinib 组最少（图 6b）。这表明在组织扩张中，激活自噬可促进血管生成，抑制自噬则会阻碍血管生成。
随后，研究人员通过 Masson 三色染色和蛋白质印迹法，探究自噬对扩张皮肤胶原蛋白合成的影响。结果显示，雷帕霉素组的胶原容积分数最高，I 型和 III 型胶原蛋白表达显著高于对照组。autophinib 组则胶原容积分数最低，两种胶原蛋白表达也最低（图 7）。这表明在组织扩张中，激活自噬可促进胶原蛋白合成，抑制自噬则会减少胶原蛋白合成。
最后，研究人员通过蛋白质印迹法检测多种生长因子的表达，探究自噬对扩张皮肤中生长因子的影响。结果如图 8 显示，雷帕霉素处理的扩张皮肤中 bFGF、EGF、CTGF、TGF-β 和 VEGF 的表达显著高于 DMSO 组和雷帕霉素 + autophinib 组，而 autophinib 处理组中这些生长因子的表达降低。这表明激活自噬可增加扩张皮肤中上述生长因子的水平。
图8 激活自噬可增加扩张皮肤中生长因子的表达。
总之，该研究表明，组织扩张后 48 小时自噬流最强，雷帕霉素激活自噬可增大扩张皮肤面积、增加表皮和真皮厚度，并通过促进细胞增殖、增多干细胞、减少凋亡、改善血管生成、促进胶原合成及生长因子分泌来加速皮肤再生，而阻断自噬则会逆转这些再生效果。调控自噬有望成为一项有效的治疗手段，不仅能提升组织扩张的效率，还可降低皮肤坏死等并发症的出现几率。
参考文献：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.
原文链接：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10849167/
Impact Factor: 9.6
ISSN: 2321-3876 (Electronic); 2321-3868 (Print)
图片来源：所有图片均来源于参考文献
小编旨在分享、学习、交流生物科学等领域的研究进展。如有侵权或引文不当请联系小编修正。如有任何的想法以及建议，欢迎联系小编。感谢各位的浏览以及关注！进入官网www.naturethink.com或关注“Naturethink”公众号，了解更多相关内容。
点击了解：牵张应变细胞培养仪
Keywords: Autophagy, Mechanical stretch, Skin regeneration, Tissue expansion
组织扩张术是整形外科修复烧伤或创伤的重要手段，其通过机械牵张促使健康组织再生出类似正常的额外皮肤。然而，该技术存在扩张效率低、术后易因真皮过薄和血供差引发并发症等问题，且其诱导皮肤再生的机制尚未被充分阐明，因此有必要深入探索相关机制并寻找潜在治疗靶点。
自噬作为一种维持细胞和组织稳态、提升细胞存活率的细胞过程，参与细胞增殖、分化、血管生成等多种生物学过程，且在组织再生（如斑马鱼尾鳍、心脏再生）、伤口愈合及毛发再生中发挥作用，甚至可能与组织对机械牵张的响应相关，例如在成骨细胞、内皮细胞等中，机械牵张可诱导自噬以保护细胞或参与相关生理过程。但目前对于组织扩张过程中是否存在自噬诱导，以及自噬对机械牵张引发的皮肤再生有何影响，仍不明确。
研究团队此前构建了可靠的小鼠皮肤扩张模型，其扩张皮肤特征与人类相似，且在该模型的扩张皮肤组织中检测到大量自噬体，提示机械牵张在组织扩张中可诱导自噬，这为后续探究自噬调控对组织扩张时皮肤再生的影响提供了基础。
基于此，为了明确自噬与皮肤再生的关系，第四军医大学西京医院整形外科的研究团队采用大鼠头皮扩张模型，在不同时间点收集扩张皮肤，并用雷帕霉素和 autophinib 调控自噬，通过多项指标评估皮肤再生情况。研究成果发表在Burns Trauma期刊，题为“Activating autophagy promotes skin regeneration induced by mechanical stretch during tissue expansion”。
首先，为了探究组织扩张过程中机械牵张是否会诱导自噬，研究人员建立了大鼠头皮组织扩张模型（图 1a）。结果显示，扩张皮肤中 LC3-II 表达更高，在扩张的表皮和真皮中均观察到大量点状荧光（图 1c），这表明组织扩张过程中机械牵张诱导了自噬的发生。机械牵张刺激使 LC3-II、beclin1 表达增加、p62 表达降低（图 1d），自噬流在扩张后 48 小时达最高。这些表明组织扩张中的机械牵张能以时间依赖的方式诱导自噬。
