? ? ? ?人體皮膚包括復(fù)層鱗狀上皮和真皮，以及各種基質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）?；啄ぃ˙M）是真皮頂部的薄層，通過傳遞物理和生化信號來確定表皮干細(xì)胞（EpSCs）極性并維持皮膚組織的層次結(jié)構(gòu)和功能。然而，干細(xì)胞生態(tài)位如何通過調(diào)節(jié)EpSCs的行為來維持組織穩(wěn)態(tài)和控制傷口愈合尚未完全清楚。近期，由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院和國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（北京）等研究團(tuán)隊在國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications（IF：17.694）上聯(lián)合發(fā)表了一篇題為“Spatially resolved proteomic map shows that extracellular matrix regulates epidermal growth”的研究論文。在該研究中，使用空間定量蛋白質(zhì)組學(xué)（青蓮百奧提供技術(shù)支持）結(jié)合脫細(xì)胞處理、激光捕獲顯微切割方法構(gòu)建了分層皮膚蛋白質(zhì)組圖譜。原位分析了正常皮膚組織和皮膚病組織的不同結(jié)構(gòu)的特定功能。該研究為ECM蛋白如何促進(jìn)EpSCs的生長和功能提供了見解，有助于未來對于皮膚潰瘍或涉及表皮細(xì)胞功能障礙和再上皮化障礙的頑固性皮膚疾病的臨床治療。

? ? ? ?皮膚作為人體第一個也是最大的屏障器官，具有堅韌柔韌的結(jié)構(gòu)，使其能夠通過快速修復(fù)機(jī)械、化學(xué)和生物損傷來適應(yīng)外部條件。在哺乳動物中，皮膚包含幾個不同的細(xì)胞群，分成以下基本層：表皮、真皮和皮下（皮下脂肪）層。在這項研究中，采用脫細(xì)胞處理、激光捕獲顯微切割（LCM）和質(zhì)譜（MS）相結(jié)合的方法，構(gòu)建了包含角質(zhì)層（SC）、顆粒棘層（granular-spinous，GS）、基底層（BL）、基底膜（BM）、真皮淺層（SD）和真皮深層（DD）六個皮膚層的蛋白質(zhì)空間分布的人體皮膚分層發(fā)育譜系蛋白質(zhì)組圖譜。

研究結(jié)果

人體皮膚分層的空間蛋白質(zhì)組結(jié)構(gòu)

? ? ? ?樣本來自六個皮膚層（SC、GS、BL、BM、SD和DD），使用LCM結(jié)合作者自建的脫細(xì)胞方法，根據(jù)分層結(jié)構(gòu)對皮膚功能進(jìn)行深入研究。結(jié)果共鑒定到4896個蛋白質(zhì)，包括SC中的4686個、GS中的4676個、BL中的4556個、BM中的3775個、SD中的4677個和DD中的4443個（圖1d）。對各層皮膚中的蛋白質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)六層皮膚的蛋白質(zhì)組可分為以下皮膚部分：包括SC、GS和BL的表皮部分；BM部分；以及由SD和DD組成的非BM真皮部分（圖1e）。細(xì)胞成分分析顯示，表皮、BM和真皮切片之間存在顯著差異（圖1f，1g）。

人體皮膚分層的空間功能特征

? ? ? ?為了確定劃分不同關(guān)鍵特征的邊界及其生物學(xué)意義，進(jìn)行了層次聚類分析（HCA）和基因本體論（GO）分析，確定了六個蛋白質(zhì)模塊，表征具有不同功能的皮膚層（圖2a）。模塊1代表六層中SC中含量最高的蛋白，它們參與衰老的各個方面，如角質(zhì)化、角化、脂質(zhì)代謝、蛋白水解和程序性細(xì)胞壞死。模塊2和3分別代表在成熟（GS）和增殖（BL）表皮中高度表達(dá)的蛋白。GS中富集的蛋白具有與SC相似的功能，例如衰老和防御細(xì)菌。BL中富集的蛋白質(zhì)參與了表皮細(xì)胞分化（如毛囊成熟）和增殖（如毛發(fā)周期階段）的生物學(xué)過程，表明BL主要負(fù)責(zé)表皮細(xì)胞的發(fā)育。與BL相連的BM是BL的EpSCs最重要的生態(tài)位。BM中富集的蛋白主要參與防御反應(yīng)，包括內(nèi)皮屏障的建立和對細(xì)菌的反應(yīng)，維持細(xì)胞極性以及黑質(zhì)的發(fā)育。對不同深度真皮的蛋白質(zhì)組分析表明，富含在真皮中的蛋白質(zhì)參與內(nèi)吞和胞吐、免疫反應(yīng)和凝血等過程。ECM蛋白位于細(xì)胞外，在調(diào)節(jié)真皮彈性、保水、衰老和傷口愈合方面發(fā)揮著重要作用。結(jié)合Matrisome數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步分析真皮各層的ECM成分。構(gòu)建了分層人體真皮ECM圖譜，包括在BM（277種）、脫細(xì)胞SD（280種）和脫細(xì)胞DD（284種）中鑒定的ECM蛋白。

