為了讓肚子不被撐破，你知道肚皮有多努力嗎？

大家都知道，我們的皮膚（表皮）具有伸展性，但它背后的科學(xué)原理卻簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單。

表皮得以伸展的原因不外乎兩種，細(xì)胞體積的增大和細(xì)胞數(shù)目的增加。然而，直到最近，科學(xué)家才揭開表皮在長(zhǎng)期外力下能夠伸展的生理機(jī)制，干細(xì)胞又一次發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

（圖片來源：flickr/ lincolnblues）

今年5月30日，由中國(guó)科學(xué)院干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究院等單位共同發(fā)表的研究論文，對(duì)干細(xì)胞在皮膚修復(fù)過程中發(fā)揮作用的具體機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步的揭示。

相關(guān)成果由《Frontiers in Cell and Developmental Biology》雜志在線發(fā)表，論文全體作者均來自中國(guó)本土的研究機(jī)構(gòu)。

你知道皮膚的自我修復(fù)有多努力嗎？

孕婦懷孕期間，腹圍可以比正常狀態(tài)下增大20-30厘米，肚皮隆起成球狀。我們從來沒聽說過哪個(gè)孕婦把肚皮撐破，即便是那些懷了多胞胎的媽媽們，肚皮也能隨著嬰兒的發(fā)育而逐漸增大。

圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

同樣的原理，整形醫(yī)學(xué)界的“隆胸”、“墊鼻梁”以及“拉皮”等手術(shù)能夠順利實(shí)施而不會(huì)造成皮膚缺損，也與皮膚的抗拉和伸展特性有關(guān)。醫(yī)學(xué)界雖然一直在享受皮膚這種特性帶來的好處，但其中的具體機(jī)理卻誰也說不清楚。

直到2020年，來自比利時(shí)和英國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)找到了問題的答案，相關(guān)研究也登上了《自然》雜志。原來，無處不在的干細(xì)胞又一次“奮力”地幫皮膚扛起了自我修復(fù)的重?fù)?dān)。之后，科學(xué)家們繼續(xù)對(duì)皮膚修復(fù)過程中干細(xì)胞發(fā)揮的作用進(jìn)行深入研究。中國(guó)科學(xué)家們本次的研究成果就揭示了在這一過程中起到?jīng)Q定性作用的數(shù)個(gè)關(guān)鍵調(diào)控因子。

孕婦肚皮的膨脹過程中，表皮才是瓶頸

如果我們仔細(xì)考慮一下肚皮的構(gòu)造，可以發(fā)現(xiàn)它的底層是肌肉，中間是脂肪為主的皮下組織，頂層是皮膚，包括真皮和表皮等。以上結(jié)構(gòu)中，除了表皮，都有很強(qiáng)的伸縮變形能力，應(yīng)付懷孕這點(diǎn)變形綽綽有余。

懷孕時(shí)腹部和胎兒示意圖（圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載）

但表皮則不同，雖然表皮同樣有一定伸展性，但表皮的伸展能力要在緩慢的拉伸過程中慢慢體現(xiàn)。

換句話說，如果一瞬間讓女性的肚皮變成懷胎十月那么大，可能表皮真有撐破的可能。（其實(shí)，懷孕后期真皮可能反而先撐不住了，后果就是形成妊娠紋。）

妊娠紋 （圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載）

外科手術(shù)和美容手術(shù)之中，表皮的伸展能力也會(huì)有所體現(xiàn)。例如隆胸手術(shù)后胸部皮膚最初可能會(huì)有緊繃感，但術(shù)后很快就能恢復(fù)平滑自然的外觀。但是其中的機(jī)理到底是什么呢？要想搞清這個(gè)問題，還得說一說皮膚的結(jié)構(gòu)。

皮膚的結(jié)構(gòu)和再生

作為人體應(yīng)對(duì)外界病原的第一屏障，皮膚的貢獻(xiàn)往往被人忽略，其實(shí)要是沒有皮膚的阻擋，細(xì)菌很容易大面積入侵到人體組織中。

皮膚是人體分布面積最大的器官，擁有一定的彈性。不止于此，在給予皮膚外界應(yīng)力的同時(shí)，皮膚還會(huì)發(fā)生擴(kuò)張，即緩慢的生長(zhǎng)。

皮膚主要由表皮、基底膜和真皮三部分構(gòu)成。其中表皮位于最外層，從外向內(nèi)分別是角質(zhì)層、透明層、顆粒層、棘層和基底層，其中角質(zhì)層是最厚的一部分，也是實(shí)至名歸的人體第一防線。

基底膜是最薄的一層，夾在表皮的基底層和真皮之間。真皮層比表皮層厚幾十倍，由結(jié)締組織組成，可以緩沖身體受到的壓力及應(yīng)變。真皮層彈性良好，并具有貫穿其中的血管、神經(jīng)和淋巴。

皮膚及下方肌肉組織（圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載）

像是樹葉的凋零和生長(zhǎng)一樣，皮膚時(shí)時(shí)刻刻也伴隨著脫落和再生，這一過程又與皮膚干細(xì)胞息息相關(guān)。

皮膚干細(xì)胞是存在于皮膚中的一類有極強(qiáng)增殖和分化能力的細(xì)胞，與皮膚的擴(kuò)張和修復(fù)都有密切的聯(lián)系。皮膚干細(xì)胞可以通過分裂產(chǎn)生兩種不同種類的細(xì)胞參與再生，它們最初都存在于基底膜。

