科研进展 | 何灵娟团队合作建立皮肤成纤维细胞分层图谱并揭示伤口修复的时空协同机制

皮肤是人体最大的器官，伤口修复是一套复杂且精密的生物学过程。成纤维细胞作为皮肤关键细胞类群，在创面愈合与瘢痕形成中扮演重要角色。小鼠皮肤成纤维细胞定位于真皮、真皮下脂肪、肉膜肌（PC muscle）及筋膜层，按解剖位置可划分为真皮乳头层、真皮网状层、真皮下脂肪层、肉膜层和筋膜层5个亚群。由于缺乏层特异性成纤维细胞的遗传谱系示踪工具，不同层成纤维细胞在皮肤伤口修复中的具体作用至今仍不清楚。

2026年10月15日，西湖大学何灵娟团队与合作者在Cell Stem Cell期刊在线发表了题为“Skin Fibroblast Lineage Tracing Reveals Layer-Specific Cooperation in Wound Repair”的研究成果。该研究开发了一套覆盖皮肤全部五个空间层次的成纤维细胞的遗传谱系示踪工具，揭示不同层成纤维细胞通过时空协同机制调控皮肤创面修复。研究首次系统阐明皮肤成纤维细胞的异质性群体可作为整体协同驱动伤口修复，为开发促进创面愈合、减轻瘢痕、改善功能性修复的新型治疗策略与干预手段提供理论依据。

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https://authors.elsevier.com/a/1nx%7E86tu0CxXr8

由于多层成纤维细胞缺乏单一特异的基因标记，该研究基于Cre-loxP和Dre-rox双重组酶系统，建立了覆盖皮肤真皮乳头层、真皮网状层、真皮下脂肪层、肉膜层和筋膜层五层成纤维细胞的特异性遗传谱系示踪工具（图1）。

图1. 皮肤五层成纤维细胞示踪工具

借助这套谱系示踪工具，该研究首次系统解析了皮肤五层成纤维细胞在创面修复过程中的时空动态特征（图2）。皮肤创面修复大致可划分为两个阶段：损伤后0–7天为创面愈合阶段，7天之后进入组织重塑与瘢痕形成阶段。在全层皮肤损伤模型中，伴随创面修复进程，各层来源的成纤维细胞分三波依次浸润伤口。修复早期（损伤后0–7天，0–7dpi），筋膜层成纤维细胞快速动员并迁入伤口床；真皮下脂肪层与肉膜层成纤维细胞仅局限于伤口边缘，而真皮成纤维细胞在此阶段几乎不参与修复。修复中期（7–14dpi），真皮下脂肪层和肉膜层成纤维细胞大量填充创面，筋膜层成纤维细胞数量较早期有所下降，真皮成纤维细胞迁移至伤口边缘。修复后期（14–28dpi），真皮成纤维细胞大量迁入创面，而筋膜层、肉膜层及真皮下脂肪层成纤维细胞在创面内的占比较早、中期显著降低。上述结果提示：第一波浸润创面的成纤维细胞主要负责创面愈合，后续迁入的成纤维细胞则主导组织重塑与瘢痕形成。空间维度上，伤口床中成纤维细胞的分布呈现高度动态、有序的重塑过程，至损伤后第28天，创面内成纤维细胞呈现出与未损伤皮肤相似的分层排布。

图2. 皮肤成纤维细胞在伤口修复过程中的时空贡献

除全层皮肤损伤模型外，该研究进一步探究了不同损伤深度与伤口尺寸下各层成纤维细胞的修复贡献。结果显示，在所有损伤模型中，皮肤成纤维细胞均遵循“自下而上”的修复模式：下层成纤维细胞率先启动修复，上层成纤维细胞随后迁移进入创面（图2）。为明确该自下而上的应答特征是由成纤维细胞的解剖位置还是细胞固有属性所决定，研究开展了皮肤上层、下层组织自体移植及谱系标记细胞移植实验；结果证实，各层成纤维细胞在创面修复中的独特行为主要由细胞内在属性调控（图3）。

图3. 皮肤真皮和筋膜组织自体移植及成纤维细胞谱系示踪

细胞增殖与迁移是组织损伤修复的核心生物学过程。不同层级成纤维细胞在修复的不同时间窗口依次参与创面修复，提示其应答由增殖、迁移之间的协同作用精密调控，两个过程各自遵循特定时序规律。为解析该时空修复模式下各层成纤维细胞的增殖与迁移特征，研究团队进一步构建了成纤维细胞特异性增殖记录系统FIB-ProTracer。结合FIB-ProTracer与成纤维细胞遗传谱系示踪结果，研究发现：早期创面闭合主要由最先应答的筋膜层成纤维细胞原位增殖驱动；而后期迁入创面的成纤维细胞（尤其是真皮成纤维细胞）呈现增殖-迁移解偶联的独特行为——在修复早期即可发生增殖，但细胞滞留在伤口边缘，直至修复后期才迁移进入伤口床（图4）。

图4. 皮肤伤口修复时成纤维细胞的增殖

此外，该研究还阐明了肌成纤维细胞的层特异性起源。肌成纤维细胞是介导创面闭合与瘢痕形成的核心效应细胞，而成纤维细胞是肌成纤维细胞最主要的前体细胞。此前，皮肤创面修复过程中肌成纤维细胞的来源尚不明确。本研究利用全层及浅表皮肤损伤模型证实，早期迁入创面的成纤维细胞是肌成纤维细胞的主要来源：在全层皮肤损伤中，肌成纤维细胞主要由早期浸润创面的筋膜层成纤维细胞活化产生；而浅表伤口修复时，则以真皮下脂肪层与肉膜层成纤维细胞活化为主。

综上，该研究依托双重组酶系统构建了可标记皮肤五层成纤维细胞的遗传谱系示踪工具，系统解析了各亚群在创面修复中的时空特异性贡献，揭示了由细胞固有程序主导的修复机制（图5），为研发促进皮肤创面愈合的新型治疗策略与干预手段提供理论支撑。

图5. 皮肤分层成纤维细胞时空协同调控皮肤伤口修复

西湖大学生命科学学院助理研究员郭志侯、2024级博士研究生夏天畅、2021级博士研究生张卓楠为本论文共同第一作者；西湖大学何灵娟研究员与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌研究员为共同通讯作者。西湖大学张延晓研究员为本研究的单细胞测序分析提供了重要支持。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、西湖教育基金会、西湖实验室及本源基金的资助。

何灵娟课题组长期聚焦遗传谱系示踪与组织修复再生研究。近年来，团队围绕肝脏再生、肾脏与皮肤损伤修复及纤维化过程，解析细胞起源与命运调控机制，取得多项重要研究成果，相关论文发表于Science,Cell Stem Cell (2023, 2026),Nat Commun等国际知名期刊。

课题组诚邀对谱系示踪、组织修复再生方向感兴趣的优秀人才（博士后、科研助理、博士研究生）加入，共同探索生命科学前沿，携手开展创新性研究！