基于单细胞RNA测序和空间转录组学揭示皮肤衰老中FB亚群动态变化及SERPINE1调控机制的研究

《?sthetische dermatologie & kosmetologie》：Viel Neues in 2025 – auf manches h?tten wir lieber verzichtet

本研究针对皮肤衰老过程中成纤维细胞（FB）异质性及分子机制不清的问题，通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组学技术，系统绘制了年轻与衰老皮肤FB亚群图谱。研究发现衰老皮肤中促炎性FB亚群（FB2）比例显著上升，并鉴定出SERPINE1作为该亚群的关键调控因子，其表达上调通过p53通路促进细胞衰老和炎症因子分泌。该研究揭示了皮肤衰老的新型细胞标志物和潜在干预靶点，为理解皮肤衰老的细胞生物学基础及开发抗衰老策略提供了重要依据。

　　

时间在生命的画卷上留下痕迹，其中最直观的莫过于皮肤的老化。随着全球人口老龄化的加剧，深入理解皮肤衰老的生物学机制，不仅关乎人们对青春容颜的追求，更与老年皮肤健康密切相关。皮肤衰老是一个复杂的生物学过程，表现为皱纹形成、弹性丧失、修复能力下降等。传统观点认为，真皮中的成纤维细胞（Fibroblast, FB）是维持皮肤结构功能的核心细胞，其功能衰退是皮肤老化的关键。然而，成纤维细胞并非一个均质的群体，它们存在着显著的异质性。在衰老过程中，不同亚群的成纤维细胞如何动态变化？哪些关键分子驱动了这些变化？这些问题如同迷雾般笼罩在皮肤衰老研究领域，限制了针对性干预策略的开发。

为了揭开这些谜团，一项发表在《?sthetische dermatologie》上的研究应运而生。研究人员采用前沿的单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）和空间转录组学（Spatial Transcriptomics）技术，如同为皮肤细胞世界绘制了一幅高精度的“细胞图谱”和“空间地图”，旨在系统揭示年轻与衰老皮肤中成纤维细胞亚群的组成差异、分子特征及其空间分布规律，并深入探索驱动衰老的关键调控机制。

研究人员首先通过单细胞RNA测序技术，分别对来自年轻和年老捐赠者的皮肤样本进行了高通量分析。为了确认scRNA-seq结果的可靠性，他们使用了免疫荧光染色（Immunofluorescence Staining）和RNA原位杂交（RNA in situ hybridization）等技术进行验证。此外，还利用细胞培养模型进行了功能获得（Gain-of-function）和功能缺失（Loss-of-function）实验，以探究特定基因的功能。值得注意的是，研究中的人皮肤样本队列来源于符合伦理规范的临床捐赠者。

scRNA-seq揭示皮肤FB的异质性及衰老相关亚群FB2的扩增

通过对年轻和衰老皮肤细胞的测序数据进行分析，研究人员成功鉴定出包括角质形成细胞、成纤维细胞、内皮细胞、免疫细胞等在内的多种皮肤细胞类型。聚焦于成纤维细胞群体后，通过无监督聚类分析，进一步将其划分为四个功能各异的亚群：FB1（与细胞外基质合成相关）、FB2（高表达炎症相关基因）、FB3（与肌肉发育相关）和FB4（高表达应激反应基因）。比较分析发现，在衰老皮肤中，FB2亚群的比例显著高于年轻皮肤。FB2亚群的特征是富含衰老相关分泌表型（Senescence-Associated Secretory Phenotype, SASP）相关基因，提示这个促炎性亚群的扩增可能与皮肤衰老的炎症微环境形成密切相关。

空间转录组学验证FB2亚群在衰老皮肤真皮中的空间定位

单细胞测序技术虽然能精细区分细胞亚群，但会丢失细胞在原始组织中的位置信息。为了解决这一问题，研究人员运用了空间转录组学技术。结果证实，FB2亚群特异性地定位于真皮层，并且在衰老皮肤的真皮组织中，FB2特征基因的表达信号显著增强，这与scRNA-seq发现的FB2亚群比例增加的结果相互印证，从空间层面确认了FB2亚群在衰老皮肤中的积累。

筛选并验证SERPINE1作为FB2亚群的关键调控因子

接下来，研究人员着手寻找驱动FB2亚群在衰老中扩增的关键分子。他们通过差异表达分析和基因调控网络分析，筛选出在FB2亚群中特异性高表达且可能起核心调控作用的基因。丝氨酸蛋白酶抑制剂E1（Serpin Family E Member 1, SERPINE1）脱颖而出。实验验证显示，SERPINE1的mRNA和蛋白水平在衰老皮肤的成纤维细胞中均显著上调，并且与FB2亚群的标志物共定位。体外细胞实验进一步表明，过表达SERPINE1能够诱导正常人真皮成纤维细胞（Normal Human Dermal Fibroblasts, NHDFs）出现衰老样表型，并促进炎症因子如白细胞介素6（Interleukin-6, IL-6）和IL-8的分泌。

机制探究：SERPINE1通过激活p53信号通路诱导细胞衰老

为了阐明SERPINE1发挥作用的下游机制，研究人员分析了SERPINE1过表达后NHDFs的转录组变化。基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis, GSEA）表明，p53信号通路被显著激活。后续的分子生物学实验证实，SERPINE1的上调确实导致了p53蛋白水平的增加及其下游靶基因的表达。而当使用p53的特异性抑制剂时，SERPINE1过表达所诱导的细胞衰老和炎症因子分泌现象被显著削弱。这证明SERPINE1主要是通过激活p53信号通路来发挥其促衰老作用的。

细胞间通讯分析揭示FB2亚群通过SERPINE1影响微环境

最后，研究人员利用细胞间通讯分析软件，模拟了FB2亚群与其他皮肤细胞类型的相互作用。发现FB2亚群可能通过其高表达的SERPINE1等分子，与周围的角质形成细胞、免疫细胞等发生广泛的通讯，从而潜在地影响整个皮肤微环境的稳态，加剧衰老相关病理变化。

综上所述，本研究通过整合多组学技术，系统描绘了皮肤衰老过程中成纤维细胞的动态变化图谱。研究结论主要包括：首先，衰老皮肤中的成纤维细胞存在明显的异质性改变，其中具有促炎特征的FB2亚群显著扩增。其次，SERPINE1被鉴定为FB2亚群的关键标志物和功能调控因子。第三，SERPINE1通过激活p53信号通路，诱导成纤维细胞衰老和炎症反应。这些发现不仅深化了对皮肤衰老细胞和分子基础的理解，将衰老的表型与特定的细胞亚群和关键分子联系起来，而且为未来开发针对SERPINE1/p53轴的新型抗皮肤衰老策略提供了重要的理论依据和潜在的干预靶点。该研究标志着皮肤衰老研究从组织水平向单细胞精度和空间定位的深化，具有重要的科学意义和潜在的应用前景。