病理性瘢痕組織內(nèi)不同部位成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性

聶芳菲，張 哲(綜述)，秦澤蓮(審校)

(北京大學(xué)第三醫(yī)院成形外科，北京 100191)

病理性瘢痕包括增生性瘢痕和瘢痕疙瘩。兩者的實(shí)質(zhì)都是以成纖維細(xì)胞為主的細(xì)胞增殖、活性增強(qiáng)，產(chǎn)生大量的膠原蛋白，使細(xì)胞外基質(zhì)成分在組織中大量沉積，而難以被機(jī)體吸收或重塑的病理狀態(tài)。增生性瘢痕表現(xiàn)為高出正常皮膚、質(zhì)地較硬的皮膚纖維化疾病。瘢痕疙瘩更是瘢痕形成機(jī)制的代表性病變，是整形外科和皮膚科在臨床治療中面臨的重大難題。與增生性瘢痕相比，瘢痕疙瘩的臨床特點(diǎn)為創(chuàng)傷誘因不明顯、增長(zhǎng)速度過(guò)快、不易退化、向周圍正常皮膚浸潤(rùn)擴(kuò)散，并超出原皮損范圍。早期常伴有炎性浸潤(rùn)帶，手術(shù)切除后易復(fù)發(fā)，且復(fù)發(fā)范圍可超過(guò)原瘢痕范圍[1]。

在病理性瘢痕發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)研究中，許多研究者發(fā)現(xiàn)，不同層次、不同部位的瘢痕組織在臨床表現(xiàn)、病理改變、細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)特性等方面的差異較大，因此采取分層和(或)分部位研究，如真皮淺層和真皮深層；浸潤(rùn)部、增生部和老化部；中央部和周邊部[2]。該文就病理性瘢痕基礎(chǔ)研究中關(guān)于正常皮膚、增生性瘢痕、瘢痕疙瘩不同層次、不同部位成纖維細(xì)胞的細(xì)胞及分子生物學(xué)差異作一綜述，并探討瘢痕組織內(nèi)部成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性與病理性瘢痕發(fā)病機(jī)制的關(guān)系。

1 正常皮膚和增生性瘢痕組織真皮淺層、深層成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性

已有較多的研究表明正常皮膚和增生性瘢痕真皮層的成纖維細(xì)胞具有異質(zhì)性。這些不同亞群的成纖維細(xì)胞在細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞增殖率、膠原合成、生長(zhǎng)因子/細(xì)胞因子的產(chǎn)生及參與炎性反應(yīng)等方面均具有明顯的差異[2-5]。

