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哺乳類の中で、自切は何度か進化したようだが、分類学的にはまばらである。 記録されている自切は一般的に尾に限られ、尾鞘の消失（偽自切）や椎骨を挟んでの骨折（真自切）により起こる2,5。 尾部自切のほか、皮膚が弱い、あるいは脆弱な哺乳類についても何気なく言及されているが、これらの動物が皮膚自切を行うことができるかどうかはまだ不明である。 そこで我々はまず、アフリカトゲネズミの2種（Acomys kempiとAcomys percivali）が捕食者から逃れる行動として容易に皮膚の一部を脱ぐという逸話を調査した。

A. kempiとA. percivaliが皮膚自切を行うことができるという仮説を確かめるために、我々はケニヤ中央部の岩場（kopjes）で個体をライブトラップした。 Acomys属の種は、ガードヘア以外に背中に棘のような毛があることが特徴である（図1a, b）。 両種を野外で扱うと、激しい動きで皮膚が裂けることが多いことが確認された。 引き裂かれた皮膚は大きく開いた傷となり、小さなものから背面全体の60%にも及ぶ面積が失われた(Fig. 1c)。 また、両種とも、他のアカメガシワ類で報告されているように尾部鞘の自切が見られ、尾部を欠損した個体がしばしば捕獲された2。 飼育個体では、重度の皮膚創傷が速やかに治癒し、棘毛が急速に再成長して創傷部が完全に隠れることが観察された（図1d, e）。 野外で捕獲した個体でも同様の治癒が見られ、場合によっては、傷の部分に再生したと思われる無毛期（＝成長期）の毛包の模様が見られた（Fig.1f）。

コミューンの皮膚がなぜ簡単に破れるのかを調べるために、コミューンの皮膚の力学的特性がその弱さの背景にあるのではないか、と考えた。 ヤモリの皮膚自切術を研究した実験3に基づいて、弱い皮膚（すなわち、比較的低い誘導負荷で破壊または破損する均一な構造特性を有する皮膚）は、脆弱な皮膚（すなわち、外層が解放される破断面などの特定の形態的特徴を有する皮膚）と区別することができます。 皮膚の脆弱性を評価するために、AcomysとMusの皮膚の力学的特性を比較した。 その結果、Musは破断する前に弾性を示すのに対し、Acomysは脆く、荷重をかけるとすぐに破断することがわかった（図2a）。 背部皮膚の応力-ひずみ曲線を求め、平均引張強度（σm）を求めたところ、Mus皮膚はAcomys皮膚の20倍の強度（2.3MPa±0.19、0.11MPa±0.03）を示した（図2a, b）。 最後に、平均靭性（W）を計算すると、Musの皮膚はAcomysの皮膚に比べて約77倍のエネルギーが必要であった（Fig. 2b）。 これらの結果は、低張力に対して容易に破れる皮膚を持つことを示し、その弱さの力学的根拠を与えている。

アメフラシの皮膚の構造的特性がその機械的弱さに貢献しているかどうかを評価するために、我々はアメフラシの皮膚の細胞の特徴を調べ、毛包ははるかに大きいものの、解剖学的に Mus や他のネズミのそれと同等であることがわかった（図2c、d）。 また、ヤモリやスキンクの皮膚自立のメカニズムである破断面は見いだせなかった3。 皮膚の弾力性を高めるエラスチン繊維を調べたところ、3種とも真皮と肉芽の下に同じような分布と量のエラスチンを持っていた（図S1a-f）。 毛包が大きくなると、真皮内の付属器（毛包や関連腺など）の割合が減少し、結合組織が占める真皮の総面積が減少するかどうかを調べたところ、A. percivali（55.61%±4.28）ではM. musculus（43.65%±4.62）より大きかった（t=1.9、P=0.043）（図2e, f）。 これらの結果は、Acomys の皮膚の基本的な組織構造は Mus と同様であるが、真皮内の付属器によって占められる空間が結合組織の絶対量を減少させ、皮膚を緊張状態に置いたときの弾性の低下と引張強度の低下に寄与している可能性を示唆している6。

