神经肽P通过调节干细胞分裂促进创伤愈合与表皮分层

2025-06-24 Tue
神经肽P物质调控干细胞分裂促进创面愈合与表皮分层——基于Khalifa等人最新研究的深入解读研究背景与科学问题皮肤损伤后的愈合是临床与基础医学领域长期关注的重要生理过程。随着年龄增长、糖尿病及神经损伤等多种疾病的发生，伤口愈合常常受到显著影响，严重威胁患者健康。近年来，皮肤干细胞（stem cell, SC）及其分化机制、神经调节对创面修复的作用逐渐成为研究焦点。然而，尽管临床观察多次发现皮肤感觉神经受损显著延缓创面愈合，但有关神经调节因子，尤其是神经肽如何具体影响皮肤干细胞行为及表皮结构重塑的机制，仍未有清晰阐明。
本研究聚焦神经肽P物质（Substance P，简称SP）对皮肤干细胞命运及分化分层的调控机制。早期研究表明，丧失感觉神经支配不仅导致伤口愈合延迟，还造成SP的减少，而外源性补充SP可明显加快创面再上皮化速度。表皮中，干细胞可通过对称分裂（symmetric stem cell division, 产生两个干细胞）、非对称分裂（asymmetric stem cell division, 产生一个干细胞和一个分化子细胞）及祖细胞分裂（committed progenitor, CP）等多种方式扩增或分化。但神经损伤及SP变化对不同类型细胞分裂的影响，尤其是对干细胞对称/非对称分裂的具体调控作用，尚缺乏深入证据。该领域的突破性见解不仅对基础生物学有重大意义，也为临床慢性难愈性伤口（如糖尿病溃疡、老年性慢性创口）等治疗提供理论支撑与干预靶点。
论文来源与作者信息本项研究论文题为“neuropeptide substance p alters stem cell fate to aid wound healing and promote epidermal stratification through asymmetric stem cell divisions”，作者团队包括A Khalifa、T Xiao、B Abegaze、T Weisenberger、A Charruyer、Samia Sanad、Taher Abuelnasr、SW Kashem、M Fassett及R Ghadially，作者来自Zagazig University（埃及动物系）、加州大学旧金山分校皮肤科（UCSF）、旧金山退伍军人医疗中心（VA Medical Center, San Francisco），以及西安交通大学第二附属医院（中国陕西），通讯作者为R.Ghadially教授。论文发表于2024年，由Oxford University Press出版，全文属于美国公共领域作品。
研究设计与技术路线论文为单一原创性实验研究，按照科学问题拆解和实验逻辑共包含如下主要流程：
1. 小鼠模型的建立与分组实验动物：C57BL/6J小鼠，8–12周龄。
分组方式：
正常对照组（正常感觉神经支配）
感觉神经去除组（以辣椒素capasaicin诱导去神经，模拟感觉神经损伤）
SP干预组（去神经或对照小鼠，外源性补充SP）
Lapatinib靶向抑制组（酪氨酸激酶抑制剂，阻断EGFR，验证机制环节）
创伤模型：背部对称部位6mm全层皮肤环型切除（创伤点），术后不使用镇痛剂。
2. 干细胞及祖细胞分裂类型与活性的检测组织学与免疫荧光分析：创伤后第4天，采集创缘0–4mm区域皮肤切片，用α/γ微管蛋白（一抗）及二抗染色，分析细胞分裂轴与基底膜夹角，分为<30°为平行分裂，60°–90°为垂直分裂（代表非对称分裂）。
细胞分裂命运体外检测：收集伤口周围4mm皮肤，酶消化后分离原代角质形成细胞，体外培养48h，免疫荧光标记Numb（分布于未分化/有分化细胞）、角蛋白1（分化标志物），观察 Schwester Pair（姐妹细胞对），由双染和定位分析确定对称/非对称及祖细胞分裂类型。
3. 感觉神经去除与SP干预神经去除模型：新生小鼠皮下注射辣椒素，2次，间隔一周，后以尾巴翘反射（tail-flick test）检测麻醉敏感性，量化去神经效果。
SP补充干预：分别给予含不同浓度Substance P（10^-9M, 10^-7M, 10^-5M, 10^-3M）的培养基或皮内注射（小鼠每次32μg SP，创口周围皮下每隔一天注射，最多持续24天），部分小鼠联合wounding模型。
