单细胞转录组图谱揭示猪皮肤从胚胎发育到衰老的细胞异质性及进化保守性

本研究通过构建涵盖10个发育阶段的猪皮肤单细胞转录组图谱（443,529个细胞），系统解析了皮肤细胞从胚胎期（E56）到老年期（Y7）的动态变化规律。研究发现成纤维细胞（FBs）通过COL1A1-(ITGA1+ITGB1)和MDK-SDC1信号通路调控皮肤衰老，转录因子EGR1调控胶原相关基因（DPT、COL12A1、COL5A2）表达。该研究证实猪是研究人类皮肤生理的理想模型，为皮肤发育和衰老机制研究提供了重要资源。

　　

皮肤作为人体最大的器官，其复杂的细胞组成和动态变化一直是发育生物学和再生医学的研究热点。尽管先前研究已对人类和小鼠皮肤进行了单细胞水平解析，但跨越整个生命周期（从胚胎到衰老）的系统性研究仍存在空白。Chenghua（CH）猪因其皮肤厚度（8.5mm）和胶原含量（58.6 g/cm²）显著高于普通白猪，成为研究人类皮肤生理的理想模型。这项发表在《BMC Biology》的研究，通过构建迄今最完整的猪皮肤单细胞转录组图谱，揭示了皮肤细胞从胚胎发育到衰老的动态演变规律。

研究团队采用DNBSEQ-T7平台对10个发育阶段（E56至Y7）的CH猪皮肤进行单细胞RNA测序，经质控获得443,529个高质量细胞。通过Harmony算法整合数据，Seurat进行聚类分析，结合SCENIC构建转录调控网络，CellChat解析细胞间通讯。样本来自成都畜禽遗传资源保护中心，每个时间点包含3个生物学重复。

研究结果主要包括：

1. 1.

   细胞组成动态变化：鉴定出8种主要皮肤细胞类型，其中成纤维细胞（FBs）占比最高（51.4%）。胚胎期以FBs和间充质干细胞（MSCs）为主，出生后平滑肌细胞（SMCs）和内皮细胞（ECs）增加，衰老期（Y7）伴随FB功能失调出现显著真皮变薄。

2. 2.

   胚胎发育轨迹：通过Monocle3分析揭示MSCs和FBs具有共同祖细胞，在胚胎后期分化为SMCs。伪时序分析发现两个关键分支点：第一个决定FB与SMC谱系分化，第二个导致角质形成细胞（KCs）、神经细胞（NCs）等特化细胞产生。

3. 3.

   免疫细胞特征：树突状细胞（DCs）和T细胞（TCs）在围产期数量显著减少。DCs主要利用SPP1信号通路，TCs通过TGF-β通路调控皮肤免疫。细胞毒性NKT细胞在快速生长期（D90）达到峰值。

4. 4.

   FB亚群功能：发现5个FB亚群，包括新型AUTS2+亚型（具有神经调节功能）。衰老期网状FB减少，COL1A1-(ITGA1+ITGB1)信号减弱，而MDK-SDC1相互作用增强。转录因子EGR1通过调控胶原相关基因（DPT、COL12A1、COL5A2）影响皮肤发育。

5. 5.

   跨物种保守性：通过整合人、鼠数据证实皮肤细胞类型和FB功能基因（如ECM沉积相关基因）具有进化保守性。尽管存在物种特异性差异，但核心衰老特征如ECM降解和炎症反应在三个物种中高度一致。

这项研究首次绘制了哺乳动物皮肤全生命周期单细胞图谱，揭示了FB亚群在皮肤稳态维持中的核心作用。发现EGR1介导的转录调控网络和COL1A1-(ITGA1+ITGB1)信号衰减是皮肤衰老的关键机制。研究不仅验证了猪模型在人类皮肤研究中的价值，还为开发抗衰老干预策略提供了新靶点。特别值得注意的是，发现的AUTS2+ FB亚群为理解皮肤神经-免疫互作开辟了新视角，而围产期免疫细胞动态变化现象为母婴免疫研究提供了新线索。这些发现对皮肤再生医学和异种移植研究具有重要指导意义。