粒细胞集落刺激因子促进无疤组织再生

Granulocyte colony stimulating factor promotes scarless tissue regeneration.

作者信息Jianhe Huang, Satish Sati, Christina Murphy, Casey A Spencer, Emmanuel Rapp, Stephen M Prouty, Scott Korte, Olivia Ahart, Emily Sheng, Parker Jones, Anna E Kersh, Denis Leung, Thomas H Leung
PMID39306847
期刊Cell Rep
发布时间2024-10-22
DOI10.1016/j.celrep.2024.114742

实验完整度

包含体外细胞实验、三种皮肤损伤模型、基因敲除小鼠、单细胞RNA测序、蛋白质组学分析及功能验证和机制研究。

主要模型

小鼠耳洞闭合模型 小鼠背部皮肤 wounds 模型 小鼠伤口诱导毛囊新生模型 骨髓来源单核细胞

重点核对

CXCR2基因敲除小鼠 G-CSF重组蛋白或血浆注射剂量和时间 巨噬细胞极化标志物检测 NETs形成相关检测 单细胞RNA测序数据分析

摘要

Mammals typically heal with fibrotic scars, and treatments to regenerate human skin and hair without a scar remain elusive. We discovered that mice lacking C-X-C motif chemokine receptor 2 (CXCR2 knockout [KO]) displayed robust and complete tissue regeneration across three different injury models: skin, hair follicle, and cartilage. Remarkably, wild-type mice receiving plasma from CXCR2 KO mice through parabiosis or injections healed wounds scarlessly. A comparison of circulating proteins using multiplex ELISA revealed a 24-fold higher plasma level of granulocyte colony stimulating factor (G-CSF) in CXCR2 KO blood. Local injections of G-CSF into wild-type (WT) mouse wound beds reduced scar formation and increased scarless tissue regeneration. G-CSF directly polarized macrophages into an anti-inflammatory phenotype, and both CXCR2 KO and G-CSF-treated mice recruited more anti-inflammatory macrophages into injured areas. Modulating macrophage activation states at early time points after injury promotes scarless tissue regeneration and may offer a therapeutic approach to improve healing of human skin wounds.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
免疫细胞如何调控皮肤无疤组织再生?
核心机制
CXCR2缺失导致循环G-CSF升高,G-CSF直接诱导巨噬细胞极化为抗炎表型,减少中性粒细胞招募和NETs形成,从而促进组织再生。
主要证据
基因敲除小鼠在三种皮肤损伤模型显示无疤愈合;血浆G-CSF水平升高;G-CSF注射减少瘢痕并促进毛囊再生;巨噬细胞表型分析显示抗炎标志物增加。
研究意义
G-CSF可作为促进人类皮肤创面无疤愈合的治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

模型建立与表型观察

验证CXCR2缺失在不同皮肤损伤模型中的愈合表型。

对CXCR2 KO和WT小鼠进行耳洞、背部伤口和WIHN模型,观察伤口闭合、组织学变化及毛囊再生。

2

细胞类型鉴定与表达分析

确定Cxcr2表达的主要细胞类型及免疫细胞亚群。

使用scRNA-seq分析WT和KO小鼠损伤后皮肤组织,鉴定细胞簇并注释;流式验证中性粒细胞招募。

3

机制探索:中性粒细胞与NETs

研究CXCR2对中性粒细胞活化和NETs形成的影响。

通过拟时序分析、免疫荧光检测NETs标志物(H3-Cit、MPO、NE)及PADI4 KO小鼠表型。

4

循环因子与G-CSF鉴定

鉴定CXCR2 KO小鼠血浆中促进再生的循环因子。

通过异种共生和Luminex分析发现G-CSF升高,并验证其必要性(抗体中和)和充分性(重组蛋白注射)。

5

巨噬细胞极化验证

验证G-CSF对巨噬细胞极化的影响。

体外处理骨髓来源单核细胞,进行bulk RNA-seq;体内检测巨噬细胞极化标志物。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
抗Arginase-1抗体Cell Signaling Technology93668
抗CD80抗体ProSci8679
抗组蛋白H3抗体Abcamab5103
抗MPO抗体R&D SystemsAF3667
抗MRC1抗体Cell Signaling Technology24595
抗F4/80抗体Cell Signaling Technology70076
抗COX2抗体Abcamab15191
抗iNOS抗体Cell Signaling Technology2982
抗G-CSFR抗体Biossbs-2574R
抗CD163抗体Cell Signaling Technology68922
抗Ly6G抗体BD Pharmingen551459
山羊抗兔IgG二抗 Alexa Fluor 488Thermo FisherA-11008
山羊抗大鼠IgG二抗 Alexa Fluor 647Thermo FisherA-21247
驴抗兔IgG二抗 Alexa Fluor 555Thermo FisherA-31572
Zombie Green细胞活力染料BioLegend423111
TruStain FcX抗小鼠CD16/32BioLegend101320
抗小鼠CD45抗体BioLegend103130
抗小鼠F4/80抗体BioLegend123149
抗小鼠CD11b抗体BioLegend101218
抗小鼠GR-1抗体BioLegend127617
小鼠G-CSF Quantikine ELISA试剂盒R&D SystemsMCS00
天狼星红染色剂Sigma-Aldrich365548
DeadEnd荧光TUNEL系统PromegaG3250
Chromium Next GEM单细胞3'试剂盒v3.110x Genomics1000268
磁珠偶联试剂盒Abcamab269890
Liberase TL研究级Roche5401020001
RPMI 1640培养基Gibco12633012
DNA酶IThermo Fisher Scientific12633012

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
小鼠品系、年龄、性别、CXCR2 KO及细胞特异性敲除小鼠构建
阅读提示:STAR Methods:Mice
耳洞闭合模型
耳洞直径、损伤工具、观察时间点、样本量
阅读提示:STAR Methods:Injury models - Ear hole closure
背部伤口模型
伤口大小、是否stented、愈合时间、组织学染色
阅读提示:STAR Methods:Injury models - Stented small back wounds
WIHN模型
创面面积、毛囊计数方法、血浆或G-CSF注射剂量与时间
阅读提示:STAR Methods:Injury models - Wound induced hair neogenesis
G-CSF处理
G-CSF浓度(50 μg/mL)、注射体积(100 μL)、注射方式(皮内)、连续注射天数
阅读提示:STAR Methods:Injury models - Wound induced hair neogenesis
巨噬细胞极化检测
免疫荧光标志物(CD80、COX2、CD163、MRC1、ARG1)、共染F4/80、定量方法
阅读提示:STAR Methods:Histology and immunohistochemistry
单细胞测序及分析
样本制备、消化条件、测序平台、数据分析参数(聚类分辨率)
阅读提示:STAR Methods:Single-cell gene RNA-Seq sequencing and analysis
流式细胞术
组织消化酶和浓度、抗体组合、门控策略
阅读提示:STAR Methods:Flow cytometry