伸展运动使干细胞扩张皮肤

伸展运动使干细胞扩张皮肤

我们的身体的细胞会受到一系列机械力的影响,包括压缩、剪切和拉伸,它们必须抵抗这些力才能保持组织的完整性和功能。例如,皮肤通过膨胀来响应拉伸力。



多年来,医生们一直在利用这种特殊的反应,在皮肤中植入拉伸装置,使组织扩张,以便进行整形手术或修复出生缺陷。但是,机械张力是如何在活的生物体中产生额外组织的,目前还不清楚。

来自科隆大学 的Matthias Rübsam 和Carien M. Niessen在《自然》杂志上发表了《Stretch exercises for stem cells expand the skin》相关实验的论文,以小鼠作为实验研究对象,研究发现,拉伸小鼠的皮肤时,机械应变是由干细胞亚群传递的,这些干细胞亚群增殖并促进机械阻力,从而产生额外的皮肤。


在进行实验介绍之前,我们首先要了解皮肤表面的主要功能,皮肤表面主要被称为表皮的多层组织,起到保护生物体免受脱水和环境压力的作用,包括机械挑战

实验主要是将一种用于人类手术的装置—一种自充气凝胶,放置在老鼠的皮肤下。然后,作者观察到干细胞分裂暂时增加,随后表皮增厚。因此,增加的干细胞更新促进了干细胞分化。这两种效果相结合,在产生额外皮肤的同时保持功能性屏障。



接下来对基底表皮层中的细胞进行基因工程改造,从而对干细胞及其后代进行荧光标记。结果显示,拉伸会提示更新—分化平衡,有利于制造更多的干细胞。直接解释了为什么表皮会随着拉伸而膨胀。

通过基因工程使小鼠缺少参与肌动球蛋白细胞骨架调节的骨干基因Diaph3和Myh9。如果没有这些基因,干细胞对拉伸的反应就会消失,导致动物的屏障缺陷。

作者检查了缺乏Diaph3和Myh9 的小鼠的 YAP、TAZ 和 MAL,在这些动物中,转录因子不会响应拉伸而移动到细胞核。因此,在正常皮肤中,拉伸会重组肌动球蛋白细胞骨架,以促进 YAP、TAZ 和 MAL 进入细胞核。

最后,在动物中抑制了 MAL 或 EGF 途径组分 ERK(促进生长的蛋白质的转录因子) 。抑制任何一种蛋白质都会阻止干细胞增殖,但只有 MAL 抑制会导致干细胞亚群“拉伸”分子状态的丧失。因此,MAL 调节细胞对应变的可变反应,而 ERK 和 MAL 都是促进干细胞自我更新所必需的。

总体而言,这些细胞通过细胞骨架重组和基因表达的变化,协调干细胞更新和分化,适应所经历的机械力。这种反应保证了皮肤在扩张的同时可以保持其保护功能。




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