Nature Genetics发布首张人类全身皮肤的空间转录组图谱

西奈山伊坎医学院的研究人员近日发布了首张涵盖全身的人类皮肤空间图谱。它以前所未有的细节提供了健康人体皮肤的视图，揭示了十多个独特部位（包括头皮和脚底）的皮肤细胞组成及功能机制。

皮肤是人体最大的器官，作为外部屏障，它在调节体温和保护免疫系统方面起着重要作用。皮肤也容易受到慢性疾病的影响，但具体的细胞组成和分子结构在全身范围内如何变化，在很大程度上仍是未知的。

研究人员此次对120万个正常成人皮肤细胞进行了全面分析，鉴定出45种独特的细胞类型，这些细胞在身体各部位的组成和排列存在差异。这项具有里程碑意义的研究成果于3月23日发表在《Nature Genetics》杂志上。

他们认为，这种对重要皮肤细胞的全面分析有望助力人们开发出更具靶向性的治疗方法，这些方法或许能治疗湿疹和银屑病等皮肤病，并恢复人类皮肤核心成分的功能。

人类皮肤病通常发生在特定部位。例如，银屑病经常出现在肘部、膝盖和头皮上。在皮肤的各个区域，多种类型的细胞会自发形成生物学网络。这些体系也被称为“多细胞邻域”，当患者出现皮肤病并需要治疗时，它们往往处于异常或受损状态。

在这项研究中，研究人员旨在确定这些多细胞邻域背后的分子因素。他们对120多万个细胞进行了全面分析，以创建一张皮肤空间图谱，这些细胞来自22名供体的15个解剖部位。

通过空间转录组学分析，他们确定了部位特异性的细胞组成及空间结构，将其归纳为10种反复出现的多细胞邻域，这些邻域在人体不同部位的丰度不同。

其中，一个邻域位于皮肤血管周围，由树突状细胞和T细胞等免疫细胞组成，它们共同训练免疫系统攻击特定威胁。这种“血管周围邻域”还包含重要的非免疫细胞，如成纤维细胞，它们有助于免疫细胞形成空间结构。

研究人员指出，这种血管周围邻域与其他器官中的特殊淋巴组织（如扁桃体）颇为相似，可被视为皮肤相关的淋巴组织。他们发现，肿瘤坏死因子在此邻域中发挥核心作用，这种因子虽会诱发炎症，但在健康皮肤背景下维持了特化的成纤维细胞。

通过比较身体各个部位的分子变化以及疾病如何改变邻域，他们注意到血管周围邻域中的组织和器官损伤，这表明当疾病出现时会发生细胞改变，因此可能成为治疗靶点。

研究人员总结道，多细胞邻域作为皮肤分子和结构的基础，负责协调细胞间的相互作用，并在疾病出现时表现出结构破坏。

这项研究背后的关键技术之一是MERFISH空间转录组学技术，它能够对数百到数千个基因进行高通量分析，并精确定位这些基因在单个细胞内的具体位置。

通讯作者、西奈山伊坎医学院的Andrew L. Ji博士表示：“我们认为，要想充分了解人类皮肤病，就必须先了解健康皮肤是什么样子的。通过建立整个身体的皮肤‘谷歌地图’，我们发现了包括多细胞邻域的高阶结构，其中不同的细胞更倾向于彼此相邻。”

“这些细胞类型相互沟通以维持健康功能，比如建立屏障。这些邻域可被视为是人类皮肤的关键组成部分，我们提供了一份蓝图，显示它们是如何构建的，以及各个身体部位包含多少。”

研究人员认为，此次发现的独特细胞类型和空间结构，为未来研究和开发皮肤病新疗法奠定了基础，例如组织工程和干细胞疗法，这些有望恢复健康人类皮肤的核心成分。