その固有の構造的弱点と裂けやすい性質を考慮し、小さな傷（4mm）と大きな傷（1.5cm）の全層切除（FTE）を用いて、皮膚の傷を治す能力を評価しました。 どちらのサイズの傷でもかさぶたの形成と止血は迅速で、大きな傷では受傷から24時間後に傷の面積が64%±3.1%減少した（Fig. S2a）。 陸生サンショウウオ7や哺乳類の胎児8では、傷の治癒は数日以内であるが、成体ラットの皮膚では4mmの傷の再上皮化には5-7日かかる9。 Acomysでは、6つの4mm創傷のうち5つが損傷後3日目（D3）までに完全に再上皮化したのに対し、Mus創傷はこれほど早く再上皮化しなかった（図2g, h）。 再上皮化後、皮膚の緩い哺乳類（げっ歯類、ウサギなど）は、傷を治すために主に収縮に頼っている10。 同様に、17日後の創傷治癒の95%を占める高い収縮率を観察した（Fig. S2a-c）。 瘢痕化ではコラーゲン線維が表皮と平行に密なネットワークを形成するのとは対照的に、無瘢痕治癒ではコラーゲン線維は傷のない真皮に近いパターンをとる10。 D10で細胞外マトリックス（ECM）を調べると、Musでは瘢痕が観察されたが、Acomysではコラーゲン線維はあまり密に詰まっておらず、より多孔質の構造を含んでいた（図2i, j）。 ピクロシリウス・レッドを用いると、D10時点の創傷床はMusではI型コラーゲンが優勢であったが、AcomysではIII型コラーゲンがより豊富であった（Fig. 2k, l）。 この差は1.5cmの傷でより顕著であった（Fig. S3a-b’）。 これらのデータを総合すると、Acomysでは迅速な再上皮化と創傷端の収縮により、開いた皮膚裂傷の大きさが大幅に減少することが示された。 創傷ECMは（1）ゆっくりと堆積し、（2）多孔質な構造を持ち、（3）III型コラーゲンが優勢であるという我々の発見は、Acomysの皮膚修復においてこの組成が線維化よりも再生を好むことを示唆する。 より多孔性のECMに関連して、D21からD28の間に創床に正常な毛包の毛と大きな有毛の毛嚢新生を観察し、創縁近くの古い、大きな毛嚢と創床内の新しく再生した毛嚢を区別できた（図3a-dおよび図S3c-e）。 新しい毛包は、中央部だけでなく、創床の未収縮部分全体で再生しているように見え（図3cおよび図S3e）、様々な発達段階にある再生毛包を観察した（図3a-mおよび図S4a-c）。 表皮細胞の局所的で高度な増殖性の集団が毛包の発生を促進しており、毛包の再生時にも同様の現象が観察された（図3e、図S4a-c）。 毛包の発生に使われた胚性シグナル伝達ネットワークが、毛包再生時にも展開されているかどうかを調べるために、Keratin-17（Krt17）を調べた。Krt17は、皮膚の発生過程で表皮内に広く発現し、徐々に発生中の毛包に限定されるようになる11。 再上皮化後のD14では、KRT17は創傷床を覆う新生表皮全体に非常に濃縮されており、創傷床に新しい毛包が形成されると、KRT17は毛包上皮に限定された（図3fおよび図S5）。 Musの創傷修復中、D14で再上皮化した表皮でもKRT17が高度に発現していることがわかった（図S5）。D21でMus表皮のいくつかの基底ケラチノサイトにKRT17が局在したが、これらの部位はプラコードや新しい毛包に集合することができず、D26までに新しい表皮からKRT17が完全に消失していた（図3f）。 このようにMusの基底細胞からKRT17が消失したことは、Acomysの新しいプラコードと毛包にKRT17が引き続き局在していることと合わせて、Musのプラコード形成に必要な真皮のシグナルが欠落していることを示唆している。

