《Scientific Reports》：Fibroblast-derived matrix human skin equivalents reveal distinct roles for papillary and reticular fibroblasts in human skin barrier integrity and aging
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本研究的推荐语：为解决皮肤衰老（包括内外源因素）如何损害脂质皮肤屏障，以及不同真皮成纤维细胞亚型在其中的作用机制，研究人员利用成纤维细胞源性基质人皮肤等效物（FDM）模型，比较了乳头状成纤维细胞（Pfs）和网状成纤维细胞（Rfs）对表皮分化、脂质处理酶表达、角质层（SC）脂质基质结构及屏障功能的影响。研究结果显示，Pfs有助于维持年轻皮肤特征，而Rfs则促进老化表型，明确了两种成纤维细胞在皮肤屏障完整性中的独特作用，为理解皮肤老化及开发相关干预策略提供了新视角。
随着岁月的流逝，我们的皮肤不仅会留下皱纹的印记，其作为人体第一道防线的屏障功能也会悄然衰退。这种衰老带来的屏障功能下降，是皮肤内在老化与外界环境因素（如紫外线）共同作用的结果，与皮肤干燥、敏感等一系列问题息息相关。皮肤真皮层是支撑表皮并影响其功能的关键，而真皮层主要由成纤维细胞及其分泌的细胞外基质构成。有趣的是，随着年龄增长，真皮深层（网状层）的比例相对增加，这提示不同来源的成纤维细胞——来自真皮浅层乳头状的（Pfs）和来自深层网状层的（Rfs）——可能在皮肤老化进程中扮演着不同的角色。然而，它们如何具体影响表皮最关键的脂质屏障，其背后的分子与结构机制尚不清晰。为了解开这个谜团，一项发表于《Scientific Reports》的研究构建了一种更接近人体真实情况的体外模型——成纤维细胞源性基质人皮肤等效物（Fibroblast-derived matrix human skin equivalents, FDMs），来精准探究Pfs与Rfs对皮肤屏障形成与老化的独特贡献。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，他们分别从人皮肤中分离出乳头状成纤维细胞（Pfs）和网状成纤维细胞（Rfs），并利用它们构建了成纤维细胞源性基质人皮肤等效物（Pf-FDMs 和 Rf-FDMs）这一先进的体外三维皮肤模型。其次，研究采用了组织学染色（如免疫荧光）来评估表皮的分化状态与结构。在分子水平上，通过分析一系列脂质处理酶（例如β-葡萄糖脑苷脂酶、酸性鞘磷脂酶、酰基神经酰胺合成酶等）的基因表达来评估屏障脂质合成能力。此外，研究利用小角X射线散射技术分析了角质层脂质基质的纳米级结构，特别是长周期相（LPP）的重复距离。同时，采用液相色谱-串联质谱对神经酰胺亚类进行了定性与定量分析。最后，通过测量经皮水分流失来直接评估皮肤屏障功能。
研究结果
Pf-FDMs表现出更优的表皮分化
与含有Rfs的模型（Rf-FDMs）相比，含有Pfs的模型（Pf-FDMs）显示出更健康、更年轻化的表皮特征。这体现在基底层的细胞增殖活性更高、排列更有序，并且早期分化标志物（如角蛋白K1/K10）和晚期分化标志物（如兜甲蛋白）的表达也更强。这表明Pfs提供的微环境更有利于形成结构完整、分化成熟的上皮层。
Pf-FDMs中脂质处理酶表达上调
皮肤屏障功能依赖于角质层中特定脂质的正确组装。研究发现，多个参与神经酰胺等屏障脂质合成与加工的酶，其在Pf-FDMs中的基因表达水平显著高于Rf-FDMs。这提示Pfs能够促进表皮细胞合成构建完整脂质屏障所需的关键“原料”和“加工工具”，为形成致密的屏障结构奠定了基础。
Rf-FDMs的角质层脂质基质结构发生老化样改变
在纳米结构层面，Rf-FDMs角质层的脂质层状结构出现了典型的老化特征：其长周期相（Long Periodicity Phase, LPP）的重复距离缩短。LPP是健康皮肤屏障中脂质规则排列的关键结构，其缩短与屏障功能缺陷相关。在脂质组成上，Rf-FDMs中多种神经酰胺亚类（包括Cer [N]、Cer [A]、Cer [EO]和Cer [O]）的相对丰度发生了改变。更具体地说，Cer [N]和Cer [A]亚类中神经酰胺的平均链长缩短，而Cer [NS]亚类中单不饱和神经酰胺的比例升高。这些脂质组成和结构的变化共同指向了一种功能减弱的屏障状态。
Rf-FDMs屏障功能受损
功能学检测直接证实了上述发现。Rf-FDMs的经皮水分流失值显著高于Pf-FDMs，表明其皮肤屏障防止水分过度蒸发的功能下降，这与衰老皮肤的特征一致。
研究结论与意义
本研究通过创新的成纤维细胞源性基质人皮肤等效物模型，清晰地揭示了乳头状成纤维细胞和网状成纤维细胞在调节皮肤屏障完整性方面截然不同的作用。Pf-FDMs整体上模拟了年轻、健康的皮肤特性，表现为良好的表皮分化、有利的脂质代谢酶谱、正常的脂质基质结构以及优异的屏障功能。相反，Rf-FDMs则重现了老化皮肤的多种特征，包括表皮分化受损、脂质合成相关酶表达下调、角质层脂质纳米结构异常（LPP缩短、神经酰胺组成改变）以及屏障功能减弱（TEWL升高）。
这项研究的重要意义在于，它首次在功能完备的体外人类皮肤模型中，明确将真皮成纤维细胞的异质性与皮肤屏障老化直接联系起来。它表明，皮肤衰老不仅仅是表皮细胞自身的问题，更深层来源于真皮微环境的改变，特别是具有不同功能的成纤维细胞亚群之间的平衡被打破。网状成纤维细胞的相对增多及其主导的微环境，可能是驱动皮肤屏障功能随年龄衰退的关键因素。这为理解皮肤老化的机制提供了全新的细胞层面视角，并指出针对特定成纤维细胞亚型（如抑制其老化相关表型或促进其年轻化功能）可能成为未来开发改善皮肤屏障、抗衰老护肤品或疗法的潜在新策略。