在表皮角質(zhì)層脫落以后，這些細(xì)胞從基底膜分層出發(fā)，通過表皮層由內(nèi)向外移位，好像一個(gè)向外擴(kuò)散的過程。經(jīng)歷多個(gè)分化階段，直到移至表皮角質(zhì)層中成為新的角質(zhì)層，構(gòu)成皮膚新陳代謝的完整過程。

這一過程大約48天循環(huán)一次，所以肉眼根本不可見。

被拉伸時(shí)，皮膚發(fā)生了哪些變化？

除了皮膚干細(xì)胞主導(dǎo)的常規(guī)性皮膚再生過程，當(dāng)受到突如其來的機(jī)械應(yīng)力時(shí)，皮膚會(huì)通過調(diào)整其大小和形狀來抵抗這樣的變化，以保持皮膚作為人體第一屏障的功能。

臨床上醫(yī)生們將可充氣的“皮膚擴(kuò)張器”埋入皮膚下方并使其輕微膨脹，使覆蓋在上方的皮膚感受到微小的應(yīng)力進(jìn)而促進(jìn)皮膚更快的再生與伸展。

不同類型的皮膚擴(kuò)張器

（圖片來源：參考文獻(xiàn)5）

這種“皮膚擴(kuò)張器”給比利時(shí)和英國(guó)科學(xué)家提供了研究的靈感，他們?cè)谀Ｐ托∈蟮钠つw下注射了一種與之類似的充氣水凝膠來給予皮膚適當(dāng)?shù)臄U(kuò)張應(yīng)力，并對(duì)表皮細(xì)胞的反應(yīng)進(jìn)行了詳盡的觀察。

最初，小鼠表皮細(xì)胞的體積擴(kuò)大而皮膚單位面積內(nèi)的密度降低，這似乎是一種皮膚為了應(yīng)急的“權(quán)宜之計(jì)”。畢竟讓細(xì)胞體積擴(kuò)大并非難事，但增加細(xì)胞數(shù)量卻需要一定的時(shí)間。

此后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞在從基底膜分化和向上運(yùn)動(dòng)的過程中感知到了外界的應(yīng)力和自身的異常。之后這些干細(xì)胞會(huì)將這種感知傳給相鄰的干細(xì)胞并促進(jìn)它們短暫地自我更新和分裂以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的細(xì)胞數(shù)量缺失。

小鼠皮膚在經(jīng)受拉伸時(shí)干細(xì)胞的增殖、分化

（圖片來源：參考文獻(xiàn)3）

這就好比每個(gè)干細(xì)胞上都有一個(gè)開啟增殖模式的開關(guān)和一把鑰匙，當(dāng)它們感知到應(yīng)力的時(shí)候，原本處于正常工作模式的干細(xì)胞就會(huì)用鑰匙開啟旁邊干細(xì)胞的增殖開關(guān)讓他們短暫地變?yōu)樵鲋衬Ｊ揭栽黾蛹?xì)胞數(shù)量，從而加速皮膚細(xì)胞的再生。

值得一提的是，研究人員們還發(fā)現(xiàn)并非所有干細(xì)胞都會(huì)響應(yīng)外界的拉伸，只有一些特定的干細(xì)胞才會(huì)做出反應(yīng)。

這些奇妙的發(fā)現(xiàn)為我們揭開了皮膚受到外力后能夠得以伸展的原因：

在遭受外力時(shí)，皮膚細(xì)胞能夠感知應(yīng)力并作出反應(yīng)——表皮細(xì)胞會(huì)調(diào)整自身的形狀，然后一些特定的皮膚干細(xì)胞會(huì)短暫地分裂增殖以擴(kuò)充細(xì)胞數(shù)量，從而維持人體皮膚本來的完整性。

可以想象，孕婦肚子上的皮膚在逐漸變大的過程中之所以沒有因膨脹而破裂，就是因?yàn)?strong style="line-height: 1.8;">其肚皮皮膚細(xì)胞的變形膨脹和干細(xì)胞增殖導(dǎo)致的細(xì)胞數(shù)量增多使皮膚像橡皮膜一樣韌性十足。

這次的最新研究成果證實(shí)了皮膚干細(xì)胞的全能性，也揭開了經(jīng)受強(qiáng)烈變形或外科手術(shù)后皮膚超強(qiáng)修復(fù)能力的背后原因。對(duì)于整形行業(yè)而言，這項(xiàng)研究也在客觀上為各種整形手術(shù)提供了一定的理論依據(jù)。不過，體質(zhì)存在個(gè)體差異，美容醫(yī)療機(jī)構(gòu)也有水平和經(jīng)驗(yàn)的差別，選擇進(jìn)行整容手術(shù)之前還是要做好充分的調(diào)研和準(zhǔn)備。

作者：于曉麗

參考文獻(xiàn)：

[1]Nature：已在整形手術(shù)中運(yùn)用了 60 多年的拉皮技術(shù)，原理是這樣的https://xw.qq.com/cmsid/20200809A0G1S800

[2]Stretch exercises for stem cells expand the skin Stretch exercises for stem cells expand the skinhttps://www.nature.com/articles/d41586-020-02158-y

[3]Mechanisms of mechanical-stretch-induced skin expansion revealedhttps://medicalxpress.com/news/2020-07-mechanisms-mechanical-stretch-induced-skin-expansion-revealed.htm

[4]Mechanisms of stretch-mediated skin expansion at single-cell resolutionhttps://www.nature.com/articles/s41586-020-2555-7

[5]Trebuňová, Marianna, et al. "NEW TECHNOLOGIES OF TISSUE EXPANSION-REVIEW ARTICLE."

責(zé)編：周曉明

來源：科普中國(guó)