二期梅毒患者的表皮功能障礙

? ? ? ?梅毒是一種由Treponema pallidum引起的疾病。初期特征為皮膚損傷，最終會損害大腦、神經(jīng)、眼睛或心臟。為了確定T. pallidum對二期梅毒（SSP）患者中不同表皮區(qū)域功能的影響，對GS(SSP-GS)、BL(SSP-BL)和SD(SSP-SD)組的皮膚組織進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析（圖3b）。在SSP和對照樣本中，GS、BL和SD分別鑒定出4258、4268和4120個蛋白。對BL中差異表達(dá)的蛋白進(jìn)行了HCA和GO分析（圖3C）。與對照組相比，SSP組中性粒細(xì)胞聚集、先天免疫反應(yīng)、趨化因子產(chǎn)生、白細(xì)胞遷移和自噬等免疫相關(guān)過程上調(diào)，提示SSP皮膚組織中的EpSCs存在對免疫細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。與對照組相比，SSP組與細(xì)胞周期和形態(tài)發(fā)生過程、ECM組織、細(xì)胞-細(xì)胞黏附和半橋粒組裝相關(guān)的蛋白表達(dá)下調(diào)（圖3C），表明BL發(fā)生了表皮細(xì)胞功能障礙。此外，SSP中典型的Wnt信號通路下調(diào)，這表明皮膚中表皮細(xì)胞的功能障礙可能是由Wnt信號通路介導(dǎo)的，該信號通路參與了皮膚動態(tài)平衡和創(chuàng)面愈合過程中EpSC的發(fā)育。

BM的TGFBI促進(jìn)EpSC的增殖

? ? ? ?為了研究BM中對EpSC功能調(diào)節(jié)起重要作用的ECM蛋白，分析了與BM和BL接觸的BM組分和半橋粒復(fù)合物。在這些蛋白中，轉(zhuǎn)化生長因子-β誘導(dǎo)蛋白ig-h3（TGFBI）在SSP的BL和SD中的表達(dá)都下調(diào)。接下來，將TGFBI重組蛋白添加到人EpSCs的培養(yǎng)基中。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明，與對照樣品相比，TGFBI處理的樣品中增殖標(biāo)志物（PCNA和Ki67）和?EpSC?標(biāo)志物（P63和KRT14）的表達(dá)增加（圖4d，e）。而在TGFBI處理后，細(xì)胞分化相關(guān)通路（例如Notch信號通路中NOTCH1和LAMA5）和EpSCs成熟標(biāo)志物（KRT10）的表達(dá)降低（圖4c，f）?？傊?，這些結(jié)果表明，TGFBI作為皮膚中EpSCs必不可少的生態(tài)位，可以促進(jìn)EpSCs的增殖，并通過Wnt/β-Catenin途徑維持其干性和細(xì)胞連接。

TGFBI促進(jìn)SSP-EpSCs增殖

? ? ? ? 為了確定TGFBI能否恢復(fù)SSP-EpSCs的功能，作者分離SSP-EpSCs并培養(yǎng)10天（圖5a）。與對照組相比，SSP-EpSCs的干性、增殖和細(xì)胞-細(xì)胞連接受損程度降低（圖5b，c）。TGFBI可以挽救SSP-EpSCs的分化過程并促進(jìn)其增殖，使EpSCs中KRT14和PCNA的表達(dá)水平恢復(fù)正常（圖5b，c）。與對照組相比，SSP組細(xì)胞凋亡、免疫應(yīng)答和微生物侵襲等生物學(xué)過程上調(diào)。然而，在TGFBI治療后，這些過程恢復(fù)到正常水平（圖5e）。此外，SSP組下調(diào)蛋白參與的生物學(xué)過程主要包括線粒體組織和翻譯、蛋白質(zhì)定位和翻譯后修飾、DNA損傷修復(fù)和細(xì)胞周期。許多與細(xì)胞周期、表皮發(fā)育和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)的蛋白質(zhì)在SSP組中表達(dá)下調(diào)，但在TGFBI治療后表達(dá)水平恢復(fù)（圖5f）。綜上所述，TGFBI可增強(qiáng)SSP-EpSC的增殖、上皮化和表皮發(fā)育等功能，有望成為治療皮膚損傷的潛在靶點。

總結(jié)

? ? ? ?蛋白質(zhì)的空間表達(dá)對于確定蛋白質(zhì)在組織中的準(zhǔn)確定位和功能至關(guān)重要。該研究采用空間蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)構(gòu)建了分層皮膚蛋白質(zhì)組圖譜。數(shù)據(jù)分析表明，ECM在基質(zhì)微環(huán)境中對表皮細(xì)胞的生長起著重要的調(diào)節(jié)作用。BM ECM是EpSC生態(tài)位的重要組成部分，對EpSCs的功能起著重要的調(diào)節(jié)作用。在BM中，TGFBI是一種ECM糖蛋白，可促進(jìn)EpSCs?的增殖并促進(jìn)創(chuàng)面愈合。值得注意的是，TGFBI顯示出對于難治療性傷口患者的治療潛力，并可能有益于臨床實踐。

? ? ? ? 空間分辨蛋白質(zhì)組學(xué)圖譜揭示細(xì)胞外基質(zhì)調(diào)控表皮生長

期刊名稱：Nature Communications

影響因子：17.694

樣本選擇：皮膚組織

技術(shù)策略：空間蛋白質(zhì)組學(xué)