皮膚是機體衰老過程中最先出現衰老表徵的組織之一。皮膚的衰老伴隨其屏障和防禦功能的降低以及皮膚衰老相關疾病發病率的升高。由於皮膚的細胞組成具有高度異質性，傳統技術難以精確揭示皮膚衰老過程中不同細胞類型的變化規律和分子機制。
北京時間2020年11月25日凌晨0時，中國科學院動物研究所劉光慧研究組、曲靜研究組與中國科學院北京基因組研究所張維綺研究組合作，在Developmental Cell雜誌在線發表題為「A single-cell transcriptomic atlas of human skin aging」的研究論文。
該研究系統地繪製了人皮膚衰老的高通量單細胞轉錄圖譜，發現了增齡伴隨的生長控制轉錄因子的表達下調是人類皮膚衰老的驅動因素。
在該項研究中，研究人員分別獲取了年輕、中年和年老人眼瞼皮膚樣品。通過組織染色分析，發現了包括表皮厚度、真皮膠原密度的降低等一系列增齡性變化。為進一步明確人皮膚衰老過程中的細胞和分子水平的改變，研究人員利用單細胞轉錄組學測序技術繪製了不同年齡段的多種皮膚細胞類型（包括表皮基底細胞、有棘細胞、顆粒細胞、黑色素細胞、真皮細胞等）的基因表達圖譜。
分析表明，富含表皮幹細胞的表皮基底細胞具有較高的異質性並可被分為6個細胞亞群。此外，中年組與老年組的皮膚相較於年輕組具有更為相似的轉錄組特徵，提示眼部皮膚在中年時期已經發生顯著的衰老相關基因表達變化。
進一步的研究顯示，相比於年輕個體，年老個體皮膚組織表現出炎症反應的增加和上皮維持能力的降低。由於眼瞼皮膚處於日常陽光的照射下，多種衰老皮膚細胞的基因表達特徵呈現DNA修復能力的降低以及生物大分子損傷的增加，表明光損傷和慢性炎症可能是眼部皮膚衰老的重要誘因。
研究人員還發現表皮基底細胞中的KLF6和真皮成纖維細胞中的HES1這兩種生長控制轉錄因子的下調是引發皮膚衰老的驅動力。在人原代表皮角化細胞和原代真皮成纖維細胞中分別敲低KLF6和HES1可加速細胞衰老，而在衰老的人原代真皮成纖維細胞中激活HES1則可延緩細胞衰老，提示了HES1可能具有幹預皮膚衰老的活性。最後，研究人員發現天然化合物槲皮素能夠延緩人真皮成纖維細胞衰老，為幹預皮膚衰老提供了新策略。
該研究在國際上首次報導了人類眼部皮膚衰老的單細胞轉錄組圖譜，系統地解析了人類皮膚中多種細胞類型的衰老規律，揭示了發育相關轉錄因子表達下調、細胞自我更新能力降低、以及慢性炎症是皮膚衰老的主要特徵，並且發現了延緩皮膚衰老、防治衰老相關皮膚疾病的潛在途徑。
相關數據已上傳至衰老多組學資料庫Aging Atlas:
https://bigd.big.ac.cn/aging/landscape?project=Human_Skin
圖. 人皮膚衰老的單細胞轉錄組圖譜研究
該研究由中國科學院動物研究所、中國科學院幹細胞與再生醫學創新研究院、中國科學院北京基因組研究所、首都醫科大學宣武醫院、北京協和醫院、北京生命科學研究所等機構合作完成。
中國科學院動物研究所博士研究生鄒治然、北京協和醫院主任醫師龍笑、首都醫科大學宣武醫院助理研究員趙倩、中國科學院動物研究所碩士研究生鄭彥東、宋默識研究員為並列第一作者。中國科學院動物研究所劉光慧研究員、曲靜研究員、中國科學院北京基因組研究所張維綺研究員為共同通訊作者。北京協和醫院龍笑主任醫師、中國科學院動物研究所宋默識研究員、王思副研究員、馬帥助理研究員為共同高級作者。
研究受到宣武醫院陳彪教授、北京生命科學研究所陳婷研究員、中南大學湘雅醫院李吉教授、中國科學院上海營養與健康研究所張亮研究員、北京大學湯富酬教授、浙江大學郭國驥教授的指導與支持。研究獲國家科技部、國家自然科學基金委、中國科學院和北京市等項目資助。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.11.002
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