Самки мышей заживляют кожные раны быстрее, чем самцы, и ученые обнаружили удивительную биологическую разницу, которая может помочь объяснить, почему. Наблюдая за стволовыми клетками кожи у живых мышей в течение пяти месяцев, исследователи обнаружили, что женские клетки работают вместе более скоординировано, в то время как мужские клетки склонны вести себя более независимо. Эти различия регулируются половыми гормонами и в конечном итоге могут помочь ученым разработать более персонализированные методы лечения ран и кожных заболеваний.
Открытие было сделано исследователями из Свободного университета Брюсселя (ULB), работающими с учёными из Кембриджского университета. Их результаты показывают, что биологический пол влияет на то, как кожа обновляется и восстанавливается, хотя кожа не является частью репродуктивной системы.
Исторически сложилось так, что большая часть исследований биологических различий между мужчинами и женщинами была сосредоточена на репродуктивных органах. Однако секс может также влиять на другие ткани и органы по всему телу. Понимание этих различий может иметь важное значение для улучшения профилактики и лечения воспалительных заболеваний и рака, однако исследователи часто упускают из виду их значение.
Опубликовано в ПриродаИсследование возглавил профессор Седрик Бланпен, доктор медицинских наук, исследователь исследовательского института WEL, директор лаборатории стволовых клеток и рака и профессор Свободного университета Брюсселя. Исследование проводилось в сотрудничестве с профессором Бенджамином Саймонсом и его командой из Кембриджского университета, а также учеными из нескольких других учреждений.
Используя передовую технику микроскопии, исследователи смогли зафиксировать отдельные клетки кожи живых мышей. Это позволило им следить за одними и теми же стволовыми клетками и их потомками в течение пяти месяцев — беспрецедентного периода наблюдения. Хотя их первоначальной целью было понять механизмы обновления кожи, команда неожиданно обнаружила поразительные различия между женщинами и мужчинами. Дальнейшие эксперименты показали, что за это ответственны половые гормоны.
Как стволовые клетки кожи обновляют кожу
Внешний слой кожи постоянно обновляется. Этот процесс начинается со стволовых клеток, расположенных в нижней части слоя, где они делятся, образуя новые клетки. Некоторые из образующихся «дочерних» клеток сохраняют способность функционировать как стволовые клетки, тогда как другие начинают развиваться в специализированные клетки.
Эти специализированные клетки образуют защитный барьер, защищающий тело от окружающей среды. По мере взросления они теряют способность делиться (процесс, называемый дифференцировкой), постепенно выходят на поверхность и в конечном итоге сбрасываются.
Ученые десятилетиями спорили о точной организации этого процесса обновления. Повторно наблюдая за одними и теми же участками кожи в течение пяти месяцев, исследователи обнаружили, что стволовые клетки не сразу становятся полностью зрелыми клетками кожи.
Вместо этого они проходят промежуточную стадию, на которой могут делиться лишь ограниченное количество раз, прежде чем завершат свое развитие в специализированные клетки. Это открытие помогает прояснить давний вопрос о том, как кожа поддерживает себя.
Клетки женской кожи работают удивительным образом синхронно
Одно из самых неожиданных открытий касалось поведения вновь образованных клеток.
У самок мышей две «сестринские» клетки, образующиеся в результате деления одной родительской клетки, часто одновременно принимают одно и то же решение в области развития. Оба могут снова делиться или оба могут начать специализироваться на зрелых клетках кожи.
Их поведение напоминает двух гребцов, двигающих веслами в унисон. Однако у мышей-самцов сестринские клетки менее тесно синхронизированы и имеют тенденцию следовать более независимым паттернам.
«Изначально мы намеревались понять, как кожа обновляется и существует ли иерархия со стволовыми клетками наверху. Мы были удивлены, обнаружив сильные различия в том, как стволовые клетки обновляют кожу у женщин и мужчин», — объясняет доктор Дэн Энгельман, первый автор исследования.
Половые гормоны контролируют поведение клеток кожи
Чтобы определить, чем вызваны эти различия, ученые исследовали влияние мужских и женских половых гормонов.
Сначала они исследовали, что произошло, когда мышей-самцов кастрировали, удалив основной источник тестостерона. Без этого гормона клетки их кожи начали вести себя как у женщин. Когда исследователи ввели дигидротестостерон (ДГТ), активную форму тестостерона, клетки вернулись к типичному мужскому типу.
Эти эксперименты показали, что мужские половые гормоны помогают регулировать скорость созревания клеток кожи и выхода из слоя стволовых клеток.