Lapatinib阻断：体外细胞实验及体内模型均进行Lapatinib（2.5μM）单独或与SP联和处理，以评估其对SC分裂命运及表皮重建的影响。
4. 伤口愈合、表皮厚度及细胞密度测量伤口面积统计：每次拍照，利用ImageJ软件测量创口面积，评估愈合进程。
表皮厚度与基底层细胞数统计：H&E染色切片，ImageJ随机取3个等距视野、每个8张图，测定表皮厚度及每百微米基底层细胞密度。
统计方法：用Graphpad Prism9，分组均数比较用Student t检验，多组比较用ANOVA，相关关系用线性回归，p<0.05为有意义。
主要实验结果与数据解读1. 伤口早期增殖反应主要来自干细胞区域创伤第4天，分裂细胞显著聚集于创缘0–4mm区域，分裂数较对照组增加。
免疫荧光分析显示，基底层内垂直分裂（非对称SC分裂）数量上升5倍，水平分裂（对称分裂）增加2倍，苏表层分裂无显著变化。
体外细胞对分裂分析进一步证实，SC的对称和非对称自我复制双双增多，CP（祖细胞）分裂并未明显提升。提示早期增殖高峰主要由干细胞自我增殖驱动，而非CP扩增。
2. 感觉神经去除显著延缓创面愈合并削弱SC功能感觉神经损伤小鼠的创面愈合时间显著延长（24.8±0.3天 vs 14.5±0.3天），愈合速率全时段降低。
去神经局灶皮肤无论共存创伤与否，垂直和平行分裂均减少且表皮极度变薄，基底细胞密度下降。
SC命运分析发现，非对称分裂及CP分裂显著下降，支持感觉神经及其衍生因子对SC活性及衍生细胞分化有重要维持作用。
3. Substance P可弥补神经去除影响、促进SC非对称分裂与伤口愈合SP最佳促进浓度为10^-7M，在去神经小鼠中皮下注射SP，可将创面愈合期缩短至18.8±0.3天。
SP干预不仅恢复了SC非对称分裂频率，且直接提升CP细胞对称分化水平。伤口面积从创后即各时间点均明显小于对照组。
长时程SP补充试验显示，不论是否伴去神经，SP均可在正常皮肤诱导表皮增厚和分层，显著提升基底层细胞密度。
4. Lapatinib证实SC非对称分裂为SP诱导分层必要环节Lapatinib阻断EGFR信号后，体内外均可显著抑制SC非对称分裂，无论是否补充SP。
在去神经状态或正常皮肤均抑制SP诱导的表皮厚度增加，表皮重返薄层状态。
这提示SP的表皮分层效果高度依赖于SC的非对称分裂。
结论、学术与应用价值该研究首先系统性揭示，在小鼠皮肤创伤愈合早期，干细胞对称与非对称分裂均显著提升，推动新表皮的生成，而祖细胞分裂作用不大。感觉神经损伤不仅削弱SC自身更新与新生表皮结构的生成，亦直接或间接导致CP分化下降。SP是感觉神经完整性的“信号中介”，SP补充能弥补神经损伤下SC的功能障碍，有效提升伤口愈合速度，并通过促进SC非对称分裂带来表皮有效分层及结构重建。EGFR路径的抑制实验证明非对称分裂为SP介导表皮增生与分层所必需。
本研究填补了感觉神经—神经肽—SC命运—皮肤再生的环节机制空白，为难愈性伤口的神经递质治疗提供了坚实理论与实验基础，提示针对SP及其信号通路的靶向干预有望成为临床新方向。
研究亮点机制创新：首次全面揭示SP促进皮肤表皮分层依赖于诱导SC的非对称分裂，突破了对分裂类型影响生理及病理愈合转归的认识。
临床转化价值：系统论证SP补充可显著改善神经损伤相关愈合障碍，同时对未来老龄性、糖尿病等慢性创口给出理论可行路径。
技术方法严谨新颖：将分子、细胞、整体动物多个层面结合，创用分裂角度量化与免疫共染分裂命运分析，大幅提高了实验结论的精准性与说服力。
理论意义深化：对表皮分层发生过程提出了SC非对称分裂机制主导的全新观点，对相关疾病机制甚至肿瘤发生转归的理解表达了高参考价值。
其他附加信息论文数据集全部可通过开放平台Figshare获取（DOI：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22280254.v1），为全领域研究者二次探究与交叉研究提供便利。作者声明无利益冲突。所有实验动物流程与伦理审查均获批，实验流程详实高标准。
总结Khalifa等人此次国际多中心合作，为神经调控皮肤再生与分层的基础机制注入新洞见。该研究用系列动物模型、先进细胞与分子实验，有力佐证SP为感觉神经调控皮肤再生的核心因子，其作用机制依赖于驱动SC非对称分裂，并最终促进创面快速、完整地再上皮化和分层。这为基础生物学和临床医学搭建了重要桥梁，也为慢性难愈伤口的药物干预或生物工程治疗开辟了理论新航道。