我们的皮肤是身体的第一道防线，但它远非一层简单的“外包装”。从厚实耐磨的脚掌到娇嫩敏感的眼周，不同部位的皮肤在厚度、毛发密度、甚至微生物群落上都展现出惊人的多样性。这些差异不仅赋予了各部位独特的功能，也导致了它们对特定皮肤病（如湿疹、银屑病、皮肤癌等）的不同易感性。然而，一个根本性问题长期困扰着科学家：皮肤这种复杂的空间微环境是如何在细胞和分子层面被组织和维持的？传统的体外研究和批量转录组测序难以捕捉细胞的空间位置信息和异质性，而之前有限的单细胞和空间组学研究也未能在大尺度上系统地比较不同身体部位。为了绘制一幅完整的人类皮肤“细胞地图”，揭示其跨部位的时空组织法则，一个国际研究团队在《Nature Genetics》杂志上发表了他们的重磅成果。
研究者们采用了多项前沿技术构建了这一图谱。核心是MERFISH空间转录组技术，它能同时检测数百个基因在组织原位的表达，从而在单细胞分辨率下解析空间信息。研究纳入了22名捐赠者（包括尸检和手术废弃组织）的15个不同解剖部位（如面部、头皮、肘部、膝部、足底等）共114份正常皮肤样本，构建了包含约120万个细胞的MERFISH数据集。同时，研究者整合了84名捐赠者、14项已发表研究的正常皮肤单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据作为参考。此外，还收集了公共数据库中的5种皮肤疾病（特应性皮炎、银屑病、化脓性汗腺炎、基底细胞癌、鳞状细胞癌）的空间转录组（10x Visium）数据，用于分析疾病状态下的微环境重塑。体外功能验证则采用了人皮肤外植体培养与RNA原位杂交（FISH）等技术。
结果
A single-cell spatial MERFISH atlas of normal human skin
研究人员成功构建了成人正常皮肤的单细胞空间MERFISH图谱，检测了超过1.05亿个转录本，识别并定位了45种细胞亚群，涵盖了上皮、基质（包括8个成纤维细胞亚群）和免疫细胞。通过与整合的scRNA-seq参考数据集对比，验证了细胞类型注释的准确性。
MERFISH localizes 45 cellular subpopulations in human skin
MERFISH精确解析了包括两种棘层角质形成细胞（Spn KC I 和 Spn KC II）、八种成纤维细胞（如乳头状成纤维细胞Papil Fib、网状成纤维细胞Retic Fib I/II、周皮成纤维细胞Perivasc Fib I/II等）、两种血管内皮细胞（VEC）亚型以及13种免疫细胞在内的众多亚群，并明确了它们在组织中的空间位置。
Stereotypic cellular distribution patterns across anatomic sites
分析发现，皮肤的细胞多样性（Shannon指数）和密度在身体不同部位呈现规律性变化。毛发密集区域（如头皮、面部）和足底多样性最高，而伸侧部位（如肘、膝）较低。细胞类型丰度分析揭示了高度刻板的部位特异性组成模式，例如，Spn KC II和Retic Fib II在足底富集，而天然免疫细胞和血管相关细胞在肢体末端富集。此外，表皮厚度与足底富集的细胞类型及乳头状成纤维细胞的丰度显著相关。
Defining multicellular neighborhoods in human skin
通过空间聚类算法，研究在皮肤中定义了十个稳定的多细胞“邻里”。它们包括表皮-真皮连接处（N0—DEJ）、浅表和深部血管周区域（N1—PERIVASC I, N3—PERIVASC II）、分化中的表皮（N2—DIFF IFE）、网状真皮（N4—STROMA）、毛囊上下段（N5—UPPER HF, N9—LOWER HF）、小汗腺和皮脂腺（N6—ECCRINE, N7—SEB GLAND）以及皮下组织（N8—SUBCUTIS）。其中，PERIVASC I邻里细胞多样性最高，富含免疫细胞、周皮成纤维细胞和血管细胞，其结构让人联想到皮肤相关淋巴组织（SALT）。邻里丰度也随解剖部位和年龄动态变化。
Neighborhoods define distinct spatial communication networks
细胞间通讯分析显示，不同邻里拥有独特的配体-受体（L-R）相互作用网络。在PERIVASC I邻里中，肿瘤坏死因子（TNF）信号通路是关键的免疫-基质对话调节者。体外功能实验证实，TNF处理能显著增加人皮肤外植体中CCL19+PDGFRA+的周皮成纤维细胞（Perivasc Fib I）数量，表明TNF在维持该邻里稳态中起核心作用。研究还通过Tangram算法整合MERFISH与scRNA-seq数据，对全转录组范围的L-R相互作用进行空间推算，揭示了不同解剖部位（如肘前窝）特异的通讯模式。
Skin neighborhood remodeling in disease
通过整合分析五种皮肤疾病的Visium空间转录组数据，研究人员发现疾病状态伴随着邻里结构的重塑。多个疾病共享KC应激、分化表皮和血管周邻里（PERIVASC I）的扩张。PERIVASC I邻里的广泛扩张和免疫激活，类似于可诱导的皮肤相关淋巴组织（iSALT），成为多种皮肤病的共同病理特征。此外，研究也鉴定出疾病特异性的邻里，如三级淋巴结构（TLS）和化脓性汗腺炎中的上皮隧道结构。
结论与讨论
这项研究构建了迄今最全面的人类皮肤跨解剖部位单细胞空间转录组图谱，系统揭示了皮肤的多尺度空间组织原则。研究发现，皮肤的细胞组成、多细胞邻里结构及细胞间通讯网络存在显著的部位特异性和规律性，这些模式共同构成了皮肤的“定位记忆”和功能特化基础。其中，以PERIVASC I邻里为代表的免疫-基质相互作用枢纽，在稳态下由TNF等信号维持，在疾病中则发生显著扩张和活化，成为驱动炎症的共性空间模块。这项工作不仅为理解皮肤生物学提供了前所未有的空间蓝图，其定义的“邻里”框架和发现的枢纽性细胞互作（如TNF-CCL19轴），也为开发针对特定微环境的再生医学策略和疾病靶向治疗（如调节病理性成纤维细胞或免疫聚集）指明了新方向。尽管存在MERFISH技术灵敏度限制、罕见细胞类型可能未被捕获等局限性，但该数据集和交互式网络工具无疑将成为推动未来皮肤健康与疾病研究的宝贵资源。最终，理解皮肤邻里如何构建、维持并在全身变化，可能是实现皮肤终身健康的关键。
