Ученые выяснили, почему женская кожа заживает быстрее, чем мужская

Фото из открытых источников

Ученые обнаружили, как эстроген и тестостерон влияют на стволовые клетки кожи, и выяснили, почему женская кожа может заживать быстрее, чем мужская. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Царапина на колене заживает сама по себе, и кожа продолжает восстанавливать свой слой на протяжении всей жизни. Эти процессы восстановления происходят за счет небольшого запаса стволовых клеток в нижнем слое кожи. Вопрос о том, работает ли этот запас одинаково у мужчин и женщин, задавался крайне редко.

Видеозаписи живой кожи мышей, снятые в течение пяти месяцев, показывают, что это не так. У самок, когда стволовая клетка кожи делится, две ее дочерние клетки, как правило, делятся снова вместе или созревают одновременно, синхронно.

У самцов каждая дочерняя клетка действует более самостоятельно. Именно тестостерон стимулирует созревание этих клеток и их более быстрое отделение от слоя стволовых клеток. Кроме того, у самок мышей небольшие раны заживали быстрее, чем у самцов.

Фильмы были сняты в лаборатории Седрика Бланпена в Свободном университете Брюсселя. Бенджамин Саймонс, физик из Института Гурдона Кембриджского университета, руководил математической частью работы. Все исследования проводились на мышах, с последующим тестированием на клетках кожи человека, выращенных в лаборатории.

«Это проливает свет на ряд клинических наблюдений, которые ранее не имели биологического объяснения», — сказал Бланпен. «Это открывает широкий спектр новых вопросов, начиная от фундаментальной биологии стволовых клеток и заканчивая клиническими проблемами, такими как заживление ран, развитие рака и аутоиммунные заболевания».

Стволовые клетки в нижнем слое кожи делятся, и некоторые из их дочерних клеток созревают и перемещаются к поверхности, где в конечном итоге отслаиваются. Чтобы наблюдать за этим процессом на одном и том же участке кожи в течение нескольких месяцев, лаборатория стволовых клеток и рака Бланпена нанесла небольшую метку на ухо каждой мыши.

Затем препарат активировал красное, зеленое или синее свечение в рассеянных клетках нижнего слоя, так что каждую светящуюся клетку и ее потомков можно было отличить от соседних. Сначала мышей под наркозом снимали на видео один раз в неделю, а к концу эксперимента — один раз в месяц, в течение 140 дней.

В общей сложности было проведено наблюдение за 1171 семейством клеток у 10 мышей, пяти самок и пяти самцов. Большинство из них оставались небольшими: 58% содержали три клетки или меньше в течение всех пяти месяцев.

Исследовательская группа Саймонса, которая занимается созданием математических моделей обновления тканей, использовала эти небольшие семейства для разрешения вопроса, который биологи обсуждали десятилетиями. Стволовая клетка кожи не превращается в зрелую клетку за один этап. Сначала она образует промежуточную клетку, которая может делиться еще лишь несколько раз, и именно потомство этой клетки достигает зрелости.

У самок мышей семейства с четным числом клеток значительно превосходили по численности семейства с нечетным числом. Эта закономерность сохранялась все пять месяцев и проявлялась также на коже спины и хвоста. У самцов мышей было больше семей с нечетным числом членов.

Четное количество клеток — это то, что получится в результате совместной работы двух сестер. Если клетки-сестры делятся одновременно, то количество клеток в семье увеличивается с двух до четырех. Если они достигают зрелости и уходят одновременно, их количество сокращается с четырех до двух. В фильмах эта особенность была ярко выражена у самок и лишь слабо — у самцов.

Женские семьи также были в среднем больше. Меньшее количество из них задерживалось на ранних стадиях: 52% женских семей оставались в трех или менее ячейках, по сравнению с 65% мужских семей. Оказалось, что женские гормоны играют важную роль в формировании пары. Удаление яичников практически устранило закономерность четного числа детенышей.