プラコード形成の正確なシグナルはまだ不明だが、正常な毛包形成にはWntシグナルが絶対必要である12． LEF1タンパク質の核局在は、この誘導的なシグナルの読み出しとして用いられてきた13。 我々は、再生中の表皮プラコード、毛乳頭の下にある凝縮した真皮線維芽細胞、真皮乳頭とマトリックス細胞にLEF1の核内蓄積を検出した（図3g、hおよび図S6a）。 また、一部の非プラコード基底部のケラチノサイトに低レベルの核内LEF1染色を検出したが、Musの創傷治癒時には表皮に核内LEF1を検出しなかったことから、Acomysにおける表皮のWnt活性化が毛包再生の観察に一部関与している可能性が考えられた（Fig. 7163>

正規のBmpシグナルの制御は、毛包の誘導と毛包前駆細胞集団の成熟毛包への分化にも関与している（総説あり14）。 SMAD1、5、8のリン酸化（pSMAD1/5/8）は、canonical Bmpシグナル伝達の確実な読み出しである。 毛包誘導期には低レベルのpSMAD1/5/8が検出され、その後、毛球で分化中の皮膚乳頭とマトリックス細胞で高レベルで検出された（図3i, j）。 さらに、再生中の毛包の一部でSOX2陽性の毛乳頭が検出されましたが、これはマウスの毛包の発生過程で様々な毛型を特定する役割を果たしていることと一致します15 (Fig. 3k)。 これらの結果から、アカメガシワの再生毛包は、毛包の発達の決まった段階を経て、高い増殖率を示し、胚性毛包の発達で利用された分子経路を再展開して新しい毛包を再生していることが明らかになった

大人の哺乳類の皮膚は、通常は傷に反応して表皮由来の構造（腺や毛包など）を再生することができません。 例外として、ウサギや最近では実験用マウス（C57BL6/SJ、SJLまたは混合系統）において、大きな切除創で自発的な毛包形成が観察されている16,17,18。 ウサギはまた、大きな耳介パンチ創を再生することができる数少ない哺乳類種の一つである19。 我々は、Acomysで観察された再生能力は、その耳組織にも及ぶのではないかと仮定した。 この仮説を検証するために、我々は両アカメリスの耳に4mmの穴を開け、驚いたことに、この大きな穴を塞ぐことができた（図4a-cおよび図S7a-c）。 耳の組織には、皮膚（表皮と真皮）、毛包、脂肪細胞、筋肉、軟骨があるが、カミキリムシは筋肉以外のすべての組織を高い忠実度で再生できることがわかった（Fig.） 傷の12日後には、表皮の下の傷の周囲に細胞の蓄積が見られ、新しい組織の再生は求心的であったが、パンチの近位側でより大きく細胞が蓄積された。 毛包と軟骨の再生は近位から遠位への波で進行し（図4d, e）、皮膚と同様に耳の毛包表皮はWntシグナルを活性化していた（図S6d, e）。 一方、Acomysとは対照的に、Musは4mmの耳孔を再生することができず、代わりに瘢痕組織を形成することがわかった（図S8a, b）。 興味深いことに、瘢痕形成にもかかわらず、Musの耳の修復では、切断された軟骨の遠位に軟骨コンデンセーションのデノボ形成が見られた。これは、Musが耳の傷害後の再生反応を開始するが、維持しない可能性を示唆している（図、S8b）。

哺乳類の再生が胚盤胞の形成によって行われるのか、それとも過形成が誇張されて行われているのかは、まだ不明である20,21,22。 ブラストマ形成は、エピモルフィック再生の特徴であると考えられている。 再生芽球腫の特徴の一つは、増殖細胞を含み、再生中も増殖を維持することである23。 我々は、Acomysでは耳の再生全体に、Musでは驚くことに治癒した耳の組織全体に、広範な増殖を観察した（図4f, g）。 しかし、Acomysの遠位表皮では増殖が見られないのに対し、Musの表皮では遠位先端部まで増殖が見られた（Fig. 4f, g）。 7163>