Команда также исследовала роль женских половых гормонов. Удаление яичников (овариэктомия) снизило скорость размножения стволовых клеток и почти полностью устранило характерную синхронизацию между сестринскими клетками.
Лечение эстрадиолом, формой эстрогена, обратило вспять снижение пролиферации стволовых клеток.
В совокупности эти результаты показали, что тестостерон, которого обычно больше у мужчин, влияет на скорость созревания клеток кожи. Эстрогены, которых обычно больше у женщин, способствуют пролиферации стволовых клеток и помогают координировать поведение вновь образующихся клеток.
Исследователи также протестировали тестостерон на коже человека, реконструированной в лаборатории. Они обнаружили, что гормон ускоряет дифференцировку стволовых клеток, что позволяет предположить, что по крайней мере часть механизма, наблюдаемого у мышей, может также действовать и у людей.
Почему кожные раны у самок мышей заживают быстрее
Различия в поведении стволовых клеток сопровождались еще одним важным открытием: самки мышей быстрее восстанавливались после травм кожи.
Когда исследователи исследовали раны на спинах животных, они обнаружили, что у самок раны заживали значительно быстрее, особенно в течение первых нескольких дней после травмы.
Это раннее преимущество было частично связано с тем, что стволовые клетки кожи раньше становились активными и работали более скоординировано. По мере заживления разница между мужчинами и женщинами постепенно становилась меньше.
Результаты показывают, что гормональная регуляция стволовых клеток может помочь объяснить, почему восстановление кожи различается у разных полов.
Что это открытие может означать для заживления ран и рака кожи
Врачи давно признали различия между мужчинами и женщинами в заживлении ран, тяжести некоторых воспалительных состояний и частоте некоторых видов рака кожи. Однако основные биологические объяснения остались неполными.
Выяснив, как половые гормоны влияют на активность стволовых клеток, новое исследование дает возможное объяснение некоторым из этих наблюдений.
Результаты могут в конечном итоге способствовать разработке методов лечения, учитывающих пол пациента. Потенциальные применения включают улучшение восстановления после ожогов и хирургических операций, а также лечение хронических ран у людей с диабетом — проблемой, затрагивающей миллионы людей во всем мире.
Понимание этих различий может также помочь исследователям разработать новые подходы к предотвращению рака кожи, одной из наиболее распространенных форм рака.
На данный момент более быстрое заживление ран и скоординированное поведение стволовых клеток были продемонстрированы на мышах. Потребуются дополнительные исследования, чтобы определить, насколько близко эти процессы соответствуют процессам в коже человека и можно ли их использовать для улучшения медицинского обслуживания.
Помимо потенциальной клинической значимости, эти результаты также дают новое представление о фундаментальном процессе обновления кожи, помогая ответить на вопрос, который стоял перед учеными на протяжении десятилетий.
«Это исследование представляет собой технологическое проявление силы, и открытие различий между мужскими и женскими стволовыми клетками кожи является захватывающим и совершенно неожиданным. Оно проливает свет на ряд клинических наблюдений, которым ранее не хватало биологического объяснения. Оно открывает широкий спектр новых вопросов, начиная от фундаментальной биологии стволовых клеток и заканчивая клиническими проблемами, такими как заживление ран, развитие рака и аутоиммунные заболевания. Пол — это параметр, который слишком часто упускают из виду в биологии и медицине. Теперь мы будем исследовать различия между мужчинами и женщинами в процессе формирования и развития кожи. рака, а также молекулярные механизмы, ответственные за эти различия», — говорит профессор Седрик Бланпен, возглавлявший исследование.
Исследовательское сотрудничество и финансирование
В проекте приняли участие команда профессора Бланпена (ULB, Бельгия) и группа профессора Саймонса (Кембриджский университет, Великобритания), а также исследовательские группы под руководством Мишель Де Лука (Университет Модены и Реджо-Эмилии, Италия), Юлии Шварц (Центр Broad CIRM, Университет Южной Калифорнии, Лос-Анджелес, США) и Эстер Хосте (Университет VIB-Гент, Бельгия).
Финансирование было предоставлено FNRS (включая стипендии FRIA), TELEVIE, Научно-исследовательским институтом WEL, Фондом борьбы с раком, Фондом ULB, Фондом Эразм, Фондом Жюли и Франсуазы Дрион, Фондом Ивонн Боэль, совместной программой FNRS/FWO EOS (Европейский совет по научным исследованиям) (ERC).
