《Journal of Genetics and Genomics》：Fibroblast-directed melanocyte recruitment via Cxcl12–Cxcr4 axis promotes post-inflammatory hyperpigmentation and skin barrier protection in zebrafish
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炎癥后色素沉著（PIH）的病理機制涉及黑色素細胞異常遷移，本研究通過斑馬魚模型發現成纖維細胞分泌CXCL12a招募黑色素細胞至炎癥部位，該過程不依賴免疫細胞，且AMD3100可抑制該信號軸從而治療PIH。研究揭示黑色素細胞在皮膚修復中具有抵御紫外線和微生物的雙重屏障作用，并證實CXCL12-CXCR4軸在PIH及瘢痕相關疾病中的治療潛力。
趙世正|李思|張晨宇良|唐錚|張敖|黃聰|程克凡|余濤|閆燕|文子龍
深圳北京大學-香港科技大學醫學中心生物醫學研究所，中國廣東省深圳市518036
摘要
炎癥后色素沉著（PIH）是一種常見的皮膚疾病，其特征是出現棕色或黑色的斑塊。它可以分為暫時性的，通常在6-12個月內消退；或者永久性的，持續多年。雖然PIH的發病機制通常與局部黑色素細胞的過度激活有關，但這種失調的精確細胞和分子基礎及其生理意義仍不清楚。通過使用乙酸誘導的斑馬魚模型，我們發現黑色素細胞的遷移是色素沉著的關鍵驅動因素。這一過程獨立于免疫細胞，而是由成纖維細胞驅動的，成纖維細胞分泌Cxcl12a通過Cxcl12a–Cxcr4a軸招募黑色素細胞。成纖維細胞的消除會不可逆地破壞黑色素細胞的分布模式，表明異常的成纖維細胞活動決定了PIH的持久性。被招募的黑色素細胞形成了雙重保護屏障，抵御紫外線引起的DNA損傷和微生物入侵。這一機制的轉化相關性在于，人類PIH相關疾病（如瘢痕疙瘩、痤瘡和特應性皮炎）的成纖維細胞中CXCL12表達上調。在治療方面，FDA批準的CXCR4拮抗劑AMD3100（Plerixafor）在我們的模型中能有效預防和治療PIH。我們的發現闡明了PIH中黑色素細胞招募的成纖維細胞介導機制，揭示了黑色素細胞在皮膚修復中的先前未被重視的保護功能，并提出了一種有前景的重新利用的治療策略。
引言
炎癥后色素沉著（PIH）是指皮膚在炎癥或損傷后出現色素沉著的情況，是從痤瘡到病理性瘢痕形成等多種疾病中的常見后遺癥（Chaowattanapanit等，2017；Markiewicz等，2022；Mar等，2024）。根據其持續時間，PIH可以分為暫時性的（通常在6-12個月內消退）或永久性的（持續多年甚至幾十年）（Lawrence等，2023）。PIH消退差異的潛在原因尚不完全清楚。值得注意的是，在某些病理情況下，如瘢痕疙瘩和其他色素沉著性瘢痕中，PIH不僅伴隨著過量的黑色素沉積，還伴隨著病變部位黑色素細胞密度的顯著增加（Wihastyoko等，2021；Shen等，2022；Shi等，2025）。這一觀察結果挑戰了傳統觀點，即PIH僅由駐留黑色素細胞的過度激活和黑色素合成增加引起（Chaowattanapanit等，2017；Markiewicz等，2022；Mar等，2024）。盡管某些炎癥介質（如前列腺素和白細胞介素）已知能增強黑色素細胞的酪氨酸酶活性并促進黑色素生成（Wang等，2023），但在色素沉著性瘢痕（如瘢痕疙瘩）中黑色素細胞積累的機制仍不清楚。鑒于成纖維細胞在瘢痕疙瘩發病機制中的作用，以及這些病變中黑色素細胞的異常聚集（Betalbet等，2020；Ekstein等，2021；Shen等，2022），這一知識空白尤為重要。因此，闡明黑色素細胞如何被招募到炎癥部位及其功能貢獻可能揭示PIH的治療靶點，尤其是在持續性和難治性情況下，如瘢痕疙瘩。
黑色素細胞起源于神經外胚層，具有樹突狀形態，廣泛分布于人體表皮和毛囊中。它們通過酪氨酸酶合成黑色素，并通過黑色素小體將黑色素轉移到皮膚表面的角質形成細胞上（Mort等，2015）。雖然黑色素細胞的經典功能是保護皮膚免受紫外線輻射，但越來越多的證據表明它們還具有更廣泛的組織特異性功能。例如，內耳的黑色素細胞通過分泌前列腺素D2來調節聽覺（Tachibana，1999；Zhang等，2012）。軟腦膜的黑色素細胞具有神經內分泌功能，通過分泌前列腺素D2來調節睡眠（Takeda等，2007）。據報道，黑色素細胞還分泌多種細胞因子，如IL-1、IL-3、IL-6、TNF-α和GM-CSF（Miniati等，2014），并且可以通過體外呈遞抗原來促進CD4+ T細胞的增殖（Le Poole等，1993）。這些發現突顯了黑色素細胞的功能多樣性。然而，黑色素細胞在病理反應或炎癥部位積聚時是否獲得非經典功能仍不清楚。
