《Seminars in Cell & Developmental Biology》：Decoding cutaneous injury-induced inflammation through single-cell RNA sequencing
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摘要组织修复需要细胞状态的快速转变以及组织驻留细胞与浸润免疫细胞之间强健的细胞通讯。损伤后，炎症的幅度和时间调节必须有效协调，以支持随后的组织修复。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术和计算数据分析方法已生成关于调控炎症的细胞状态和通讯的预测，从而促进伤口愈合。以皮肤作
摘要
组织修复需要细胞状态的快速转变以及组织驻留细胞与浸润免疫细胞之间强健的细胞通讯。损伤后，炎症的幅度和时间调节必须有效协调，以支持随后的组织修复。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术和计算数据分析方法已生成关于调控炎症的细胞状态和通讯的预测，从而促进伤口愈合。以皮肤作为临床相关模型，我们讨论了scRNA-seq如何推进我们对损伤后调控炎症机制的理解。在本综述中，我们详细描述用于鉴定小鼠和人类皮肤中不同细胞群体的经验证的标志物，并讨论了scRNA-seq如何加深我们对急性伤口愈合过程中调控炎症机制的理解。我们进一步描述了从糖尿病和衰老等与功能障碍性炎症和伤口愈合延迟相关的病理条件下产生的scRNA-seq数据中获得的见解。未来对这些计算预测的验证以及克服与单细胞转录组学相关的局限性，将为这项增加了科学发现深度和速度的技术提供更大的临床相关性。
引言
皮肤由两个主要层次组成：浅表表皮和深层真皮。表皮主要由角质形成细胞、黑色素细胞和免疫细胞组成[1]。角质形成细胞产生保护身体免受环境病原体和其他有害物质的屏障[2]、[3]、[4]。表皮由四层组成。从浅表到深层，这些层包括角质层、颗粒层、棘层和基底层（图1，图2）[1]。真皮由许多细胞外基质（ECM）成分、血管、神经、感觉受体和众多不同的细胞群体组成，包括成纤维细胞、免疫细胞和脂肪细胞[1]、[2]、[4]、[5]。从浅表到深层，真皮分为乳头状真皮、网状真皮和皮下组织（图1，图2）[4]、[6]。大多数表征细胞异质性的研究都集中在人类和小鼠皮肤上，它们具有保守和不同的解剖学特征。嵌套在小鼠和人类真皮中的是皮脂腺单位，即带有相关皮脂腺的毛囊[1]、[2]。然而，只有人类皮肤在其有毛区域含有汗腺或外分泌腺（图2）[1]。此外，含有真皮白色脂肪组织（DWAT）的皮下组织在小鼠和人类之间存在结构差异[1]、[7]。在小鼠中，腹直肌层，然后是一层筋膜，位于DWAT下方（图1）[6]。相反，在人类中，DWAT转变为皮下白色脂肪组织（SWAT），分离DWAT和SWAT的筋膜层缺失或不明显（图2）[8]。
皮肤不断受到来自外部环境压力的影响。当发生损伤时，会有一个迅速协调的响应，经历四个不同阶段：止血、炎症、增殖和重塑。这些阶段在时间上重叠，愈合的进展取决于前序阶段的激活和消退。止血防止损伤后立即失血，并紧跟着炎症[2]、[9]。炎症与促炎免疫细胞的大量涌入相关，这些细胞清除细胞碎片和病原体[2]、[10]、[11]、[12]、[13]。随着炎症消退，增殖阶段通过伤口床的再上皮化和新真皮组织的形成来支持伤口闭合[2]、[14]、[15]。在重塑阶段，细胞密度过高的伤口床被修剪，细胞外基质被重新构建[16]、[17]、[18]、[19]。虽然增殖阶段是皮肤恢复其屏障功能的时候，重塑阶段是疤痕消退的核心，但炎症阶段的异常可导致愈合延迟或过度疤痕形成[2]、[4]。本综述将提供关于调控急性伤口愈合炎症阶段的核心细胞动力学的更深入了解。
