大西洋刺鲨皮肤创伤愈合

《Scientific Reports》:Wound healing in Atlantic spiny dogfish sharks

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月10日 来源:Scientific Reports 4.9

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  野外观察与有限实验研究表明,板鳃鱼类(elasmobranchs)可修复较大皮肤损伤,但大西洋刺鲨(Atlantic spiny dogfish,Squalus acanthias)创伤愈合的时间过程和细胞组成仍缺乏表征。研究人员在20尾雌性大西洋刺鲨中使用标

  
野外观察与有限实验研究表明,板鳃鱼类(elasmobranchs)可修复较大皮肤损伤,但大西洋刺鲨(Atlantic spiny dogfish,Squalus acanthias)创伤愈合的时间过程和细胞组成仍缺乏表征。研究人员在20尾雌性大西洋刺鲨中使用标准化全层皮肤创面,通过连续摄影监测35天、在既定损伤后时间点进行组织学分析,以及对完整与损伤皮肤进行混合单核RNA测序(single-nucleus RNA sequencing,snRNA-seq)。所有受检创床在第1天已被连续新生上皮层覆盖,而宏观创面面积在35天内渐进缩小,修复表面始终未见真皮小齿(dermal denticles)。组织学显示新生表皮成熟、基底膜重建、胶原沉积及肉芽组织化,表明上皮覆盖先于正常皮肤结构恢复。单核RNA测序鉴定出上皮、基质、血管、色素、神经和免疫细胞群;完整皮肤中即检出T细胞与B细胞,其相对丰度及多种白细胞群在第1天升高、第14天普遍回落。因样本按时间点混合,这些转录组变化仅为描述性结果。上述发现刻画了该物种“快速早期再上皮化—较慢后期组织重塑”的进程,并为板鳃鱼类皮肤修复的比较研究奠定基础。
研究背景方面,难愈性创面是重要的医学负担,哺乳动物模型难以充分揭示无瘢痕修复机制。系统比较具有特殊修复能力的系统有助于发现保守或替代性修复通路。板鳃鱼类终生面临交配撕咬、捕食、渔具缠绕和船撞等皮肤创伤,野外观察显示黑鳍礁鲨和鲸鲨可修复严重损伤,但鲨鱼皮肤修复并非总快速完整,异物留存、坏死、感染与应激均可导致发病甚至死亡。鲨鱼皮肤表面被真皮来源的向后突出的真皮小齿覆盖,其再生缓慢;同时鲨鱼是具有体细胞重排抗原受体的早期颌类脊椎动物,拥有IgM、IgW及仅含重链的IgNAR等适应性免疫成分,但皮肤创伤修复中淋巴细胞组成与动态几乎未知。大西洋刺鲨可在14°C流水系统中饲养,体型适合标准化全层打孔伤、连续摄影及组学取样,因此研究人员以此建立纵向皮肤修复模型,表征其时间学与细胞学特征,为比较脊椎动物修复提供基线。
该论文发表于《Scientific Reports》。
主要关键技术方法中,研究人员使用2022年自美国马萨诸塞州查塔姆商业钓获的20尾雌性大西洋刺鲨,在14°C天然海水流通系统中驯养1周;第0天用4 mm打孔器取全层皮肤作为完整基线样本并形成120个创面,第1、14、35天用6 mm打孔器取含创面及周缘组织样本并缝合;宏观愈合用iPhone摄影与ImageJ描迹测算面积;组织学用H&E、Masson三色(MT)、PAS–AB与Gram染色观察再上皮化、胶原与黏液;单核RNA测序按时间点混池分离细胞核,用10× Genomics建库、比对至GCA_030390025.1参考基因组,经CellBender去除环境RNA、Scanpy质控、Harmony整合与UMAP聚类注释;另用已发表斑马鱼皮肤单细胞元数据做比较细胞比例分析,Day 35池未过质控被剔除。