由于斑馬魚在體內成像、遺傳易操作性和黑色素細胞發育保守性方面的獨特優勢，它成為研究黑色素細胞發育和功能的理想模型。與哺乳動物類似（Cui等，2023），斑馬魚的黑色素細胞直接來源于神經嵴細胞或神經嵴衍生的黑色素干細胞（MSCs）（Budi等，2008）。許多參與哺乳動物黑色素細胞發育的關鍵轉錄因子（包括Sox10、Mitf、Pax3和Foxd3）和信號通路（包括WNT、BMP和EDB通路）在斑馬魚中也起著類似的作用（White等，2008）。這種保守性表明我們從斑馬魚中學到的知識可能適用于哺乳動物。
在這項研究中，我們使用乙酸誘導的損傷建立了斑馬魚的PIH模型，并結合人類患者單細胞RNA測序數據集、時間序列成像、基因操作、細胞特異性消除和RNA測序來研究色素沉著的機制和生理意義。我們證明了PIH的發病機制涉及黑色素細胞向炎癥部位的主動遷移，這一過程由成纖維細胞通過Cxcl12a–Cxcr4a信號軸調控。重要的是，對人類單細胞RNA測序數據的分析顯示，來自PIH相關疾�。ò：鄹泶�、痤瘡和特應性皮炎）患者的成纖維細胞中CXCL12表達上調，支持了這一機制的進化保守性。此外，通過靶向消除成纖維細胞，我們提供了證據表明早期破壞成纖維細胞功能不僅會阻礙黑色素細胞的招募，還可能導致長期的色素沉著模式缺陷，從而為永久性PIH的潛在起源提供了見解。我們還發現，被招募的黑色素細胞在皮膚傷口愈合和再生過程中提供了雙重保護，抵御紫外線引起的DNA損傷和微生物感染。最后，通過使用AMD3100進行藥理抑制，我們證實靶向Cxcl12–Cxcr4軸可以有效抑制黑色素細胞遷移并減輕色素沉著，突顯了其在PIH治療中的治療潛力。
部分摘要
乙酸腐蝕在斑馬魚中誘導類似PIH的病理變化
為了建立斑馬魚的炎癥后色素沉著（PIH）模型，我們評估了多種誘導損傷的方法來引入皮膚病變，包括磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）注射、大腸桿菌（E. coli）和海分枝桿菌（M. marinum）注射、珠子植入和酸腐蝕（Nguyen-Chi等，2014；Yan等，2014；Chen等，2018；Xiong等，2018）。病變在受精后2天（dpf）的胚胎中引入，這是胚胎發育的一個階段
討論
在這項研究中，我們建立了斑馬魚的PIH模型，并利用它來闡明控制黑色素細胞招募的分子機制及其生物學意義。我們還展示了AMD3100在預防和治療PIH方面的臨床潛力。
我們的研究表明，PIH在海分枝桿菌感染、珠子植入或乙酸暴露后發生，但在PBS注射或大腸桿菌注射后不會發生（圖1A和S1A），這表明PIH的發病機制
斑馬魚的飼養和品系
斑馬魚在28.5°C的溫度下，按照標準協議（Westerfield，2000）進行14小時光照/10小時黑暗的周期飼養。胚胎在自然產卵后收集，并在含有亞甲藍的卵水中（0.5× E2培養基）中飼養。使用的品系包括：AB野生型、runx1w84x突變體（Jin等，2012）、irf8hkz26突變體（Yu等，2017）、cebpαhkz7突變體（Dai等，2016）、cxcr4aum20突變體（Siekmann等，2009）、cxcl12aszy205突變體、cxcr4bszy206突變體
未引用的參考文獻
Barroso和Aguilera，2021；Betalbet和Blalock，2020；Cui和Man，2023；Eom和Parichy，2017；Kim和Kim，2024；Lamkanfi和Dixit，2014；Lawrence和Al Aboud，2023；Mar等，2024；Ramsey和McAlpine，2013；Trueb和Dias，2018；White和Zon，2008。
倫理聲明
所有動物實驗和程序均獲得了深圳北京大學-香港科技大學醫學中心和南方科技大學的實驗動物福利倫理委員會的批準。
數據可用性
原始RNA-seq數據存儲在中國國家生物信息中心的Big Sub數據庫中，訪問號為PRJCA058297，以及Gene Expression Omnibus數據庫中，訪問號為GSE302529。論文中得出結論所需的所有數據都包含在論文和/或補充材料中，可以根據合理請求向作者索取。
作者貢獻聲明
趙世正：概念構思、數據管理、正式分析、資金獲取、初稿撰寫。李思、張晨宇良、唐錚：數據管理、正式分析。張敖、黃聰、程克凡：驗證、可視化。余濤、閆燕：監督。文子龍：概念構思、監督、資金獲取、撰寫 - 審稿與編輯。利益沖突
作者聲明沒有競爭利益。
致謝
我們感謝復旦大學公共衛生臨床中心的顏波博士分享海分枝桿菌；感謝華南理工大學的王強博士慷慨提供未發表的cxcl12aszy205和cxcr4bszy206突變斑馬魚品系；感謝卡爾加里大學阿爾伯塔兒童醫院研究所的黃鵬博士分享TgBAC(col1a2:Gal4;UAS:NTR-mCherry)轉基因品系。本工作得到了