胚盤胞の第二の特徴は、特殊な表皮シグナルセンター（創傷表皮）の形成であり、これは増殖中の胚盤胞が細胞周期に留まるために必要であり24、表皮層の消失、基底ケラチノサイト極性の消失、成熟基底膜の欠如によって特徴づけられる25。 Acomysの再上皮化後、我々は遠位表皮の肥厚、基底ケラチノサイトの無秩序化、成熟基底膜の欠如を認めた（Fig. 4j）。 一方、切断面近傍の表皮は正常な層状構造を示し、顕著な基底膜を有していた（Fig.4k）。 一方、Musは再上皮化後に一過性に創傷表皮を形成したようであり、割合に小さい遠位領域が短期間にこれらの特徴を示した（データは示していない）。 MusのD12までには、コラーゲンタイプIVの染色により、治癒した耳の表皮全体の下に成熟した基底膜が認められた（Fig. 4l）。 さらに、表皮は正常な層状化と基底ケラチノサイトの適切な頂膜-基底膜極性を示した（図4g、l）。

創傷表皮の持続的増殖と形成に加えて、細胞外マトリックス（ECM）分子が再生中の増殖支援とその後の分化誘導に重要な役割を演じる26。 一方、ラミニンやコラーゲンI型など分化を促す分子は、両生類の四肢再生時に胚盤でダウンレギュレーションされ、筋骨格系の分化が進むと発現する26,27。 D12におけるAcomysの耳の組織学的検査では、高レベルのフィブロネクチン（FN）、高密度に詰まった細胞を取り囲むいくつかのテナシン-C（TN-C）が見つかったが、非常に低いレベルのコラーゲンI型（図S9a-c）であることがわかった。 コラーゲンIII型も再生中はコラーゲンI型より豊富であった（図S9d-d’）。 TN-Cは新しい軟骨が分化し始めた領域から制限されるようになり、これらの分化細胞内で、新しい耳介軟骨を生じさせる細胞におけるBmpシグナル伝達経路の活性化を見出した（図4oおよび図S10）。 Musの耳の過形成の間、ECMは当初Acomysの耳と同様に高レベルのFNと低レベルのTN-Cを示したが、比較的高いレベルのI型コラーゲンを生成した（図S9e-g）。 Musのコラーゲン産生はより速く、より豊富であるだけでなく、コラーゲンI型とIII型の比率がより高かった（図S9h、h’）。 MusではコラーゲンI型の産生が旺盛であることから、常在繊維芽細胞が筋線維芽細胞に分化し、再生ではなく瘢痕化に寄与しているのではないかと考えた（総説あり28）。 α平滑筋アクチン（αSMA）を用いると、Musでは耳の組織全体に筋線維芽細胞が多く存在したが、Acomysの耳ではほとんど見られなかった（図4m, n）。 これらのデータは、創傷ECMが分化に拮抗しながら増殖を促進することの重要性を裏付け、早期のコラーゲンI型形成が付属器再生に拮抗するという以前の研究結果27を支持する。

これらのデータは、Acomysの耳の再生は、再生促進環境における早期の真皮の形成（scarring）と細胞増殖の維持のバランスが重要であることを示唆している。 一方、Musは創傷表皮の形成（維持）に失敗しており、これは基底膜の形成や表皮の層化が早まることと同時である。 このため、細胞増殖が失われ、（III型コラーゲンの代わりに）I型コラーゲンの沈着が増加し、筋線維芽細胞が活性化し、最終的に瘢痕形成が起こる。 今回のデータは、耳の再生が芽球形成と同様の特徴を持つことを示唆しているが、創傷表皮の組織化と維持に必要な分子シグナルの解明や再生細胞の系統の特定は、これらの動物で再生がどのように行われるかを考える上で極めて重要である。 今後、アコマイスターがどのように線維化を制御することができるかを調べることで、野生哺乳類の感染や炎症に直面したときに再生と瘢痕化のバランスをとることができるかを明らかにし、哺乳類の上皮再生を調べるための理想的なモデル系を提供することができるだろう

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