干细胞在机械牵张诱导下向皮肤归巢并通过Wnt通路激活皮肤干细胞Niche再生的研究

Mechanical stretch can induce in vivo skin regeneration and access to extra tissue amount for deformity reconstruction. However, the limited regenerative capability of skin limits the clinical application of this technique. In the initial results our research group had obtained, transplanted mesenchymal stem cells (MSCs) can migrate by mechanical stretch and implant to expanded skin, and accelerate skin regeneration (Stem Cells,2013;31:2703-13). This finding lights a new path in accessing to in vivo regenerated skin. Preliminary findings demonstrated that transplanted MSCs migrated via the induction of SDF-1a and gathered to hair follicle and the basal layer of epidermis (Br J Derm,2014;10.1111/bjd.13251) and activated stem cell niche regeneration (preliminary data), in which Wnt pathway was involved in regulatory. Based on these findings, we will evaluate the chemotactic effect of SDF-1a in inducing MSCs migration and homing by in vivo bioimaging. Furthermore, we will analyze the regulatory effect of Wnt pathway in mechanical stretch induced skin regeneration and explore the underlying mechanism of the activation of stem cell niches induced by MSCs. The results from this project will promote the understanding of stem cell treatment and will provide solid support to clinical translation of stem cell treatment.

通过对皮肤进行机械牵张，可获得额外的再生组织用于缺损修复，但皮肤有限的再生能力限制了其临床应用潜力。项目组前期研究证实适时的干细胞（MSCs）移植可显著提升机械牵张下皮肤再生能力（Stem Cells,2013;31:2703-13），这一具重要意义的发现，有望从全新的再生医学角度拓展其临床应用。项目组前期研究初步表明，干细胞移植后在SDF-1a介导下的归巢（Br J Derm,2014;10.1111/bjd.13251）并激活皮肤干细胞niche（见预初研究），在干细胞促进皮肤扩张再生中起重要作用，且Wnt通路参与其中调控。本项目拟在前期基础上，通过在体示踪技术分析SDF-1a诱导归巢的机制，并通过流式细胞技术结合基因组学方法分析干细胞定植后通过Wnt通路的皮肤干细胞niche激活作用，探讨MSCs促进皮肤干细胞niche再生的机制，以期为临床干细胞治疗的转化提供理论基础。

通过对皮肤进行机械牵张，可获得额外的再生组织用于缺损修复，但皮肤有限的再生能力限制了其临床应用潜力。项目组前期研究证实适时的干细胞(MSCs)移植可显著提升张力刺激下皮肤再生能力。在前期基础上，课题组设计本项目研究通过在体示踪技术分析MSCs向张力皮肤归巢机制，并结合基因组学方法分析干细胞定植后激活皮肤干细胞niche促进再生的机制。.在本项目研究中项目组在大鼠背部构建了皮肤软组织扩张模型，并在此模型的基础上，建立了在体干细胞示踪系统，该系统可清晰、动态、准确进行干细胞在体示踪。在该模型中研究证实SDF-1a/CXCR4通路在机械牵张募集MSC向皮肤迁移中的关键作用，并诱导MSC在局部定植。定植的MSC多位于HF-SC和IHE-SC附近，且移植MSC组的HF-SC和IHE-SC增殖明显增加。移植MSC后，毛囊中b-catanin表达水平和Axin2表达水平均增高。本项目不同阶段扩张皮肤组织进行RNA-Seq检测，构建了关于机械应力诱导后的基因共表达网络，定位与皮肤再生密切相关的Lrig1基因。MSC可提高角质细胞Lrig1表达，干扰Lrig1表达，可至Wnt通路表达下降，提示MSC通过提高Lrig1表达激活Niche活性。本项目研究中进一步发现，Lrig1+的真皮成纤维细胞减少与皮肤再生张力刺激后真皮再生不良有密切相关性。MSC移植可促进Lrig1+的Fb细胞增殖和迁移，并促进创面相关毛囊新生。.通过本项目研究，明确MSC移植后向扩张皮肤迁移的机制，发现MSCs移植后对Wnt通路的激活作用，并定位调控基因Lrig1，MSCs移植后可通过增加表皮及真皮Lrig1+细胞表达，激活Wnt达到促进皮肤及毛囊再生作用。本项目研究结果阐述了MSC促进皮肤再生的机制，有助于临床干细胞治疗的转化和促进皮肤再生新技术的研发。