毛囊干細(xì)胞的研究進(jìn)展

白青山，金世柱，韓明子

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科，黑龍江 哈爾濱 150086

毛囊是皮膚的衍生物，由表皮下陷而形成。毛囊干細(xì)胞(hair follicle stem cell，HFSC)定位于毛囊上部，由外根鞘形成的明顯突起，即隆突區(qū)域(bulge)，表現(xiàn)為未分化的原始細(xì)胞及標(biāo)記的停留細(xì)胞，有多種明確的分子標(biāo)記物如CD34、K15、K19、α6、β1、Nestin、Lgr5、Sox9、Tcf3［1-2］。毛囊干細(xì)胞具有其他成體干細(xì)胞的共同特性，具有多向分化的潛能［3］。人成體毛囊中含有類似于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的細(xì)胞，將其定義為人毛囊間充質(zhì)樣干細(xì)胞(human follicular mesenchymal like stem cells，HF-MSC)。HF-MSC 不僅表達(dá)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的表型，而且還具有多方向分化潛能，即分化為脂肪、軟骨、骨、血管平滑肌、神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞等組織特異性細(xì)胞和造血細(xì)胞［4］。毛囊干細(xì)胞具有許多與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞相似的特性。近年來，毛囊干細(xì)胞多向分化潛能的研究備受關(guān)注，已經(jīng)成為當(dāng)今干細(xì)胞研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)科學(xué)問題之一。本文對(duì)毛囊干細(xì)胞多向分化潛能在再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用當(dāng)中的研究進(jìn)展作一概述。

1 毛囊干細(xì)胞概況

1.1 毛囊和毛囊干細(xì)胞 毛囊在毛發(fā)再生過程中至少經(jīng)歷8個(gè)不同的上皮細(xì)胞系［5］。毛發(fā)由隆突部位定植的毛發(fā)初生期的基底部快速增殖的基質(zhì)角質(zhì)化細(xì)胞發(fā)育而來。毛發(fā)初生期階段的長(zhǎng)短依據(jù)毛發(fā)的長(zhǎng)度而有所不同。此外，基質(zhì)細(xì)胞可以在初生期細(xì)胞發(fā)生退行性改變后而阻止毛發(fā)的增殖。經(jīng)歷退行性改變后，較低位置新生毛囊占毛發(fā)的比例較低時(shí)，新的毛發(fā)再生過程便開始了［6］。毛囊干細(xì)胞定植在毛囊隆突部位，具有干細(xì)胞的特性，包括多向分化潛能、潛在的高增殖能力和保持細(xì)胞靜止的能力。譜系分析技術(shù)已經(jīng)證實(shí)幾乎所有的內(nèi)皮細(xì)胞層內(nèi)成體毛囊和毛發(fā)均起源于隆突部位的細(xì)胞［7］。因此，毛囊干細(xì)胞可能在毛囊的每一個(gè)增殖循環(huán)中均發(fā)揮重要作用。

1.2 毛囊干細(xì)胞的標(biāo)志物 沒有明確的干細(xì)胞標(biāo)志物來鑒定隆突區(qū)域的毛囊干細(xì)胞，已經(jīng)嚴(yán)重地阻礙了毛囊干細(xì)胞的研究進(jìn)程。Trempus等［8］首先證實(shí)了CD34 陽(yáng)性表達(dá)于毛囊干細(xì)胞，可以作為毛囊干細(xì)胞的標(biāo)志物之一。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，科研人員憑借CD34抗體利用流式細(xì)胞分選技術(shù)獲取大量存活的隆突區(qū)干細(xì)胞［9］。角蛋白15 在隆突區(qū)高水平表達(dá)，但在外毛根鞘和表皮的基底層呈現(xiàn)低表達(dá)水平［10］。利用K15 啟動(dòng)子復(fù)制的轉(zhuǎn)基因小鼠能夠有效的限制成年小鼠隆突的增殖［11］。利用連接綠色熒光蛋白作為報(bào)告基因同時(shí)表達(dá)神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)志物巢蛋白(nestin)的轉(zhuǎn)基因小鼠，研究人員證實(shí)了巢蛋白也可以作為毛囊干細(xì)胞的標(biāo)志物。這些圍繞在毛干周圍隆突區(qū)形態(tài)較小的卵圓形表達(dá)巢蛋白的細(xì)胞通過短的樹突細(xì)胞相互連接在一起。在毛發(fā)初生的中晚期，表達(dá)綠色熒光蛋白的細(xì)胞定位表達(dá)于外毛根鞘的上部及隆突區(qū)域;但在毛囊基質(zhì)的壺腹部不表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)巢蛋白陽(yáng)性表達(dá)的細(xì)胞形成了外毛根鞘。Morris等［12］利用綠色熒光蛋白在轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)成功地分離出毛囊干細(xì)胞。Yu等［13］證實(shí)了巢蛋白同時(shí)表達(dá)于人毛囊干細(xì)胞。位于毛囊隆突區(qū)表達(dá)巢蛋白的細(xì)胞是毛囊干細(xì)胞，這個(gè)證據(jù)說明:這些細(xì)胞不僅僅是定植于毛囊隆突區(qū)的干細(xì)胞，同時(shí)也是表達(dá)毛囊皮脂腺單元的內(nèi)皮組分;經(jīng)過一段時(shí)間的分化，這些毛囊干細(xì)胞可以產(chǎn)生大量的毛囊。Li等［14］發(fā)現(xiàn)巢蛋白表達(dá)于毛囊干細(xì)胞的同時(shí)，也可以與其他毛囊干細(xì)胞的標(biāo)志物共呈，但在其他干細(xì)胞中也難發(fā)現(xiàn)共呈現(xiàn)象。