研究结果如下。
项目概述:通过连续摄影、组织学与snRNA-seq整合设计,监测20尾鱼、120个创面的愈合速度、组织修复与细胞组成变化。
完整皮肤组织学:表皮与真皮被向后指向的真皮小齿覆盖;PAS–AB显示顶端薄黏液层及表皮内黏蛋白分泌细胞(mucin secretory cells,MSC);证实刺鲨皮肤具上皮、I型胶原、真皮小齿与薄黏液层等混合特征。
损伤皮肤组织学:第1天所有样本创床已被迁移角质形成细胞(keratinocytes)形成的新表皮覆盖,细胞沿薄胶原层迁移,红细胞与异嗜性粒细胞(heterophils)见于纤维蛋白凝块,基底膜在创床下方缺如、侧缘可见,革兰染色未见细菌;第14天新表皮增厚并分层,基底膜开始重建,MT见胶原与纤维蛋白层,PAS黏液信号增强;第35天表皮增生、真皮致密胶原沉积呈成熟瘢痕样,白细胞外渗持续,真皮小齿仍缺失,提示上皮覆盖远快于正常皮肤附件与微小结构恢复。
单核RNA测序——愈合中细胞类型动态:完整皮肤以上皮细胞最多,其次为胶原产生细胞与黏液细胞,T细胞丰度高于内皮细胞,还存在肥大细胞与未定义白细胞,显示皮肤免疫富集;骨骼肌细胞多因打孔深达肌肉,并见两群黑素细胞与小软骨相关簇。损伤后第1天B细胞、T细胞及未分类白细胞比例陡升,红细胞增多、上皮细胞下降,第14天多数免疫细胞回近基线;胶原产生细胞与成纤维细胞参与重塑,黏液细胞至第14天仍偏低,骨骼肌细胞减少超50%且未恢复,两类神经细胞先降后回,提示神经伴随修复;巨噬细胞未检出,可能与标记分辨率或鲨类髓样细胞替代有关。与斑马鱼相比,刺鲨黏液细胞较少而常驻T、B细胞更突出,但跨物种比较受方法与注释差异限制。
讨论部分总结:研究人员指出,24小时再上皮化速度快于冷水辐鳍鱼如鲑类约3天的进程,接近温水斑马鱼,说明冷水板鳃可能具备耐冷的上皮迁移或免疫—上皮对话机制;早期黏液细胞出现支持抗菌与屏障功能优先。第1天适应性淋巴细胞与其他白细胞迅速扩增、第14天回落,不同于哺乳动物与鲑类延迟的淋巴反应,反映海洋环境对快速免疫动员的选择压力;IgNAR等体液成分可能参与创面防御,但本研究未做免疫球蛋白转录或蛋白水平验证。巨噬细胞缺失不代表其功能不存在。神经群第14天恢复提示周围神经再生与上皮、血管修复协同。黏液细胞滞后恢复说明物理封闭与免疫就绪优先于分泌功能重建。作者也强调混池snRNA-seq、固定时间点、野生鱼养殖应激、约半数基因未功能注释等限制,使结论应保持描述性与探索性。
结论部分翻译:本研究首次刻画大西洋刺鲨皮肤细胞组成及创伤愈合中的形态学变化,也是首次将广泛组织学与snRNA-seq用于鲨鱼创面愈合。研究显示再上皮化在24小时内发生,速度可与斑马鱼等温水种相比,并明显快于鲑类等冷水硬骨鱼;虽瘢痕成熟可能超出35天观察窗,但数据表明其早期反应结构清晰且迅速。与硬骨鱼相比,刺鲨皮肤黏蛋白产生细胞更少,但T细胞与B细胞基线丰度更高;这些淋巴细胞在伤后第1天显著扩增,并伴有其他白细胞大量浸润,提示快速而强烈的免疫激活。综上,板鳃皮肤具有耐冷再上皮化与早期适应性免疫参与等特征,可为比较免疫学与再生生物学提供重要见解。
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