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大家都知道，我們(men) 的皮膚（表皮）具有伸展性，但它背後的科學原理卻簡約而不簡單。

表皮得以伸展的原因不外乎兩(liang) 種，細胞體(ti) 積的增大和細胞數目的增加。然而，直到最近，科學家才揭開表皮在長期外力下能夠伸展的生理機製，幹細胞又一次發揮了關(guan) 鍵作用。

我們(men) 做鬼臉時拉長眼皮，拉長臉上的皮膚，但放手後它們(men) 立刻就會(hui) 恢複原狀，

這就是皮膚具有伸展性的最經典案例。

（圖片來源：flickr/ lincolnblues）

今年5月30日，由中國科學院幹細胞與(yu) 再生醫學創新研究院等單位共同發表的研究論文，對幹細胞在皮膚修複過程中發揮作用的具體(ti) 機理進行了進一步的揭示。

相關(guan) 成果由《Frontiers in Cell and Developmental Biology》雜誌在線發表，論文全體(ti) 作者均來自中國本土的研究機構。

你知道皮膚的自我修複有多努力嗎？

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

圖庫版權圖片，不授權轉載

同樣的原理，整形醫學界的“隆胸”、“墊鼻梁”以及“拉皮”等手術能夠順利實施而不會(hui) 造成皮膚缺損，也與(yu) 皮膚的抗拉和伸展特性有關(guan) 。醫學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(ti) 機理卻誰也說不清楚。

直到2020年，來自比利時和英國的研究團隊找到了問題的答案，相關(guan) 研究也登上了《自然》雜誌。原來，無處不在的幹細胞又一次“奮力”地幫皮膚扛起了自我修複的重擔。之後，科學家們(men) 繼續對皮膚修複過程中幹細胞發揮的作用進行深入研究。中國科學家們(men) 本次的研究成果就揭示了在這一過程中起到決(jue) 定性作用的數個(ge) 關(guan) 鍵調控因子。

孕婦肚皮的膨脹過程中，表皮才是瓶頸

如果我們(men) 仔細考慮一下肚皮的構造，可以發現它的底層是肌肉，中間是脂肪為(wei) 主的皮下組織，頂層是皮膚，包括真皮和表皮等。以上結構中，除了表皮，都有很強的伸縮變形能力，應付懷孕這點變形綽綽有餘(yu) 。

懷孕時腹部和胎兒(er) 示意圖（圖庫版權圖片，不授權轉載）

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(ti) 現。

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

妊娠紋 （圖庫版權圖片，不授權轉載）

外科手術和美容手術之中，表皮的伸展能力也會(hui) 有所體(ti) 現。例如隆胸手術後胸部皮膚最初可能會(hui) 有緊繃感，但術後很快就能恢複平滑自然的外觀。但是其中的機理到底是什麽(me) 呢？要想搞清這個(ge) 問題，還得說一說皮膚的結構。

皮膚的結構和再生

作為(wei) 人體(ti) 應對外界病原的第一屏障，皮膚的貢獻往往被人忽略，其實要是沒有皮膚的阻擋，細菌很容易大麵積入侵到人體(ti) 組織中。

皮膚是人體(ti) 分布麵積最大的器官，擁有一定的彈性。不止於(yu) 此，在給予皮膚外界應力的同時，皮膚還會(hui) 發生擴張，即緩慢的生長。

皮膚主要由表皮、基底膜和真皮三部分構成。其中表皮位於(yu) 最外層，從(cong) 外向內(nei) 分別是角質層、透明層、顆粒層、棘層和基底層，其中角質層是最厚的一部分，也是實至名歸的人體(ti) 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，由結締組織組成，可以緩衝(chong) 身體(ti) 受到的壓力及應變。真皮層彈性良好，並具有貫穿其中的血管、神經和淋巴。