2 毛囊干細(xì)胞的多向分化潛能

從成年小鼠獲取的毛囊干細(xì)胞與新生的皮膚細(xì)胞聯(lián)合注射到免疫缺陷小鼠的皮下可以發(fā)現(xiàn)新生毛囊的出現(xiàn)。來源于成年小鼠經(jīng)過培養(yǎng)的單個(gè)隆突細(xì)胞克隆在皮膚重建模型中也能分化成為新生的毛囊［15］。另外的一個(gè)研究小組也發(fā)現(xiàn)了來源于成年小鼠外毛根鞘上部的毛囊干細(xì)胞具有多向分化潛能，這些細(xì)胞不僅能夠分化成毛囊基質(zhì)細(xì)胞，還能分化為皮脂腺基底細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。Toma等［16］認(rèn)為來源于哺乳動(dòng)物表皮的多向分化潛能的干細(xì)胞，也被稱為皮膚來源的前體細(xì)胞，能夠在培養(yǎng)過程中增殖并分化成神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞;但是這些干細(xì)胞在皮膚的具體定植部位及其功能還不是很清楚。

2.1 毛囊干細(xì)胞分化成血管 新近研究人員發(fā)現(xiàn)巢蛋白和綠色熒光蛋白聯(lián)合標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)，起源于毛囊的干細(xì)胞能夠分化成為血管［17］。這一現(xiàn)象在巢蛋白和綠色熒光蛋白聯(lián)合標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因小鼠來源的胡須毛囊干細(xì)胞植入皮膚受損的裸鼠皮下之后，新生的血管結(jié)構(gòu)可以清晰地找到;這些新生的血管結(jié)構(gòu)表達(dá)內(nèi)皮細(xì)胞特異性標(biāo)志CD31和血管假性血友病因子(von Willebrand factor)。

2.2 毛囊干細(xì)胞分化成神經(jīng)元和其他類型的細(xì)胞

有研究證實(shí)巢蛋白和綠色熒光蛋白聯(lián)合標(biāo)記的毛囊干細(xì)胞在體外能夠定向分化成為神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、角質(zhì)化細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和黑色素細(xì)胞。這些經(jīng)巢蛋白和綠色熒光蛋白聯(lián)合標(biāo)記的毛囊干細(xì)胞具有多向分化潛能，并且陽(yáng)性表達(dá)CD34 干細(xì)胞標(biāo)志物，陰性表達(dá)K15，表明這些細(xì)胞處于原始的未分化狀態(tài)。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)毛囊干細(xì)胞接種于裸鼠皮下后能夠分化成為神經(jīng)元結(jié)構(gòu)［18］。

2.3 毛囊干細(xì)胞修復(fù)神經(jīng)細(xì)胞 科研人員發(fā)現(xiàn)［19］，將綠色熒光蛋白標(biāo)記的毛囊干細(xì)胞植入坐骨神經(jīng)切斷的縫隙部位，神經(jīng)再生能力明顯提高，并且神經(jīng)功能也得到顯著的恢復(fù)。移植的毛囊干細(xì)胞絕大多數(shù)分化成為雪旺氏細(xì)胞，這些細(xì)胞可以顯著地增加神經(jīng)元的再生。再生后重新連接的坐骨神經(jīng)的功能通過電刺激腓腸肌的收縮功能來加以評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)移植毛囊干細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物恢復(fù)了正常的行走能力。

3 展望

毛囊隆突區(qū)域富含大量的較易獲取的具有多向分化潛能的毛囊干細(xì)胞。這些毛囊干細(xì)胞表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志物CD34和巢蛋白，但不表達(dá)角質(zhì)化細(xì)胞標(biāo)志物K15，這一特點(diǎn)表明毛囊干細(xì)胞處于未分化狀態(tài)。毛囊干細(xì)胞在體外能夠分化成為神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、角質(zhì)化細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和黑色素細(xì)胞。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究表明巢蛋白和綠色熒光蛋白標(biāo)記的毛囊干細(xì)胞移植到裸鼠皮下能夠分化成為血管和神經(jīng)組織。毛囊干細(xì)胞植入到坐骨神經(jīng)或脛神經(jīng)離斷處的縫隙中，能夠促進(jìn)離斷神經(jīng)的再生并促進(jìn)受損神經(jīng)的功能恢復(fù)。毛囊干細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)分化為大量的雪旺氏細(xì)胞來促進(jìn)神經(jīng)元的再生，有助于恢復(fù)正常的行走能力。因此，毛囊干細(xì)胞移植技術(shù)提供了一個(gè)有效的、方便的自體來源的干細(xì)胞來治療周圍神經(jīng)損傷。因此，毛囊干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)中可以替代胚胎干細(xì)胞治療各種疾病，而且毛囊干細(xì)胞移植較胚胎干細(xì)胞移植沒有倫理學(xué)問題。更為重要的是，與其他來源的干細(xì)胞相比，毛囊干細(xì)胞更加容易從患者自身獲取，在體外經(jīng)培養(yǎng)擴(kuò)增后可以直接應(yīng)用于患者。Jahoda 研究小組證實(shí)了毛囊干細(xì)胞可以分化為小鼠血液細(xì)胞，能夠分化成為脂肪細(xì)胞和成骨細(xì)胞，并且參與組織損傷的修復(fù)［20-22］。毛囊干細(xì)胞在毛發(fā)再生領(lǐng)域也有極大的應(yīng)用價(jià)值。

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