二甲雙胍經提高皮膚來源干細胞的增殖活性促進機械牽張誘導的皮膚再生
皮膚擴張術作為機械牽張誘導皮膚再生的有效方法，雖在臨床皮膚缺損修復和器官重建中常用，但皮膚再生能力有限，需要新方法提升其臨床應用效果。機械牽張中細胞增殖、膠原合成等生物學行為影響皮膚再生。以往研究顯示干細胞療法有效，而皮膚源性的表皮干細胞和毛囊 bulge 干細胞也可能起關鍵作用。毛囊 bulge 干細胞移植可通過分化增強機械牽張過程中的皮膚再生。但體外干細胞直接應用困難，因此找到能正向調節相關生物學行為并激活表皮干細胞或毛囊 bulge 干細胞的藥物療法，可能有助于經機械牽張皮膚的再生。
有研究顯示二甲雙胍局部應用利于組織再生、傷口修復，能促進血管生成、激活毛囊 bulge 干細胞、增加膠原沉積和再上皮化，而機械牽張過程涉及損傷與修復，因此局部用二甲雙胍可能改善機械牽張誘導的皮膚再生。
基于此，第四軍醫大學西京醫院整形外科的研究團隊探究二甲雙胍對機械牽張皮膚再生的促進作用，通過構建大鼠頭皮擴張模型，觀察其影響并重點關注表皮干細胞和毛囊 bulge 干細胞的變化。研究成果發表在Frontiers in medicine期刊，題為“Metformin Promotes Mechanical Stretch-Induced Skin Regeneration by Improving the Proliferative Activity of Skin-Derived Stem Cells”。
首先，研究人員通過蘇木精 - 伊紅染色及統計分析發現，二甲雙胍處理組經機械牽張的皮膚，其表皮細胞層數增加、基底層細胞排列緊密，真皮中毛囊數量多，且皮膚整體厚度增加，其中表皮和真皮厚度均顯著大于對照組（圖 1），表明二甲雙胍能增強機械牽張后的皮膚增厚。
圖 1 機械牽張皮膚厚度的測量
接下來，研究人員通過多種方法檢測機械牽張后真皮的膠原情況（圖 2A），發現二甲雙胍處理組的膠原容積分數顯著高于對照組（圖 2B），I 型和 III 型膠原表達顯著增加（圖 2C、D），新合成膠原更多（圖 3A），且膠原原纖維排列更均勻、無扭曲，而對照組膠原原纖維多斷裂、紊亂（圖 3B）。這表明二甲雙胍能增加真皮膠原沉積并改善其排列。
圖2 膠原蛋白合成的評估
圖3 真皮膠原原纖維的天狼星紅染色及超微結構分析
隨后，研究人員通過檢測多種細胞增殖標志物，探究二甲雙胍對細胞增殖的影響。結果顯示，二甲雙胍處理組中，Ki67 陽性細胞比例顯著高于對照組。細胞分裂周期不同階段的增殖標志物PCNA（圖 4A、B）、Aurora B（圖 4E、F）、pH3（圖 4I、J）的陽性細胞數量在表皮和真皮中均多于對照組 ，且這些增殖細胞主要位于表皮基底層和毛囊外根鞘；同時，western blot 結果也證實 PCNA（圖 4C、D）、Aurora B（圖 4G、H）和 pH3（圖 4K、L）的蛋白水平均顯著升高 。這表明二甲雙胍能促進細胞增殖。
圖4 機械牽張皮膚中的細胞增殖
接著，研究人員通過體內微血管血流檢測和 CD31 免疫組織化學染色，探究二甲雙胍對皮膚血流及血管數量的影響。結果顯示，二甲雙胍處理組的微血管血流量顯著高于對照組（圖 5A、B），且經機械牽張的皮膚移植物中血管數量增加（圖 5C），該組每視野的 CD31 陽性血管數量也顯著多于對照組（圖6）。這表明二甲雙胍能增加皮膚的血流量和血管數量。
圖 5 微循環血流的檢測
圖6 機械牽張皮膚中 CD31 的 IHC 染色
最后，為確定參與皮膚再生的細胞類型，研究人員對PCNA與 CK14 或 CK15 進行了雙重免疫熒光染色。結果顯示，二甲雙胍處理組中，機械牽張表皮基底層的 CK14+/PCNA+ 細胞數量及毛囊外鞘的 CK15+/PCNA+ 細胞數量均顯著多于對照組圖 （7A、B），且該組中 CK14 和 CK15 的表達也上調（圖 7C、D）。這表明二甲雙胍能增強皮膚來源干細胞的增殖能力。
圖 7 機械牽張皮膚的免疫熒光染色
綜上所述，該研究發現局部應用二甲雙胍可增強機械牽張皮膚的再生能力，這可能與膠原合成增強、血管生成及皮膚來源干細胞增殖有關。這些發現或許能為促進機械牽張誘導的皮膚再生提供一種有價值的替代策略。
參考文獻：Xiong S, Liu W, Song Y, Du J, Wang T, Zhang Y, Huang Z, He Q, Dong C, Yu Z, Ma X. Metformin Promotes Mechanical Stretch-Induced Skin Regeneration by Improving the Proliferative Activity of Skin-Derived Stem Cells. Front Med (Lausanne). 2022 May 24;9:813917. doi: 10.3389/fmed.2022.813917. PMID: 35685420; PMCID: PMC9170926.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35685420/
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