第二节　皮肤细胞的转分化现象

细胞转分化（cell transdifferentiation）是指一种类型的分化细胞在结构和功能上转变成另一种类型的分化细胞的过程。2006年日本科学家Yamanaka K等首次发现将四个转录因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-myc）组合经病毒载体转染，可将终末分化的体细胞逆分化成类似胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）的一种细胞类型——诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPSC），这一发现颠覆了先前关于终末分化细胞发育路径不可逆转的传统观念。随着研究的不断深入，不同类型细胞之间的转分化现象也相继被报道，如Kocaefe Y C等将大鼠脂肪细胞转分化为成肌细胞，Ieda M等将小鼠心脏及尾尖的成纤维细胞转分化为心肌细胞，Vierbuchen T等将成纤维细胞转分化为神经细胞，Ambasudhan R等将新生儿及成人皮肤成纤维细胞转分化为功能性神经细胞，Szabo E等将人皮肤成纤维细胞转分化为造血祖细胞，Sekiya S等将小鼠成纤维细胞转分化为肝样细胞等。细胞逆分化与转分化现象的发现为机体组织损伤修复开启了新的视野。

烧伤创面的修复依赖于角质形成细胞的分裂增殖，逐渐融合，重新形成表皮。研究发现，角质形成细胞可由胚胎干细胞（ESC）、诱导多能干细胞（iPSC）、脂肪干细胞（adipose derived stem cell，ASC）、创面驻留间充质细胞（wound resident mesenchymal cell）和成纤维细胞（fibroblast）等转分化获得。Bilousova等发现通过病毒载体转染Oct4、Sox2、c-myc和Klf4基因，可使成纤维细胞去分化为iPSC，随后使用含有视黄酸（retinoic acid，RA，维甲酸）的培养液和含有Bmp4的培养液先后孵育，可使iPSC进一步转分化为角质形成细胞。Chen等报道转染表达P63和Klf4两个基因，可使成纤维细胞直接转分化为角质形成细胞。

利用病毒载体转染基因的方式，虽然可诱导细胞转分化，但由于毒性、致瘤风险，特别是转分化效率低下，该方法很难应用于临床。2019年，Zhang Fang等发现了一种新的细胞转分化现象，即成人皮肤成纤维细胞经普通培养液（DMEM高糖培养基+10%血清+抗生素）连续孵育120天后，细胞形态发生变化，类似角质形成细胞。这种由成纤维细胞转分化来的角质形成样细胞，原有的成纤维细胞特异性标记物波形蛋白（vimentin）和α-SMA不表达，而角质形成细胞特异性标志物CK6、CK17和CK19表达显著上调。

笔者课题组最近研究发现，胎儿皮肤成纤维细胞经普通培养液（DMEM高糖培养基+10%血清+抗生素）连续孵育25天开始出现细胞转分化现象，部分细胞呈现角质形成细胞特征，至第40天后所有成纤维细胞全部自发转分化为角质形成样细胞（图1-9）。

进一步分析发现，胎儿皮肤成纤维细胞转分化而来的角质形成样细胞与人皮肤角质形成细胞生物学特征高度相似，角质形成细胞特异性标志物CK5、CK14、CK19和整合素β1表达水平相似，原有的成纤维细胞特异性相关蛋白vimentin和α-SMA不表达（图1-10，图1-11）。从细胞学行为学角度分析，角质形成样细胞和角质形成细胞也没有明显差异，二者增殖能力均较成纤维细胞强，迁移能力则相反。在动物实验中证实，角质形成样细胞和角质形成细胞都能促进创面愈合（表1-4），且未发现致瘤现象。通过苏木精-伊红染色（HE染色）、免疫组织化学分析发现，角质形成样细胞和角质形成细胞再上皮化能力相似，形成的上皮厚度和创面所含CK5阳性细胞数量一致。为探索该转分化过程的机制，进行了高通量转录组测序，结果提示胎儿皮肤成纤维细胞在培养过程中，细胞内Wnt/β-catenin信号通路、细胞黏附、TRP通路介导的炎症介质调节、过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor，PPARγ）信号通路等活性逐渐增强，而细胞外基质-受体相互作用、PI3K-Akt等信号通路活性逐渐降低，可能参与了转分化过程的调控。

（申传安　刘馨竹　孙佳辰　赵虹晴）