Wang等[6]培養(yǎng)了燒傷后增生性瘢痕組織來(lái)源的成纖維細(xì)胞及正常皮膚組織來(lái)源的成纖維細(xì)胞，其中將正常皮膚真皮層按照垂直深度分為五層，分別取材后培養(yǎng)成纖維細(xì)胞，研究結(jié)果表明，與淺層正常皮膚組織來(lái)源的成纖維細(xì)胞相比較，深層正常皮膚組織來(lái)源的成纖維細(xì)胞與增生性瘢痕組織來(lái)源的成纖維細(xì)胞更相似。表現(xiàn)為形態(tài)較大、能夠產(chǎn)生更多的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1和α平滑肌肌動(dòng)蛋白；更多的膠原和較少的膠原酶；產(chǎn)生較多的硫酸軟骨素蛋白多糖和較少的核心蛋白多糖；表達(dá)更高水平的結(jié)締組織生長(zhǎng)因子和熱激蛋白47 mRNA；接種在膠原網(wǎng)架上收縮膠原的功能更強(qiáng)。Varkey等[7]培養(yǎng)下腹部正常皮膚真皮組織淺層和深層的成纖維細(xì)胞，將其種植在膠原-乙二醇氨基聚糖基質(zhì)上培養(yǎng)4周，發(fā)現(xiàn)深層的真皮成纖維細(xì)胞明顯使基質(zhì)收縮和變硬，并降低其抗拉強(qiáng)度。與淺層的真皮成纖維細(xì)胞相比，深層的真皮成纖維細(xì)胞明顯高表達(dá)骨橋蛋白、血管緊張素Ⅱ、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α、低表達(dá)腫瘤壞死因子α、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體β/δ、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ、蛋白聚糖、纖維調(diào)節(jié)素。總之，與淺層的真皮成纖維細(xì)胞相比較，深層的真皮成纖維細(xì)胞增殖率較低，但是能產(chǎn)生更多的促纖維化的細(xì)胞因子(如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子等)、高表達(dá)Ⅱ型轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β受體、Ⅰ型膠原、大分子蛋白多糖、α平滑肌肌動(dòng)蛋白；而產(chǎn)生較少的膠原酶和小分子蛋白多糖。Honardoust等[8]提出正常皮膚組織來(lái)源的成纖維細(xì)胞具有生理功能和分子表型的異質(zhì)性：淺層的真皮成纖維細(xì)胞顯示了抗纖維化特性，因此局限于該層次的皮膚創(chuàng)傷愈合后很少形成瘢痕，表明核心蛋白多糖可導(dǎo)致淺層的真皮成纖維細(xì)胞中細(xì)胞凋亡標(biāo)記分子的表達(dá)顯著增加，凋亡和死亡的細(xì)胞增加；而深層的真皮成纖維細(xì)胞的遷移率較低，缺乏核心蛋白聚糖,抵抗核心蛋白聚糖誘導(dǎo)的凋亡可能是真皮深層損傷后細(xì)胞過(guò)度增殖，引起細(xì)胞外基質(zhì)過(guò)度沉積，形成增生性瘢痕的原因。

上述結(jié)果均提示，正常皮膚真皮深層的成纖維細(xì)胞與增生性瘢痕成纖維細(xì)胞具有相似的表型和功能，因此可能是形成增生性瘢痕的主要細(xì)胞來(lái)源。

2 瘢痕疙瘩組織中不同層次、不同部位成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性

2.1瘢痕疙瘩真皮淺層和深層成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性 Supp等[9]培養(yǎng)了不同來(lái)源的細(xì)胞：正常皮膚來(lái)源的表皮細(xì)胞(normal keratinocytes，NK)、正常皮膚來(lái)源的成纖維細(xì)胞(normalfibroblasts，NFB)、瘢痕疙瘩來(lái)源的表皮細(xì)胞(keloid keratinocytes，KK)、瘢痕疙瘩淺層的成纖維細(xì)胞(superficial keloid fibroblasts，KSFB)、瘢痕疙瘩深層的成纖維細(xì)胞(deep keloid fibroblasts，KDFB)。構(gòu)建組織工程皮膚，根據(jù)細(xì)胞組合的不同分成了6組：NK+NFB、NK+KDFB、NK+KSFB、KK+NFB、KK+KDFB、KK+KSFB。將構(gòu)建的組織工程皮膚移植到裸鼠，進(jìn)行觀察和檢測(cè)。結(jié)果顯示，與KSFB和NFB相比，KDFB表現(xiàn)出Ⅰ型膠原α、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1、骨膜蛋白、纖溶酶原激活物抑制劑1和抑制素β-A的表達(dá)量增高；移植后第5組組織工程皮膚的厚度明顯比對(duì)照組厚，且高表達(dá)Ⅰ型膠原α。第6組組織工程皮膚的面積明顯擴(kuò)大；組織學(xué)分析表明2、3、5、6組的組織工程皮膚真皮層膠原的排列異常。提示KDFB的增殖、合成能力更強(qiáng)，細(xì)胞活力更高；并且KDFB更傾向于向垂直方向的深層增生，而KSFB更傾向于向周圍正常皮膚組織的橫向擴(kuò)張和浸潤(rùn)，KDFB和KSFB表現(xiàn)出不同的增殖能力和遷移方向性。