单细胞RNA测序（scRNA-seq）使得可以使用特定的分子标志物和空间位置来鉴定不同的细胞类型和状态。重要的是，伤口愈合不依赖于单一的静态细胞类型，而是炎症状态和抗炎状态之间的转变，这强调了需要跨损伤后多个时间点的测序数据集[2]、[4]、[20]。在这里，我们描述了皮肤驻留细胞的具体转录标志物，因为鉴定和注释单细胞转录组簇对于分析和解释已发表的结果至关重要。我们还讨论了scRNA-seq如何支持发现调控急性皮肤伤口炎症阶段的细胞反应，因为炎症阶段的干扰会导致愈合延迟[21]、[22]。通过与空间和功能研究相结合，scRNA-seq贡献了关键见解，例如定义早期增殖和迁移角质形成细胞的转录谱和位置、单核细胞/巨噬细胞转录状态的多样性，以及成纤维细胞在介导巨噬细胞招募和分化中的功能作用。最后，我们回顾了具有功能障碍性炎症和伤口愈合障碍的疾病状态下scRNA-seq研究的发现。这些数据揭示了糖尿病足溃疡中富集的成纤维细胞和内皮细胞亚型，以及衰老皮肤中与衰老、ECM组织改变和慢性炎症相关的细胞类型特异性转录特征。
章节摘要
scRNA-seq数据集中皮肤驻留细胞的多样性与鉴定
过去10年来，该领域大幅增加了scRNA-seq的使用，并在基于独特表达的验证标志基因鉴定不同细胞群体方面取得了重大进展。在转录组数据中，稳健的皮肤细胞群体可以通过一般谱系标志物加以区分，大多数细胞是免疫细胞、上皮细胞（角质形成细胞）和成纤维细胞。这些主要群体基于其基因表达谱很容易识别。
伤口愈合阶段
皮肤不断暴露于外部侵害，可能导致感染、疤痕形成或慢性不愈合伤口。皮肤进化出了快速响应机制，通过四个重叠阶段修复屏障损伤。损伤后立即通过血小板激活快速止血以防止失血[2]、[9]。接下来，炎症阶段的特点是从循环中涌入的促炎免疫细胞，如中性粒细胞和单核细胞，以及……
单细胞转录组对急性损伤诱导炎症的见解
损伤后，细胞从稳态基线转变为炎症状态，然后随着炎症进展转变为炎症消退状态。这些状态变化是关键的分子开关，支持细胞通讯的快速转变以促进和抑制炎症[2]、[4]、[105]。单细胞转录组学使得能够探索炎症阶段发生的转录状态和轨迹。这在一定程度上是通过……
与疾病状态相关的功能障碍性炎症
大多数与愈合障碍相关的疾病表现出不规则的炎症。炎症不足和持续炎症都会延迟修复。中性粒细胞和强化炎症的促炎巨噬细胞的持续存在与未能启动增殖阶段的伤口相关[4]、[148]、[149]、[150]。在这里，我们讨论导致这种愈合缺乏的两个最常见研究原因：2型糖尿病和衰老[119]、[120]、[151]。
技术和报道的局限性
与scRNA测序技术相关的局限性有多个。从组织中分离单细胞悬液可诱导异常的基因表达并混淆下游分析[175]、[176]，并且当组织解离成单细胞悬液时会丢失空间背景[175]、[177]。这种背景可以通过采用空间转录组学来保留；然而，这些技术受测序深度、捕获尺寸面积的限制，并且在某些平台上缺乏……
结论
单细胞技术改进了急性伤口愈合过程中细胞群体的表征。现已明显看出，一些关键的细胞群体无法被标准scRNA-seq捕获，为这一研究领域的未来方向提供了许多机会。在这里，我们强调了与不同的皮肤细胞亚群相关且这些技术已鉴定的新异质性的标志物，以及它们预测和/或验证的对……的贡献
写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本文稿过程中，作者使用GPT版本5.5改进了文档的整体流畅性和可读性。对所有原始文献的解释都是作者自己的。在使用此工具/服务后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文报告工作的竞争经济利益或个人关系。
致谢
本工作部分得到了乔治·华盛顿大学给B.A.S的启动基金和国家卫生研究院给B.A.S的NIAMS拨款（AR082417）的支持。
Gabriel F. Batzli | Sarah S. Kleb | Stephenie H. Droll | Brett A. Shook
乔治·华盛顿大学医学与健康科学学院生物化学与分子医学系，华盛顿特区20052，美国