图1 皮肤组织扩张过程中机械牵张诱导自噬。 接着，为探究自噬对组织扩张过程中皮肤再生的影响，研究人员通过对大鼠扩张头皮分别用 DMSO（对照）、雷帕霉素（rapa）、雷帕霉素联合自噬抑制剂 autophinib（rapa + autophinib） 及 autophinib 处理。通过测量标记的扩张皮肤的面积和厚度，来评估皮肤再生效率（图 2a）。结果显示，雷帕霉素组的皮肤面积、表皮和真皮厚度均大于对照组，而 autophinib 组则相反，且该组一半皮肤出现坏死和结痂（图 2b和c ）。同时，雷帕霉素组中自噬相关标志物 LC3-II、beclin1 表达上调，p62 表达下调，autophinib 组则呈相反趋（图 3a和b）。且 LC3-II 阳性 puncta 多在细胞增殖旺盛的表皮和毛囊。这表明组织扩张中皮肤再生与自噬活性密切相关，激活自噬可促进再生，抑制自噬则起抑制作用。
图2 雷帕霉素促进组织扩张过程中的皮肤再生，而自噬抑制剂 autophinib 抑制皮肤再生。
图3 扩张皮肤中自噬流的检测。
图3 扩张皮肤中自噬流的检测。 为了评估组织扩张过程中自噬调控对细胞增殖和凋亡的影响，研究人员通过对扩张皮肤进行 PCNA 免疫组化染色、TUNEL 染色及凋亡相关蛋白检测。结果显示，雷帕霉素组 PCNA 阳性细胞数显著多于对照组（图 4a），autophinib 组最少。雷帕霉素组凋亡细胞比例最低，autophinib 组最高（图 4b），且雷帕霉素组凋亡抑制蛋白 BCL-2 表达升高，促凋亡蛋白 BAX 和切割型半胱天冬酶 3 表达降低（图 4c）。这表明激活自噬可促进细胞增殖、减少凋亡，抑制自噬则效果相反。
图4 激活自噬可促进扩张皮肤中的细胞增殖并减少细胞凋亡。
接下来，研究人员通过检测干细胞标志物，探究自噬对组织扩张中干细胞数量的影响。结果显示，雷帕霉素组的表皮基底干细胞标志物 CK14 和毛囊干细胞标志物 CK15 表达均高于对照组及雷帕霉素 + autophinib 组，autophinib 组这两种标志物表达最低。且雷帕霉素组成熟表皮细胞标志物 CK10 表达极低（图 5）。这表明激活自噬可增加组织扩张中扩张皮肤的表皮基底干细胞和毛囊干细胞数量，抑制自噬则会减少干细胞数量。
图5 激活自噬可增加扩张皮肤中表皮基底干细胞和毛囊干细胞的数量。
为了评估自噬激活或抑制时扩张皮肤的血液灌注情况 ，研究人员通过激光多普勒血流成像和 CD34 免疫组化染色。结果显示，雷帕霉素组扩张皮肤的微循环血流灌注量显著高于对照组和雷帕霉素 + autophinib 组，autophinib 组最低（图 6a）。同时，雷帕霉素组 CD34 阳性血管数量最多，autophinib 组最少（图 6b）。这表明在组织扩张中，激活自噬可促进血管生成，抑制自噬则会阻碍血管生成。
图6 激活自噬可促进扩张皮肤中的血管生成。
随后，研究人员通过 Masson 三色染色和蛋白质印迹法，探究自噬对扩张皮肤胶原蛋白合成的影响。结果显示，雷帕霉素组的胶原容积分数最高，I 型和 III 型胶原蛋白表达显著高于对照组。autophinib 组则胶原容积分数最低，两种胶原蛋白表达也最低（图 7）。这表明在组织扩张中，激活自噬可促进胶原蛋白合成，抑制自噬则会减少胶原蛋白合成。
图7 激活自噬可增强扩张皮肤中的胶原蛋白合成。
最后，研究人员通过蛋白质印迹法检测多种生长因子的表达，探究自噬对扩张皮肤中生长因子的影响。结果如图 8 显示，雷帕霉素处理的扩张皮肤中 bFGF、EGF、CTGF、TGF-β 和 VEGF 的表达显著高于 DMSO 组和雷帕霉素 + autophinib 组，而 autophinib 处理组中这些生长因子的表达降低。这表明激活自噬可增加扩张皮肤中上述生长因子的水平。
图8 激活自噬可增加扩张皮肤中生长因子的表达。 总之，该研究表明，组织扩张后 48 小时自噬流最强，雷帕霉素激活自噬可增大扩张皮肤面积、增加表皮和真皮厚度，并通过促进细胞增殖、增多干细胞、减少凋亡、改善血管生成、促进胶原合成及生长因子分泌来加速皮肤再生，而阻断自噬则会逆转这些再生效果。调控自噬有望成为一项有效的治疗手段，不仅能提升组织扩张的效率，还可降低皮肤坏死等并发症的出现几率。
参考文献：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.
原文链接：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10849167/
Impact Factor: 9.6
ISSN: 2321-3876 (Electronic); 2321-3868 (Print)
图片来源：所有图片均来源于参考文献
小编旨在分享、学习、交流生物科学等领域的研究进展。如有侵权或引文不当请联系小编修正。如有任何的想法以及建议，欢迎联系小编。感谢各位的浏览以及关注！进入官网www.naturethink.com或关注“Naturethink”公众号，了解更多相关内容。
点击了解：牵张应变细胞培养仪
相关文章
更多 >