第二節(jié)　皮膚細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象

細(xì)胞轉(zhuǎn)分化（cell transdifferentiation）是指一種類(lèi)型的分化細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和功能上轉(zhuǎn)變成另一種類(lèi)型的分化細(xì)胞的過(guò)程。2006年日本科學(xué)家Yamanaka K等首次發(fā)現(xiàn)將四個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-myc）組合經(jīng)病毒載體轉(zhuǎn)染，可將終末分化的體細(xì)胞逆分化成類(lèi)似胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell，ESC）的一種細(xì)胞類(lèi)型——誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cell，iPSC），這一發(fā)現(xiàn)顛覆了先前關(guān)于終末分化細(xì)胞發(fā)育路徑不可逆轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)觀念。隨著研究的不斷深入，不同類(lèi)型細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象也相繼被報(bào)道，如Kocaefe Y C等將大鼠脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為成肌細(xì)胞，Ieda M等將小鼠心臟及尾尖的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為心肌細(xì)胞，Vierbuchen T等將成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)細(xì)胞，Ambasudhan R等將新生兒及成人皮膚成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為功能性神經(jīng)細(xì)胞，Szabo E等將人皮膚成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為造血祖細(xì)胞，Sekiya S等將小鼠成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為肝樣細(xì)胞等。細(xì)胞逆分化與轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為機(jī)體組織損傷修復(fù)開(kāi)啟了新的視野。

燒傷創(chuàng)面的修復(fù)依賴(lài)于角質(zhì)形成細(xì)胞的分裂增殖，逐漸融合，重新形成表皮。研究發(fā)現(xiàn)，角質(zhì)形成細(xì)胞可由胚胎干細(xì)胞（ESC）、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）、脂肪干細(xì)胞（adipose derived stem cell，ASC）、創(chuàng)面駐留間充質(zhì)細(xì)胞（wound resident mesenchymal cell）和成纖維細(xì)胞（fibroblast）等轉(zhuǎn)分化獲得。Bilousova等發(fā)現(xiàn)通過(guò)病毒載體轉(zhuǎn)染Oct4、Sox2、c-myc和Klf4基因，可使成纖維細(xì)胞去分化為iPSC，隨后使用含有視黃酸（retinoic acid，RA，維甲酸）的培養(yǎng)液和含有Bmp4的培養(yǎng)液先后孵育，可使iPSC進(jìn)一步轉(zhuǎn)分化為角質(zhì)形成細(xì)胞。Chen等報(bào)道轉(zhuǎn)染表達(dá)P63和Klf4兩個(gè)基因，可使成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)分化為角質(zhì)形成細(xì)胞。

利用病毒載體轉(zhuǎn)染基因的方式，雖然可誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，但由于毒性、致瘤風(fēng)險(xiǎn)，特別是轉(zhuǎn)分化效率低下，該方法很難應(yīng)用于臨床。2019年，Zhang Fang等發(fā)現(xiàn)了一種新的細(xì)胞轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象，即成人皮膚成纖維細(xì)胞經(jīng)普通培養(yǎng)液（DMEM高糖培養(yǎng)基+10%血清+抗生素）連續(xù)孵育120天后，細(xì)胞形態(tài)發(fā)生變化，類(lèi)似角質(zhì)形成細(xì)胞。這種由成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化來(lái)的角質(zhì)形成樣細(xì)胞，原有的成纖維細(xì)胞特異性標(biāo)記物波形蛋白（vimentin）和α-SMA不表達(dá)，而角質(zhì)形成細(xì)胞特異性標(biāo)志物CK6、CK17和CK19表達(dá)顯著上調(diào)。

筆者課題組最近研究發(fā)現(xiàn)，胎兒皮膚成纖維細(xì)胞經(jīng)普通培養(yǎng)液（DMEM高糖培養(yǎng)基+10%血清+抗生素）連續(xù)孵育25天開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象，部分細(xì)胞呈現(xiàn)角質(zhì)形成細(xì)胞特征，至第40天后所有成纖維細(xì)胞全部自發(fā)轉(zhuǎn)分化為角質(zhì)形成樣細(xì)胞（圖1-9）。

圖1-9　隨時(shí)間變化胎兒皮膚成纖維細(xì)胞向角質(zhì)形成樣細(xì)胞自發(fā)轉(zhuǎn)分化過(guò)程的細(xì)胞圖像

A.胎兒皮膚成纖維細(xì)胞培養(yǎng)第1天，細(xì)胞形態(tài)呈現(xiàn)典型的梭形；B.胎兒皮膚成纖維細(xì)胞培養(yǎng)第25天，部分細(xì)胞形態(tài)呈現(xiàn)鋪路石樣的角質(zhì)形成細(xì)胞特征；C.胎兒皮膚成纖維細(xì)胞培養(yǎng)至第40天，全部細(xì)胞形態(tài)呈現(xiàn)鋪路石樣的角質(zhì)形成細(xì)胞特征，與圖D展現(xiàn)的成人皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞形態(tài)特征一樣；D.成人皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞呈現(xiàn)典型的鋪路石樣形態(tài)特征。比例尺=50μm。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，胎兒皮膚成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化而來(lái)的角質(zhì)形成樣細(xì)胞與人皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞生物學(xué)特征高度相似，角質(zhì)形成細(xì)胞特異性標(biāo)志物CK5、CK14、CK19和整合素β1表達(dá)水平相似，原有的成纖維細(xì)胞特異性相關(guān)蛋白vimentin和α-SMA不表達(dá)（圖1-10，圖1-11）。從細(xì)胞學(xué)行為學(xué)角度分析，角質(zhì)形成樣細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞也沒(méi)有明顯差異，二者增殖能力均較成纖維細(xì)胞強(qiáng)，遷移能力則相反。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，角質(zhì)形成樣細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞都能促進(jìn)創(chuàng)面愈合（表1-4），且未發(fā)現(xiàn)致瘤現(xiàn)象。通過(guò)蘇木精-伊紅染色（HE染色）、免疫組織化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，角質(zhì)形成樣細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞再上皮化能力相似，形成的上皮厚度和創(chuàng)面所含CK5陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量一致。為探索該轉(zhuǎn)分化過(guò)程的機(jī)制，進(jìn)行了高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，結(jié)果提示胎兒皮膚成纖維細(xì)胞在培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)Wnt/β-catenin信號(hào)通路、細(xì)胞黏附、TRP通路介導(dǎo)的炎癥介質(zhì)調(diào)節(jié)、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor，PPARγ）信號(hào)通路等活性逐漸增強(qiáng)，而細(xì)胞外基質(zhì)-受體相互作用、PI3K-Akt等信號(hào)通路活性逐漸降低，可能參與了轉(zhuǎn)分化過(guò)程的調(diào)控。

圖1-10　隨時(shí)間變化胎兒皮膚成纖維細(xì)胞vimentin和α-SMA表達(dá)的改變

DAPI.4′，6-二脒基-2-苯基吲哚；比例尺 =20μm。

圖1-11　WB檢測(cè)成纖維細(xì)胞、角質(zhì)形成樣細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞標(biāo)志蛋白

表1-4　三種類(lèi)型細(xì)胞治療小鼠創(chuàng)面愈合率

*與成纖維細(xì)胞組相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

（申傳安　劉馨竹　孫佳辰　趙虹晴）