2.2瘢痕疙瘩組織內(nèi)不同部位成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性 鮑衛(wèi)漢[10]將臨床上常見(jiàn)的呈浸潤(rùn)生長(zhǎng)的蝴蝶樣瘢痕疙瘩在外觀上分為三個(gè)部分：處于邊緣向外浸潤(rùn)正常皮膚的發(fā)紅部位(浸潤(rùn)部)、處于中央靜止?fàn)顟B(tài)或有老化趨向的部位(老化部)及處于前兩者之間不斷增生的部位(增生部)。進(jìn)一步的研究表明，瘢痕疙瘩不同部位來(lái)源的成纖維細(xì)胞在增殖/凋亡調(diào)控，膠原合成功能，對(duì)某些藥物的敏感性、相關(guān)基因表達(dá)等方面表現(xiàn)出差異。

瘢痕疙瘩浸潤(rùn)部、增生部與老化部的成纖維細(xì)胞呈現(xiàn)出不同的增殖、凋亡調(diào)控與生長(zhǎng)特性[11]。如增殖細(xì)胞核抗原指數(shù)在瘢痕疙瘩浸潤(rùn)部最高，而在增生部又高于老化部和正常皮膚。瘢痕疙瘩周邊部(浸潤(rùn)部和增生部)成纖維細(xì)胞大量分布于增殖期(G2、S、M 期)，且p53蛋白表達(dá)較低；而瘢痕疙瘩中央部(老化部)成纖維細(xì)胞p53蛋白呈強(qiáng)表達(dá)，且主要分布在靜止期(G1、G0期)。采用低血清體外培養(yǎng)成纖維細(xì)胞，瘢痕疙瘩增生部的成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)快；浸潤(rùn)部、老化部成纖維細(xì)胞及正常皮膚的成纖維細(xì)胞受到明顯抑制。研究還表明，浸潤(rùn)及增生部的成纖維細(xì)胞合成Ⅰ、Ⅲ型膠原的功能比老化部成纖維細(xì)胞旺盛；也更易于受干擾素α-2b的抑制。

Seifert等[12]采用人類全基因組芯片研究了瘢痕疙瘩中心部位深層、瘢痕疙瘩中心部位淺層(趨向萎縮和不活躍，更加類似于扁平瘢痕，與老化部相應(yīng))、活躍的紅色的瘢痕疙瘩邊緣部淺層與NFB比較基因表達(dá)的差異，發(fā)現(xiàn)凋亡抑制基因(細(xì)胞死亡調(diào)節(jié)蛋白)在活躍的瘢痕疙瘩邊緣部成纖維細(xì)胞上調(diào)，而凋亡誘導(dǎo)基因(解整合素樣金屬蛋白酶12、細(xì)胞周期及凋亡調(diào)節(jié)蛋白1、膜聯(lián)蛋白A1)以及誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)降解的基因(如基質(zhì)金屬蛋白酶19)在老化部位成纖維細(xì)胞上調(diào)。此外，瘢痕疙瘩中堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子及其受體Flg、血小板源生長(zhǎng)因子A及其受體血小板源生長(zhǎng)因子受體α、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等血管生成因子的表達(dá)在老化部、增生部和浸潤(rùn)部依次遞增[13]；免疫組織化學(xué)法檢測(cè)瘢痕疙瘩組織，表明瘢痕疙瘩中周圍部胰島素樣生長(zhǎng)因子1、胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體、細(xì)胞周期素D1的表達(dá)顯著高于中央部[14-15]。

