Rac1蛋白调控表皮干细胞促进创面愈合及其机制初探

Epidermal stem cell (ESC) could leave the specified microenvironment (niche) and migrate towards wound margin, therefore repair the skin defect. However, the regulatory mechanisms of their migration and differentiation are still unclear. Our previous studies found that Rac1 can regulate the migration of ESC by effecting on cell adhesion and spreading, and hence enhance the monolayer cellular wound healing. These results are consistent with other people's work, which confirms that activated Rac1 plays an important role in cytoskeleton rearrangement and cell migration. Besides, calcium is the most important regulatory ion in cytoskeleton rearrangement. Therefore, we presume that Rac1could induce ESC migration by regulating their cytoskeleton through calcium channel, and therefore promote wound healing. In order to confirm this presumption, we induced either the dominant negative isoform or constitutively active mutant of human Rac1 in ESC using lentivirus infection. Alterations on proliferation, differentiation and migration will be detected in Rac1 mutant-expressing ESC. Epidermis regeneration on 3D skin equivalent and mouse model will also be observed. Finally, we experiment in vivo on the regulatory mechanism of Rac1 during wound healing. This study will help to clarify mechanism of wound repair, and will provide new treatment approaches for trauma.

表皮干细胞（ESC）离开其特定微环境（niche）、向创缘迁移是皮肤损伤修复的关键，但其迁移和愈合创面的调控机制尚不清楚。我们前期研究发现，Rac1蛋白可通过影响ESC粘附及延展能力来调控其迁移，从而影响单层培养细胞愈合创面的能力。文献证实，Rac1蛋白主要通过调节以肌动蛋白为主的细胞骨架重排来促进细胞迁移，而钙离子是细胞骨架调节最重要的离子信号。因此我们推测，Rac1蛋白可能通过钙离子通道调节细胞骨架，促使ESCs迁移离开niche，进而诱导其分化、促进创面愈合。本研究拟使用慢病毒转染法在ESC中表达Rac1突变体蛋白，观察Rac1活性改变对ESC迁移和分化的影响，并采用三维离体皮肤模型及在体动物实验分析创面愈合进程的变化，明确创伤后Rac1蛋白调控ESC参与创面愈合的机理，并初步探讨其下游钙离子通道及细胞骨架调节机制，为临床治疗奠定基础。

表皮干细胞（ESC）离开其特定微环境（niche）、向创缘迁移是皮肤损伤修复的关键，但其迁移和愈合创面的调控机制尚不清楚。而Rac1蛋白，作为细胞骨架调节蛋白，对表皮细胞的层形伪足形成和方向性运动具有中心调节作用。因此，结合前期研究结果，本研究使用慢病毒转染法在ESC中表达Rac1突变体蛋白，观察Rac1活性改变对ESC迁移和分化的影响，并采用三维离体皮肤模型及在体动物实验分析创面愈合进程的变化。通过研究，基本明确了Rac1蛋白对ESC的增殖和迁移具有正相关性调节作用，对ESC的分化具有负相关性调节作用，Rac1蛋白可通过调控ESC的这些功能而在皮肤创面愈合进程中发挥作用，抑制Rac1蛋白表达可显著抑制小鼠皮肤创面的愈合。该结果为加速皮肤创面修复提供了理论基础，为临床治疗奠定基础。此外，线粒体功能，在干细胞的分化与增殖及相关疾病研究中具有非常重要作用，因此，本研究对线粒体相关蛋白TFAM对ESC的调控作用进行了研究。研究发现，线粒体相关蛋白TFAM有利于维持ESC的生物学特征，避免分化事件的发生，延长其寿命，从而可能在创面愈合过程中发挥作用。最后，在对创面愈合后瘢痕形成的研究中本研究发现，miR-21 可能是创面愈合后、增生性瘢痕预防和治疗的一个潜在的治疗靶点。综上，本研究对于创面及其后瘢痕形成的作用过程和机理，进行了探讨，研究结果将对揭示干细胞进行组织再生与修复规律、进一步完善创面愈合的基础理论以及指导临床应用、提高创伤早期治愈率具有重要的指导意义。