一生病，皮肤就会变绿，看医生都方便多了

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撰文 | 冬鸢

审校 | clefable

每天早晨，迷迷糊糊中被闹钟叫醒，脑子还未完全清醒之际，许多人习惯先看一眼智能手表。智能手表上会显示出我们的心率、睡眠评分，甚至血氧水平。这样的小设备会在白天和夜里悄悄地记录着我们的身体状态，把脉搏波动和微弱的电信号转化为图表和数字，让我们能够持续监测自己的身体状态。

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然而，当我们的身体真的出现了不好的情况，比如持续发烧、莫名疲劳、慢性疼痛时，我们依然需要依赖抽血检查。一根针、一管血、一次实验室检测后，医务人员就可以通过我们血液中各种标志物的水平，判断我们的身体到底是哪里出了问题。

像智能手表这样的可穿戴设备可以为我们提供连续的身体数据，但却只能依赖于从体表能获得的数据，因此并不精确。另一方面，血液检测虽然可以提供精确的生化指标，但其反映的也只是你在抽血那一刻的身体状态，不能够持续、实时观察体内分子信号的变化——尤其是那些驱动炎症、感染与疾病进程的信号。

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现在，想象一种完全不同的可能。假如我们不再需要用外部穿戴的设备来实时监测身体，而是在身体里植入一小块经过改造的皮肤。它看起来、摸起来都很普通，但一旦你生病了，体内炎症水平升高，这块皮肤就会变色，及时告诉你你的身体状况不佳。它无需充电，无需连接外部设备，而你也无需到医院去抽血，这块活着的组织会静静地持续汇报你身体内部的变化。

变绿的皮肤

这不是纯粹的想象，最近发表于《自然·通讯》（Nature Communications）的一项研究就提出了一种这样的“活体传感显示系统”——一种可以植入皮肤的改造组织，当体内的炎症信号升高时，它会发出绿色荧光。这项技术的核心是经过基因改造的角质形成细胞干细胞（keratinocyte stem cells），经过“编程”后，它们就会在炎症通路被激活时发光。

原理图（图片来源：Institute of Industrial Science, The University of Tokyo）

为了验证这一概念，研究团队将改造后的细胞培养成类似皮肤的层状结构，并移植到小鼠背部的皮肤上。移植成功后，这些活体皮肤贴片就会与小鼠皮肤组织完全融合。一旦小鼠遭遇炎症刺激（如被注射了TNF-α或细菌毒素之后），移植物就会发出绿色荧光。由于这些细胞会不断更新，这个生物传感装置能长期工作。事实上，荧光信号在200多天后仍然可见，无需额外维护。令人惊讶的是，当研究人员数周后再次诱发小鼠炎症时，这块皮肤再次发光了，这表明它能记录多次发炎事件。

炎症的语言

炎症是人体最古老的防御机制之一。当病原体入侵或组织受损时，免疫细胞会释放信号分子来协调免疫反应。其中最关键的分子之一就是TNF-α，它在炎症反应中起着主要的调控作用，与自身免疫病、感染、代谢疾病甚至癌症密切相关。

在细胞内部，TNF-α会激活一个被称为NF-κB信号通路的分子“警报系统”。这个通路就像火灾报警器：一旦被触发，就会开启数十个与免疫活动相关的基因。这些基因编码细胞因子、趋化因子、粘附分子和抗凋亡蛋白。它们会招募免疫细胞，放大炎症反应，并帮助组织在急性损伤中存活。换句话说，在短期内，NF-κB会帮助你对抗感染、修复伤口。

一般情况下，  NF-κB 的激活是短暂且受到严格调控的，炎症发生后不久便会自行消退。然而，如果NF-κB持续被激活（比如遭受持续性感染），原本具有保护作用的程序就会造成伤害。长期存在的NF-κB会不断促使细胞产生炎症因子，这种慢性炎症状态是许多疾病的核心特征，比如类风湿关节炎、动脉粥样硬化、2型糖尿病、神经退行性疾病，甚至抑郁症和癌症。

换句话说，NF-κB位于炎症与疾病的交汇点。然而，在活体内持续监测这一通路，一直是一项困难的挑战。

为什么选皮肤

研究人员之所以选择皮肤，是有原因的。皮肤不仅仅是保护身体的一个屏障，它本身就是一个具有免疫活性的器官，内部驻留着多种免疫细胞，并持续接触外界信号。更重要的是，它不像内脏器官那样，需要特殊手段才可以被观察到，而是直接可以从外部肉眼观察。

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角质形成细胞干细胞负责更新表皮，它们可以被分离出来，在实验室中进行基因改造，并扩增成一片组织。在这项研究中，科学家改造了这些细胞，使其在NF-κB被激活时表达增强型绿色荧光蛋白（EGFP）。EGFP最初来源于水母，多年来一直是分子生物学的基石工具，因为它在特定波长光照下会发出明亮的绿色荧光。

图片来源：原论文

最终呈现出的是一张神奇的皮肤，它就像一块生物显示屏。当炎症升高时，它就会发出绿光。

以后我们都能变绿吗？

近年来，各种可穿戴生物传感器——智能手表、汗液传感器、血糖监测仪——都声称可以实现实时健康追踪。这些设备在体表测量人体的物理或化学信号，但它们本质上仍然是外部硬件。

而“活体传感显示系统”则代表了一种根本不同的思路。它不是附着在身体上，而是成为身体的一部分。它不适用硅基电路，而是直接利用生理机制；也不需要电池，而是依赖细胞自身的代谢提供能量。

这一构想的潜在应用场景十分广泛。它或能实时监测类风湿关节炎或炎症性肠病等慢性炎症疾病。一些感染可能在发烧前就被提前发现。在兽医学领域，植入式生物传感皮肤或许能帮助监测牲畜健康，而无需反复抽血。

然而，挑战依然存在。植入经过基因改造的细胞涉及监管与伦理问题。这些细胞在体内多年后是否依然稳定？会不会发生免疫排斥？EGFP在研究中非常方便，但在临床应用中，可能需要免疫原性更低的组织。

不过，目前这种发光皮肤仍然仅处于前沿研究阶段。但它所传递的信息非常清晰：生物本身可以成为技术。当皮肤开始“说话”，医学也许将学会以全新的方式倾听。