TSP-1调控SKPs抗光老化TGF-β/Smad信号通路的研究

Skin-derived precursor cells (SKPs) are a novel category of stem cells attained from adult skin. The recent finding that SKPs are able to suppress skin photoaging via activating transforming growth factor-β (TGF-β)/Smad pathway, sheds light on the new approach to repairing photo damage, but the unclear mechanisms restrict its appliance. Thrombospondin-1 (TSP-1), one of the essential activators of TGF-β pathway, showed higher level of gene and protein expression after being exposed to ultraviolet, observed in our previous research, suggesting TSP-1 may be a key element in SKPs curbing photoaging through controlling TGF-β/Smad pathway. The methodologies of this project are to observe SKPs’ physical features such as proliferation, apoptosis and autophagy, and the changes of TGF-β/Smad pathway after ultraviolet irradiation by up and down-regulating TSP-1 in SKPs with gene overexpression and RNA interference, then to transplant SKPs to animal modules with TSP-1 before and after ultraviolet exposure, detecting the expression of photoaging-associated gene and protein and changes of dermal functions and morphology. By exploring TSP-1’s role in TGF-β/Smad pathway in terms of molecular and cellular biology and animal, this project aims to figure out the molecular mechanisms of SKPs inhibiting photo-damage, identify novel targets for new products to prevent and cure photoaging.

皮肤前体细胞（SKPs）是从成体皮肤中分离出的一种新型干细胞。近期发现SKPs可通过TGF-β/Smad通路抑制皮肤光老化，为修复光损伤提供了新思路，但因调控机制不清限制其开发应用。血小板反应素-1 (TSP-1)是TGF-β通路的重要激活物之一，我们前期研究发现经紫外线照射后SKPs的TSP-1基因及蛋白表达均增高，推测TSP-1通过调控TGF-β/Smad通路在SKPs抗光老化中发挥关键作用。本课题拟通过基因过表达及RNA干扰技术上调或下调SKPs的TSP-1，观察细胞增殖、凋亡、自噬等生物学特性及UV照射后TGF-β/Smad通路的改变；并将TSP-1改变前后的SKPs移植入动物模型中，检测光老化相关基因和蛋白表达、真皮功能及形态学变化。本项目将在分子、细胞、动物三个层面探索TSP-1对TGF-β/Smad的调控作用，明确SKPs抗光老化的分子机制，为临床开发产品提供新靶位。

皮肤前体细胞（skin-derived precursor cells, SKPs）是从成体皮肤中分离出的一种具有自我更新及多向分化潜能的新型干细胞。在我们前期研究的基础上，本项目计划研究SKPs介导血小板反应素1（thrombospondin1, TSP1）调控TGF-β/Smad通路抗光老化的作用。课题伊始，由于SKPs培养增殖缓慢一度制约研究进展。我们经过反复实验开发出通过皮肤成纤维细胞转培养方法的创新技术，培养出生物学性状和功能与SKPs高度相似的小鼠和人转培养皮肤前体细胞（transformed SKPs, tSKPs），并证实tSKPs相较于成纤维细胞具有确切的“干性”，与SKPs干细胞特征高度相似，无致瘤性，具有低免疫原性。解决了SKPs扩增和收集的难题，使后续研究顺利开展。为破解SKPs抗光老化的信号通路的科学疑点，按项目计划首先通过细胞和分子实验证实了SKPs可在UVB辐射后早期上调TSP1表达进而激活TGF-β/Smad通路，发挥抗UVB辐射损伤作用。细胞实验证实，富含TSP1等细胞因子的tSKPs上清可通过激活TGF-β/Smad通路、抑制MAPK通路改善UVA致损伤的成纤维细胞形态，减少细胞凋亡，减少胶原降解，促进胶原增生。动物实验还证实，tSKPs可通过类似机制促进光老化小鼠真皮内胶原合成，减少胶原降解，促使真皮增厚，缓解光老化皱纹。而tSKPs外泌体（tSKPs-derived exosome，tSKP-Ex）则可通过抑制MAPK/JNK通路和NF-κB通路改善UV导致的炎症反应，促进胶原增生、减少胶原降解。上述研究结果不仅验证了TSP1通过调控TGF-β/Smad通路发挥抗光老化的作用机制，还开发出高效安全的SKPs培养新技术，为未来科研和临床应用提供了保障。同时课题组拓展了对tSKPs研究，不仅阐明tSKPs通过多靶点多通路起到抗UV辐射损伤和抗光老化作用，还提取tSKP-Ex，全转录组测序和miRNA功能分析，并在分子、细胞、动物层面验证其抗光老化功效。本研究为SKPs在皮肤抗光老化的应用、寻找新的治疗靶点提供了理论支持和实验数据,并为开辟SKPs新研究领域提供了信息。本项目申报专利2项，SCI论文7篇，参与国内外会议交流9人/次，培养博士生6名，较好地完成了项目任务。