第一个产前人类皮肤单细胞图谱

研究人员首次创建了产前人类皮肤的单细胞图谱，以了解皮肤是如何形成的，以及疾病中出现的问题。

来自纽卡斯尔大学威康桑格研究所的研究人员和他们的合作者使用单细胞测序和其他基因组技术创建了图谱，揭示了包括毛囊在内的人类皮肤是如何形成的。这些发现可以用于再生医学和烧伤患者的皮肤移植中创造新的毛囊。

在今天（10月16日）发表在《Nature》杂志上的这项研究中，该团队还在培养皿中创造了一个具有长头发能力的皮肤“微型器官”。通过使用类器官，他们展示了免疫细胞如何在无疤痕皮肤修复中发挥重要作用，这可能会导致临床应用，以防止手术后的疤痕，或伤口后的无疤痕愈合。

作为人类细胞图谱的一部分，研究人员提供了一种分子“配方”来构建皮肤，并提供了一种新的类器官模型来研究先天性皮肤病。人类细胞图谱绘制了人体所有细胞类型，以改变对健康和疾病的理解。

皮肤是人体最大的器官，平均有两平方米。它提供了一个保护屏障，调节我们的体温，并可以自我再生。皮肤是在子宫的无菌环境中发育的，所有的毛囊都是在出生前形成的——出生后有毛囊循环，但没有新的毛囊产生。出生前，皮肤具有独特的自愈能力，不会留下疤痕。

研究人类皮肤是如何发育的非常困难，因为动物模型有关键的差异。作为人类细胞图谱的一部分，一组研究人员专注于研究人类皮肤是如何形成的。了解皮肤是如何发育的，细胞在空间和时间上的位置，以及遗传学的作用，将有助于揭示特定的突变是如何导致先天性皮肤疾病的，比如水泡疾病和鳞状皮肤。

在这项新研究中，纽卡斯尔大学威康桑格研究所的研究人员和他们的合作者创造了第一个人类产前皮肤的单细胞和空间图谱。

研究小组使用了产前皮肤组织样本，他们将其分解，观察悬浮中的单个细胞，以及组织内的细胞。科学家们使用尖端的单细胞测序和空间转录组学来分析单个细胞在空间和时间上的变化，以及调节皮肤和毛囊发育的细胞变化。他们描述了人类毛囊形成的步骤，并确定了与小鼠毛囊的区别。

利用成体干细胞，研究人员还在培养皿中创造了一个皮肤“微型器官”，称为类器官，具有长头发的能力。他们将皮肤类器官模型与产前皮肤的分子特征进行了比较，发现皮肤类器官模型比成人皮肤更接近产前皮肤。

研究小组发现，血管在皮肤类器官和产前皮肤中没有形成。通过将免疫细胞巨噬细胞添加到类器官中，他们发现巨噬细胞促进了血管的形成，研究小组进行了3D成像来评估组织内血管的形成。

众所周知，这些免疫细胞可以保护皮肤免受感染。然而，这是第一次证明巨噬细胞通过支持血管的生长在早期发育的人类皮肤的形成中发挥关键作用。这为改善其他组织类器官的血管化提供了一种选择。

研究小组还分析了产前皮肤和成人皮肤细胞类型的差异。他们展示了巨噬细胞如何在产前皮肤无疤痕修复中发挥重要作用，这可能会导致临床应用，以避免手术或受伤后的疤痕。

这项研究的结果是，研究小组为人类皮肤的形成和毛囊的形成提供了一个分子“配方”。这些发现可以用于再生医学的新毛囊的创造，比如烧伤患者的皮肤移植，或者那些有瘢痕性脱发的人。

产前人类皮肤图谱还将用于确定哪些细胞的基因是活跃的或表达的，这些细胞已知会导致先天性头发和皮肤疾病，如起泡疾病和鳞状皮肤。研究人员发现，与这些疾病有关的基因在产前皮肤中表达，这意味着它们起源于子宫。本研究中创建的皮肤类器官为研究这些疾病提供了一个新的、准确的模型。

韦康桑格研究所的第一作者之一Elena Winheim博士说：“通过我们的产前人类皮肤图谱，我们提供了第一个制造人类皮肤的分子‘配方’，并揭示了人类毛囊在出生前是如何形成的。这些见解具有惊人的临床潜力，可用于再生医学，提供皮肤和头发移植，例如烧伤患者或疤痕性脱发患者。”

共同第一作者，纽卡斯尔大学Hudaa Gopee博士说：“我们很高兴能做出一个能长头发的类皮肤器官模型。在这个过程中，我们发现了免疫细胞在促进皮肤组织血管生长方面的一个新的重要作用，这可能有助于改善其他类器官模型。这些被称为巨噬细胞的免疫细胞似乎在产前皮肤无疤痕修复中也起着关键作用。我们的发现可以为临床进步提供信息，以避免手术后留下疤痕。”

该研究的共同主要作者、威康桑格研究所细胞遗传学临时负责人Muzlifah Haniffa教授说：“我们的产前人类皮肤图谱和类器官模型为研究界提供了研究先天性皮肤病和探索再生医学可能性的免费工具。我们在创建人类细胞图谱、了解人类形成的生物学步骤以及调查疾病中出现的问题方面取得了令人兴奋的进展。”