Iqbal等[16]還證實(shí)了瘢痕疙瘩不同部位來(lái)源的成纖維細(xì)胞的分子表型存在異質(zhì)性，他們將瘢痕疙瘩組織分為病損淺層、病損中間部、病損邊緣部，分別取材，酶消化法分離成纖維細(xì)胞，用流式細(xì)胞分析儀分析了其原代和第一代細(xì)胞的表面標(biāo)記。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，瘢痕疙瘩含有不同的間充質(zhì)樣干細(xì)胞亞群：與正常皮膚相比，表達(dá)CD13、CD29、CD44、CD90陽(yáng)性(代表間充質(zhì)干細(xì)胞的表面標(biāo)記分子)的細(xì)胞在病損淺層和中心部分明顯增高；在正常皮膚，則以表達(dá)CD34、CD90、CD117陽(yáng)性(代表造血干細(xì)胞的標(biāo)記分子)的細(xì)胞為主；高表達(dá)血管細(xì)胞黏附分子1、骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體2、肌節(jié)同源盒基因同系物2的細(xì)胞僅存在于瘢痕疙瘩邊緣部。而體外培養(yǎng)的第一代成纖維細(xì)胞中許多間充質(zhì)干細(xì)胞的標(biāo)記分子逐漸減少，所有的造血干細(xì)胞表面標(biāo)記已喪失。

3 病理性瘢痕組織內(nèi)不同部位細(xì)胞外基質(zhì)組成、微血管分布的差異

除了成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性，正常皮膚及瘢痕組織中的細(xì)胞外基質(zhì)分布也存在著異質(zhì)性。研究表明，真皮深層Ⅰ/Ⅲ型膠原的比例高于真皮淺層，Ⅻ型膠原在毛囊根鞘周圍、真皮淺層、真皮深層的表達(dá)量依次遞減，型膠原在真皮深層、毛囊、真皮淺層的表達(dá)量依次遞減[3]。與真皮淺層相比，瘢痕疙瘩真皮深層組織的膠原排列方向更具有隨機(jī)性，膠原纖維束更厚[17]。

Kurokawa等[18]研究了瘢痕疙瘩和增生性瘢痕組織中血管密度及組織形態(tài)學(xué)改變。結(jié)果表明，瘢痕疙瘩中的血管密度不及增生性瘢痕，且瘢痕疙瘩中的血管腔較扁平。與周邊部相比，瘢痕疙瘩中央部的毛細(xì)血管更扁平。利用連續(xù)組織切片構(gòu)建的微血管三維圖提示瘢痕疙瘩內(nèi)的微血管無(wú)溝通，瘢痕疙瘩組織內(nèi)血液供應(yīng)不足。國(guó)內(nèi)學(xué)者在對(duì)瘢痕疙瘩三個(gè)部位(老化部、增生部和浸潤(rùn)部)的組織形態(tài)及超微結(jié)構(gòu)觀察中發(fā)現(xiàn)，老化部的微血管雖然呈增生狀態(tài)但絕大多數(shù)微血管呈完全閉塞及部分閉塞狀態(tài)[10]。

4 成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性與病理性瘢痕發(fā)病機(jī)制的相關(guān)性

4.1真皮淺層和真皮深層成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性與病理性瘢痕發(fā)病機(jī)制的相關(guān)性 增生性瘢痕往往是由創(chuàng)傷后造成局部皮膚表皮和真皮淺層缺失所致，研究報(bào)道真皮深層的成纖維細(xì)胞可能是形成增生性瘢痕的主要細(xì)胞來(lái)源[6]。由于深層成纖維細(xì)胞增殖能力強(qiáng)而遷移能力較差，且更傾向于向垂直方向的深層增生，因此增生性瘢痕病損往往局限在受傷傷口界限以內(nèi)，表現(xiàn)為增生的組織在垂直于皮面的方向過(guò)度增生，而不浸潤(rùn)到周圍正常皮膚組織[8-9]。瘢痕疙瘩常常無(wú)明顯的創(chuàng)傷因素而發(fā)生、發(fā)展，其發(fā)病機(jī)制中可能包含了淺層和深層兩個(gè)層次成纖維細(xì)胞的作用。由于深層成纖維細(xì)胞具有較強(qiáng)的增殖、膠原合成能力，同時(shí)淺層成纖維細(xì)胞具有較強(qiáng)的向水平方向遷移、浸潤(rùn)和擴(kuò)張的能力，瘢痕疙瘩中增生的組織不僅在垂直于皮面的方向過(guò)度增生，而且侵蝕周圍的組織結(jié)構(gòu)，在水平方向浸潤(rùn)正常皮膚[9]。

