【导读】

人类皮肤是一个复杂的结构，包含许多类型的细胞，如介导各种感觉反应的感觉神经元。感觉神经元参与神经系统疾病、免疫反应以及衰老和代谢的调节。特应性皮炎是一种由白细胞介素(IL-4/IL-13)驱动的慢性炎症性皮肤病，以剧烈瘙痒为特征。研究表明，瘙痒感觉神经元可以被IL-4、IL-13这两种细胞因子直接激活，提示瘙痒感觉和免疫反应之间存在联系。然而感觉神经元如何介导神经免疫的相互作用尚不清楚。

近日，美国哥伦比亚大学Zongyou Guo等人在《Bioengineering & Translational Medicine》发表了题为“Engineering human skin model innervated with itch sensory neuron-like cells differentiated from induced pluripotent stem cells” 的研究论文。在该论文中，研究者从iPSCs分化出瘙痒感觉神经元样细胞，这些感觉神经元细胞可对引发瘙痒的特异性刺激做出反应；利用这些瘙痒感觉神经元样细胞构建了具有神经的全层皮肤。研究者认为，此研究对特应性皮炎体外模型构建及相关药物的开发具有十分重要的价值。

利用iPSCs诱导感觉神经元样细胞

研究人员将人成纤维细胞进行重编程，获得了iPSCs细胞，诱导14天得到具有神经元样形态的细胞（iNCs），这些细胞可表达β3-tubulin、NF20、peripherin、MAP-2等神经元标志物（图1）。

图1 iNC的免疫学及形态学分析

与角质形成细胞共培养诱导产生成熟神经元细胞

如图2a所示，利用全细胞膜片钳观察iNCs，发现诱导产生的iNCs很少显示动作电位；图2b显示，经改良的神经元培养基培养后，部分iNCs具有动作电位；将iNCs与角质形成细胞共培养2周后，iNCs表现出单次动作电位放电（图2c）或连续放电（图2d）。表明角质形成细胞可促进iNCs的成熟，使其具有成熟神经元的电生理特性。

图2 iNCs的全细胞膜片钳结果

iNCs为瘙痒特异性感觉神经元样细胞

人感觉神经元可分为不同的亚群，它们介导冷、热、痛、痒等不同的感觉反应。经测试，iNCs对辣椒素和芥子油这两种致热、致痛化合物无应答，而对PAR-2、组胺等致瘙痒物质有特异性应答（图3）。表明本研究中诱导的iNCs是瘙痒特异性感觉神经元样细胞。

图3 不同刺激物作用后iNCs钙变化

利用iNCs构建具有神经的3D皮肤模型

将iNCs与全程皮肤模型共培养2周后，发现iNCs可穿过真皮层向表皮迁移，并与角质形成细胞形成紧密接触（如4）。

图4 具有神经的3D皮肤模型。图a为HE染色图，图b为免疫荧光染色图片。

IL-4/IL-13 处理后iNCs的应答反应

RT-PCR检测表明，iNCs可表达IL-4Rα和IL-13Rα1（图5a），加入20μM的IL-4/IL-13后，iNCs胞内钙离子呈时间依赖性增加（图5b）。这些结果都表明特应性皮炎的介导因子IL-4/IL-13可激活iNCs。

图5 iNCs上IL-4/IL-13相关受体表达及IL-4/IL-13处理后iNCs钙变化

结论

综上，本论文将人iPSCs分化为具有外周感觉神经元形态和特征标志物的细胞(iNCs)，iNCs可激发动作电位，并对两种类型的化学模拟瘙痒原(组胺和PAR-2)做出特异性反应，表明其具有成熟的瘙痒特异性感觉神经元的功能特性。钙离子成像显示，iNCs对特应性皮炎诱导细胞因子(IL-4/IL-13)有反应。此外，iNCs可与3D皮肤模型共培养后，构建为具有神经的3D皮肤模型。这些结果提示，iNCs可用于构建特应性皮炎体外模型，并对开发相关药物具有重要价值。