类器官助力再生医学！Nature：科学家首次绘制出人类产前皮肤的单细胞蓝图，揭秘人类产前皮肤的奇妙世界

人类的产前皮肤（prenatal skin）是由包括巨噬细胞在内的先天性免疫细胞所填充，但其是否仅在免疫力中发挥作用或在形态发生中还具有附加功能，目前研究人员尚不清楚。

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“A prenatal skin atlas reveals immune regulation of human skin morphogenesis”的研究报告中，来自纽卡斯尔大学等机构的科学家们通过研究首次创建了人类产前皮肤的单细胞图谱，旨在理解人类皮肤是如何形成的以及在疾病发生中所出现的问题。

皮肤是人体最大的器官，平均有两平方米，它能提供一种保护性屏障，调节体温并自我再生。皮肤在母体子宫的无菌环境中发育，而所有的毛囊都是在出生前形成的。

出生后，机体开始进行毛囊循环（follicle cycling），但不会再有新的毛囊产生。在个体出生前，皮肤具有独特的自愈能力，且不会留下疤痕。对人类皮肤的发育机制进行研究非常困难，因为人类与动物模型相比有着关键的差异。作为人类细胞图谱计划的一部分，研究人员重点研究了人类皮肤是如何形成的。

创建产前皮肤图谱

在这项最新研究中，研究人员通过联合研究首次绘制出了人类产前皮肤的单细胞和空间图谱。他们利用了产前皮肤组织的样本，将其进行分解并观察悬浮中的单一细胞以及组织中的细胞。同时，研究人员还利用先进的单细胞测序技术和空间转录组学技术分析了单个细胞在空间和时间上的变化，以及能调节皮肤和毛囊发育的细胞改变，随后描述了人类毛囊形成的步骤并识别出了人类与小鼠毛囊形成机制的差异。

类器官模型的开发

利用成体干细胞，研究人员还在培养皿中开发出了类器官，其具有生长出毛发的能力。通过将皮肤类器官的分子特征与产前皮肤进行比较，研究者发现，皮肤类器官模型比成体皮肤更接近于产前皮肤。研究人员发现，血管并不会在皮肤类器官和产前皮肤中形成。通过将称为巨噬细胞的免疫细胞加入到类器官中，他们发现，巨噬细胞能促进血管的形成。随后，研究者利用3D成像来评估组织内血管的形成过程。

科学家首次绘制出人类产前皮肤的单细胞蓝图 有望帮助研究皮肤形成机制并开发出皮肤疾病靶向性疗法

图片来源：Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-08002-x

免疫细胞的角色

众所周知，这些免疫细胞能保护皮肤免受感染。然而，这是研究人员首次发现巨噬细胞能通过支持血管的生长在早期发育过程中的人类皮肤形成过程中扮演重要角色。这为改善其他组织类器官的血管化提供了一种选择。研究人员还分析了产前皮肤和成体皮肤细胞类型的差异，揭示了巨噬细胞如何在产前皮肤的无疤痕修复过程中发挥重要作用，这或许有望推向临床应用，从而避免机体在术后或损伤后疤痕的出现。

文章中，研究人员为揭示人类皮肤和毛囊的形成提供了一种分子“配方”，相关研究结果或能帮助开发用于再生医学中的新型毛囊，比如烧伤患者的皮肤移植或针对疤痕性脱发的患者等。

人类产前皮肤图谱还能被用于识别哪些细胞中的基因处于活跃状态或能被表达，而这些细胞已知会引发先天性毛发和皮肤疾病，比如水泡疾病和鳞状皮肤等。研究人员发现，参与这些疾病的基因往往会在产前皮肤中进行表达，这意味着其或许起源于母体子宫内，而本文研究中所开发的皮肤类器官或许就能为研究这些疾病提供一种新型准确的研究模型。

研究者Elena Winheim说道，基于我们所绘制出的人类产前皮肤图谱，我们就能提供首个分子“配方”来帮助制造人类皮肤病揭示个体在出生前期机体毛囊是如何形成的，这些研究见解具有非常重要的临床潜力，或有望用于再生医学研究，并能帮助进行皮肤和毛发移植，比如针对烧伤患者等。

最后研究者指出，他们绘制出的人类产前皮肤蓝图和开发的类器官模型或能为研究人类先天性皮肤疾病并深入探索再生医学疗法的可能性提供了免费的工具，后期有望帮助理解人类机体皮肤形成的重要步骤并调查疾病发病背后的特殊分子机制。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Gopee, N.H., Winheim, E., Olabi, B. et al. A prenatal skin atlas reveals immune regulation of human skin morphogenesis. Nature (2024). doi:10.1038/s41586-024-08002-x