鼻黏膜修复竟需 7 周才能 "达标"？科学家揭开 EGFR 调控的伤口愈合密码

研究简介

本研究旨在构建人原代鼻上皮细胞的气液界面(ALI)培养模型，并建立适用于伤口愈合研究的体外体系。通过标准化培养条件，研究证实鼻上皮细胞在 ALI 环境中完全分化需至少 7 周，并成功验证了表皮生长因子受体(EGFR)信号通路在伤口修复中的关键作用。该模型为探索呼吸道上皮损伤修复机制及环境因素对鼻黏膜的影响提供了生理相关性更强的研究平台。

导读

呼吸道上皮的损伤修复能力是维持气道稳态的关键，但传统单层细胞培养模型难以模拟体内复杂的三维结构。本研究首次系统解析了鼻上皮细胞在 ALI 培养中的分化时序，发现纤毛细胞、杯状细胞及紧密连接的成熟需 7 周以上，突破了传统 3 周分化的认知。实验建立的伤口愈合模型显示，健康鼻上皮的愈合速率达 4.3%/h，而 EGFR 抑制可使愈合速率骤降至 0.43%/h，揭示了 EGFR 信号通路在修复过程中的核心调控作用。这一模型为哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)等呼吸道疾病的上皮修复机制研究提供了标准化工具。

研究背景

鼻上皮作为外界环境与呼吸道的初始接触屏障，在抵御病原体入侵、维持黏膜免疫稳态中发挥关键作用，其损伤后的修复能力对维持气道完整性至关重要。传统浸没式单层细胞培养模型因缺乏黏液纤毛分化，难以模拟体内生理环境，而气液界面(ALI)培养虽能诱导上皮细胞分化为假复层结构，但鼻上皮细胞在 ALI 中的分化时间及标准化培养条件尚未明确，且与支气管上皮的分化差异长期被忽视。此外，表皮生长因子受体(EGFR)在单层培养中对上皮修复的调控作用已被证实，但其在 ALI 培养体系中对鼻上皮伤口愈合的影响仍缺乏数据，亟需建立更贴近体内微环境的研究模型以阐明相关机制。

实验结果

图 1：ALI 培养中鼻上皮细胞的分化特征

免疫荧光染色显示，培养 3 周时已出现基底细胞(细胞角蛋白 14+)、杯状细胞(MUC5B+)和紧密连接(ZO-1+)，但纤毛细胞(乙酰化 α- 微管蛋白 +)仅在 7 周时可见。TEER 值在 5 周时达峰值(如受试者 11 的 TEER 为 610 Ω・cm²)，7 周时因纤毛形成略有下降，但仍维持高电阻状态，证实屏障功能完整。

图 2：伤口愈合过程的实时监测

机械损伤后，通过延时显微镜追踪伤口闭合动态。代表性图像显示，受试者 9 的伤口在 24 小时内显著缩小，愈合速率达 4.49%/h。ImageJ 分析表明，91.7% 的健康样本在 35 小时内完成伤口闭合，且初始伤口面积与愈合速率无相关性(r²=0.06)。

图 3：伤口愈合速率的量化分析

10 例样本中，9 例的愈合速率 > 2.5%/h，平均速率为 4.3%/h(SD=1.3%/h)。受试者 4 因愈合速率仅 0.73%/h 被排除。伤口闭合率随时间呈线性增长，48 小时时多数样本 TEER 恢复至伤前水平，提示上皮屏障重建完成。

图 4：细胞因子在伤口愈合中的表达变化

ELISA 检测显示，伤前与伤后 48 小时的顶端冲洗液中，IL-13、GM-CSF 和 IP-10 的浓度均处于检测下限，且无显著差异。这表明这些细胞因子可能不参与早期伤口闭合，修复过程更依赖细胞迁移和增殖而非炎症反应。

图 5：EGFR 抑制对伤口愈合的影响

厄洛替尼(2 μg/mL)处理 7 天后，伤口愈合速率从 5.06%/h 降至 0.43%/h，48 小时内伤口未闭合。Western blot 证实 EGFR 磷酸化水平显著降低，提示 EGFR 通过调控 MAPK 和 PI3K 通路影响细胞迁移和存活。

图 6：EGFR 抑制对鼻上皮伤口愈合速率的影响

在伤口愈合实验中，提前 7 天向基底侧培养基中添加 2 μg/mL 的 EGFR 抑制剂厄洛替尼(Erlotinib)，显著降低了鼻上皮 ALI 培养物的伤口闭合速率。数据显示，对照组的平均愈合速率为 5.06%/h(SD=1.48%/h)，而厄洛替尼处理组的愈合速率骤降至 0.43%/h(SD=0.07%/h)，48 小时内伤口未完全闭合。统计学分析表明，两组间差异具有显著性(p=0.03)，证实 EGFR 信号通路对鼻上皮伤口修复过程的关键调控作用。该结果与 EGFR 通过激活 MAPK 和 PI3K 通路促进细胞增殖、迁移的机制一致，提示 EGFR 可能成为干预呼吸道上皮修复异常的潜在靶点。

研究结论

本研究证实人原代鼻上皮细胞在 ALI 培养中完全分化需至少 7 周，表现为基底细胞、杯状细胞、纤毛细胞及紧密连接的成熟，且培养 5 周时跨上皮电阻(TEER)达峰值，7 周时因纤毛形成导致 TEER 轻微下降但屏障功能仍完整。建立的伤口愈合模型显示，健康鼻上皮的愈合速率为 4.3%/h，且与初始伤口大小无关，而 EGFR 抑制剂厄洛替尼可使愈合速率降至 0.43%/h 并导致 48 小时内伤口未闭合，证实 EGFR 信号通路对鼻上皮修复的关键调控作用。此外，伤口愈合过程中顶端冲洗液的 IL-13、GM-CSF 和 IP-10 水平无显著变化，提示早期修复更依赖细胞迁移和增殖而非炎症反应。该研究为呼吸道上皮损伤修复机制及相关疾病研究提供了标准化的 ALI 模型。