皮膚及下方肌肉組織（圖庫版權圖片，不授權轉載）

像是樹葉的凋零和生長一樣，皮膚時時刻刻也伴隨著脫落和再生，這一過程又與(yu) 皮膚幹細胞息息相關(guan) 。

皮膚幹細胞是存在於(yu) 皮膚中的一類有極強增殖和分化能力的細胞，與(yu) 皮膚的擴張和修複都有密切的聯係。皮膚幹細胞可以通過分裂產(chan) 生兩(liang) 種不同種類的細胞參與(yu) 再生，它們(men) 最初都存在於(yu) 基底膜。

在表皮角質層脫落以後，這些細胞從(cong) 基底膜分層出發，通過表皮層由內(nei) 向外移位，好像一個(ge) 向外擴散的過程。經曆多個(ge) 分化階段，直到移至表皮角質層中成為(wei) 新的角質層，構成皮膚新陳代謝的完整過程。

這一過程大約48天循環一次，所以肉眼根本不可見。

被拉伸時，皮膚發生了哪些變化？

除了皮膚幹細胞主導的常規性皮膚再生過程，當受到突如其來的機械應力時，皮膚會(hui) 通過調整其大小和形狀來抵抗這樣的變化，以保持皮膚作為(wei) 人體(ti) 第一屏障的功能。

臨(lin) 床上醫生們(men) 將可充氣的“皮膚擴張器”埋入皮膚下方並使其輕微膨脹，使覆蓋在上方的皮膚感受到微小的應力進而促進皮膚更快的再生與(yu) 伸展。

不同類型的皮膚擴張器

（圖片來源：參考文獻5）

這種“皮膚擴張器”給比利時和英國科學家提供了研究的靈感，他們(men) 在模型小鼠的皮膚下注射了一種與(yu) 之類似的充氣水凝膠來給予皮膚適當的擴張應力，並對表皮細胞的反應進行了詳盡的觀察。

最初，小鼠表皮細胞的體(ti) 積擴大而皮膚單位麵積內(nei) 的密度降低，這似乎是一種皮膚為(wei) 了應急的“權宜之計”。畢竟讓細胞體(ti) 積擴大並非難事，但增加細胞數量卻需要一定的時間。

此後，科學家發現幹細胞在從(cong) 基底膜分化和向上運動的過程中感知到了外界的應力和自身的異常。之後這些幹細胞會(hui) 將這種感知傳(chuan) 給相鄰的幹細胞並促進它們(men) 短暫地自我更新和分裂以應對可能出現的細胞數量缺失。

小鼠皮膚在經受拉伸時幹細胞的增殖、分化

（圖片來源：參考文獻3）

這就好比每個(ge) 幹細胞上都有一個(ge) 開啟增殖模式的開關(guan) 和一把鑰匙，當它們(men) 感知到應力的時候，原本處於(yu) 正常工作模式的幹細胞就會(hui) 用鑰匙開啟旁邊幹細胞的增殖開關(guan) 讓他們(men) 短暫地變為(wei) 增殖模式以增加細胞數量，從(cong) 而加速皮膚細胞的再生。

值得一提的是，研究人員們(men) 還發現並非所有幹細胞都會(hui) 響應外界的拉伸，隻有一些特定的幹細胞才會(hui) 做出反應。

這些奇妙的發現為(wei) 我們(men) 揭開了皮膚受到外力後能夠得以伸展的原因：

在遭受外力時，皮膚細胞能夠感知應力並作出反應——表皮細胞會(hui) 調整自身的形狀，然後一些特定的皮膚幹細胞會(hui) 短暫地分裂增殖以擴充細胞數量，從(cong) 而維持人體(ti) 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，就是因為(wei) 其肚皮皮膚細胞的變形膨脹和幹細胞增殖導致的細胞數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了皮膚幹細胞的全能性，也揭開了經受強烈變形或外科手術後皮膚超強修複能力的背後原因。對於(yu) 整形行業(ye) 而言，這項研究也在客觀上為(wei) 各種整形手術提供了一定的理論依據。不過，體(ti) 質存在個(ge) 體(ti) 差異，美容醫療機構也有水平和經驗的差別，選擇進行整容手術之前還是要做好充分的調研和準備。

參考文獻：

[1]Nature：已在整形手術中運用了 60 多年的拉皮技術，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."

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