Количество клеток, отслеживаемых в течение четырех часов, снизилось с 7,2% до 4,9%, а эстрадиол, форма эстрогена, вернул этот показатель к 7,6%. Клетки кожи несут рецепторы эстрогена, поэтому гормон может воздействовать на них напрямую.

Чтобы выяснить, как быстро новые клетки покидают слой стволовых клеток, команда пометила делящиеся клетки и вернулась через четыре дня, чтобы обнаружить пары дочерних клеток. У самцов в 47% пар одна дочь уже переместилась из нижнего слоя, по сравнению с 21% у самок. Самцы покидали гнездо гораздо раньше.

Кастрация снизила долю мужчин до 14%, приблизив ее к показателям женщин. Активная форма  тестостерона обратила этот процесс вспять: у кастрированных самцов, получавших гормон, эта доля увеличилась с 10% до 31%. Эти же клетки нижнего слоя несут рецептор, к которому связывается тестостерон.

Хромосомы не дали объяснения. Команда использовала мышей, у которых яички развивались независимо от того, является ли животное XX или XY. У мышей с развитыми яичками наблюдался более быстрый выход яичек, а животные с генотипом XX выглядели как животные с генотипом XY.

Кастрация изменила и долговременные рентгеновские снимки: в течение последующих недель клеточные семейства у кастрированных самцов приобрели четное число клеток, наблюдаемое у самок.

Команда исследователей нанесла на выбритую кожу спины 11 самок и 12 самцов мышей круглую рану диаметром около четверти дюйма (6 мм). В течение следующих 12 дней раны у самок заживали быстрее.

Через два дня после ранения полоса делящихся клеток вокруг раны у самок была примерно на треть шире, чем вокруг раны у самцов. В ней также содержалось примерно в полтора раза больше делящихся клеток. К четвертому дню разница стала намного меньше.

Было известно, что эстроген способствует заживлению ран, в том числе у пожилых людей, получавших эстрогеновый крем, а мужские гормоны, как известно, замедляют заживление у мышей.

Обычно это объяснялось их воздействием на воспаление и на каркас, удерживающий клетки кожи на месте. Команда Бланпена объяснила более быстрое заживление ран у женщин тем, что клетки кожи реагировали быстрее после травмы и работали в более тесной координации.

В лаборатории команда вырастила многослойную человеческую кожу из клеток, взятых с кожи, оставшейся после операций на брюшной полости и груди. В некоторых культурах присутствовала активная форма тестостерона, а в некоторых — нет.

Гормон не изменил количество делящихся клеток. Он изменил местонахождение образовавшихся новых клеток. Через три дня 37,2% животных переместились в верхние слои вместе с гормоном, по сравнению с 24,6% без него, в пяти образцах каждой группы.

Второй тип культуры, выращенный из кожи лица трех человек, показал аналогичные результаты у двух из трех. Оба теста демонстрируют, как гормон воздействует на клетки человека в чашке Петри, а не на самого человека.

На момент начала съемок мышам было два месяца, и почти все съемки проводились на коже ушей. Иммунные клетки и кожный каркас также реагируют на тестостерон, и команда исследователей не исключила, что они вносят свой вклад в различия между полами.

Остается открытым вопрос, действуют ли стволовые клетки кожи у мужчин и женщин парами, как это было у мышей. Также остается открытым вопрос, что означает такое парное взаимодействие для рака кожи, где эти же стволовые клетки играют ключевую роль.

«Пол — это параметр, который слишком часто упускается из виду в биологии и медицине. Теперь мы будем исследовать различия между мужчинами и женщинами в процессе формирования и развития рака кожи, а также молекулярные механизмы, ответственные за эти различия», — говорит Бланпен.

Для решения вопроса о роли человека в этом процессе потребовалось бы то, что было доступно в исследовании на мышах, но отсутствовало в лабораторных условиях. Это означает, что одни и те же клетки должны наблюдаться в течение нескольких месяцев в живой коже.