皮肤的秘密武器：研究人员发现了一种古老的伤口修复机制

世界可能是一个危险的地方，我们周围潜伏着各种危险，如细菌、病毒、事故和伤害。我们的皮肤就像最终的盾牌，提供了一个坚定的防御，以抵御这些威胁。它作为内部和外部环境的边界，是身体中最大的器官，几乎无缝地保护我们。

然而，皮肤也不能免于伤害。它承受着外界每天的攻击，但仍然试图通过检测和应对这些危险来保护我们的安全。一种方法是检测病原体，从而激活免疫系统。然而，最近由洛克菲勒大学的Elaine Fuchs进行并发表在《细胞》杂志上的研究发现了一种新的保护机制，它对受损组织中的损伤信号做出反应，例如由血管破坏和痂皮形成造成的低氧水平。这种机制无需感染就能被激活。

该研究首次确定了一种与病原体引发的经典途径不同但平行的损伤反应途径。

该反应的舵手是白细胞介素-24(IL24)，其基因在伤口边缘的皮肤上皮干细胞中被诱导。一旦释放出来，这种分泌的蛋白质开始召集各种不同的细胞，开始复杂的愈合过程。

"IL24主要由伤口边缘的表皮干细胞制造，但皮肤的许多细胞--上皮细胞、成纤维细胞和内皮细胞--都表达了IL24受体并对信号作出反应。"Robin Chemers Neustein哺乳动物细胞生物学和发育实验室的负责人Fuchs说："IL24成为协调组织修复的协调者。"

来自病原体诱导信号的提示

科学家们早已了解宿主反应如何保护我们的身体免受病原体引起的威胁：体细胞将入侵的细菌或病毒识别为外来实体，并在信号蛋白(如1型干扰素)的帮助下诱导一些防御机制。

但身体如何应对可能涉及或不涉及外来入侵者的伤害?例如，如果我们在切黄瓜时切到了手指，我们马上就知道了--有血和疼痛。然而，对损伤的检测如何导致愈合在分子基础上知之甚少。

虽然1型干扰素依靠信号因子STAT1和STAT2来调节对病原体的防御，但Fuchs实验室以前的研究表明，一种类似的转录因子被称为STAT3，在伤口修复过程中出现。两项研究的共同第一作者刘思齐希望追溯STAT3的途径，以了解其起源。

IL24作为诱导伤口中STAT3激活的主要上游细胞因子脱颖而出。

独立于微生物的作用

研究人员与洛克菲勒大学的丹尼尔-穆西达实验室合作，在无菌条件下对小鼠进行研究，发现伤口诱导的IL24信号级联是独立于病菌的。但是，是什么伤害信号诱导了这一级联呢?伤口往往延伸到皮肤真皮层，那里有毛细血管和血管。

"我们了解到，表皮干细胞能感知伤口的缺氧环境，"该实验室的研究员、该论文的共同第一作者Yun Ha Hur说。

当血管被切断并形成痂皮时，伤口边缘的表皮干细胞会缺氧。这种缺氧状态是细胞健康的警钟，并诱发了涉及转录因子HIF1a和STAT3的正反馈回路，放大了伤口边缘的IL24生产。其结果是表达IL24受体的各种细胞类型协调努力，通过替换受损的上皮细胞、愈合断裂的毛细血管和生成新的皮肤细胞的成纤维细胞来修复伤口。

与纪念斯隆-凯特琳癌症中心的克雷格-汤普森小组合作，研究人员表明，他们可以通过改变氧气水平来调节Il24基因的表达。

研究人员确定了表皮干细胞中组织修复途径的起源，然后研究了经基因改造后缺乏IL24功能的小鼠的伤口修复过程。如果没有这个关键蛋白，愈合过程是缓慢和延迟的，比正常小鼠需要更多天才能完全恢复皮肤。

他们推测，IL24可能参与了以上皮层为特征的其他身体器官的损伤反应，上皮层起到保护作用。在最近的研究中，严重的COVID-19患者的肺上皮组织和溃疡性结肠炎(一种慢性炎症性肠病)患者的结肠组织中都发现了IL24活性的升高。

Hur说："IL24可能作为一种提示，在许多器官中发出需要进行损伤修复的信号。"

与功能和进化有关

Fuchs解释说："我们的发现提供了对一个重要的组织损伤感应和修复信号通路的见解，该通路与感染无关。"

与UT西南医学中心的进化生物学家Qian Cong进行的分析显示，IL24及其受体与干扰素家族有着密切的序列和结构同源关系。尽管它们可能并不总是每时每刻都在协调工作，但IL24和干扰素在进化上是相关的，并与细胞表面上相互靠近的受体结合在一起。研究人员怀疑，这些信号分子来自于一个共同的分子途径，可以追溯到我们的过去。

研究人员认为，在数亿年前，这个祖先可能已经分化成两条途径--一条是病原体防御，另一条是组织损伤。也许这种分裂的发生是为了应对病原体和损伤的爆炸，这些病原体和损伤给地球上的生命带来了巨大的麻烦。