4.2瘢痕疙瘩內(nèi)不同部位成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性與瘢痕疙瘩發(fā)病機(jī)制的相關(guān)性 瘢痕疙瘩增生部和浸潤(rùn)部的成纖維細(xì)胞表現(xiàn)出相對(duì)更強(qiáng)的增殖能力、膠原合成能力和對(duì)某些藥物的敏感性，并顯示出與這些能力相應(yīng)的基因水平的改變。對(duì)不同部位細(xì)胞表型的鑒定提示瘢痕疙瘩中的成纖維細(xì)胞可能是多種細(xì)胞的混合體。這其中包括了不同來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞、表皮干細(xì)胞等細(xì)胞亞群。因此，瘢痕疙瘩的不同部位表現(xiàn)出不同的浸潤(rùn)和增殖特性。當(dāng)然，除細(xì)胞本身的遺傳特性外，其很可能與不同部位微血管的狀態(tài)、細(xì)胞外基質(zhì)的分布、炎癥因素等局部微環(huán)境的誘導(dǎo)作用有關(guān)。因此，研究成纖維細(xì)胞的功能特性不能脫離細(xì)胞所處的微環(huán)境因素[19]。瘢痕疙瘩中可能存在誘導(dǎo)并適合若干群不同表型的成纖維細(xì)胞生存的微環(huán)境，從而能夠不斷增生和浸潤(rùn)，表現(xiàn)為持續(xù)修復(fù)的創(chuàng)傷愈合過(guò)程。

5 展 望

在涉及病理性瘢痕組織內(nèi)不同部位異質(zhì)性的基礎(chǔ)研究中，成纖維細(xì)胞無(wú)疑是最重要，也是研究得最多的細(xì)胞[20]。病理性瘢痕組織內(nèi)不同層次和不同部位的成纖維細(xì)胞在細(xì)胞形態(tài)、增殖/凋亡調(diào)控、遷移能力和方向性、膠原合成的類型和數(shù)量、細(xì)胞因子的產(chǎn)生、表面抗原、基因表達(dá)、對(duì)某些藥物的敏感性等方面均表現(xiàn)出異質(zhì)性。有學(xué)者曾指出，就同一解剖部位的成纖維細(xì)胞而言，至少可以分成三個(gè)亞群：真皮淺層(乳頭層)、真皮深層(網(wǎng)織層)、毛囊相關(guān)的成纖維細(xì)胞，分別處于不同的微環(huán)境中，發(fā)揮不同的生理功能；已證實(shí)瘢痕疙瘩發(fā)生中表皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞兩種細(xì)胞是相互影響、相互作用的[3]。此外，研究還表明，不同解剖部位來(lái)源的成纖維細(xì)胞在基因表達(dá)方面存在差異，表達(dá)不同的同源核轉(zhuǎn)錄因子，表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)錄模式；在細(xì)胞外基質(zhì)合成、脂質(zhì)代謝以及調(diào)控細(xì)胞增殖和遷移的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等基因的表達(dá)上差異顯著[21-22]。已有的相關(guān)研究均提示，瘢痕疙瘩和增生性瘢痕的臨床特點(diǎn)及其差異與不同深度、瘢痕組織內(nèi)部不同部位、不同解剖部位成纖維細(xì)胞亞群的異質(zhì)性及其所處的微環(huán)境有關(guān)。進(jìn)一步研究真皮層成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性及其所處的微環(huán)境對(duì)其影響，將有助于更深刻地闡明病理性瘢痕的發(fā)病機(jī)制。

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