Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路在毛囊形成和毛發(fā)生長中的作用

俞夢潔 夏汝山 楊莉佳

Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路在毛囊形成和毛發(fā)生長中的作用

俞夢潔 夏汝山 楊莉佳

毛囊形態(tài)的發(fā)生過程十分復(fù)雜，許多信號通路與信號分子參與了毛囊的周期性生長，其中對Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路的研究較為深入，而其對毛囊發(fā)育、形成、周期及再生調(diào)控的機制尚未完全闡明。概述Wnt/β聯(lián)蛋白通路，通過比較不同信號分子和調(diào)節(jié)因子對毛囊生長的及對毛囊干細(xì)胞的調(diào)控作用，旨在揭示其對胚胎期毛囊的形成、發(fā)育，成熟毛囊的生長周期及毛囊干細(xì)胞增殖分化的作用機制，這將有助于建立有效的毛發(fā)再生實驗，并對毛囊相關(guān)疾病的治療產(chǎn)生潛在性的應(yīng)用價值。

毛囊；毛發(fā)；信號傳導(dǎo)；干細(xì)胞；Wnt信號通路；β聯(lián)蛋白

毛囊形態(tài)發(fā)生是一個復(fù)雜的過程，需要上皮來源的角質(zhì)形成細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞的相互作用，是研究器官形成和組織特異性信號的理想模式系統(tǒng)［1］。毛乳頭是位于毛囊基底部的特殊成纖維細(xì)胞團，由毛乳頭細(xì)胞聚集而成。在毛囊的周期性生長中，毛乳頭也發(fā)生周期性的變化。在生長期，毛囊底部細(xì)胞開始發(fā)育，使毛囊向下生長并包裹毛乳頭，這時毛乳頭的細(xì)胞數(shù)目有所增加，可能是臨近的結(jié)締組織鞘細(xì)胞向毛乳頭細(xì)胞轉(zhuǎn)化以支持毛囊毛發(fā)的生長［2］。Jahoda等［3］發(fā)現(xiàn)，在這一時期人為去除處于生長期毛囊的毛乳頭，毛發(fā)即停止生長。在退行期，毛囊基底部的上皮細(xì)胞發(fā)生凋亡，毛乳頭細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)發(fā)生明顯的退化，但毛乳頭的完整性不受影響，可以向上移至與毛囊隆突的毛囊干細(xì)胞相接觸，這種情況一直持續(xù)到休止期［4］。在毛囊的周期性生長中，毛乳頭被認(rèn)為是調(diào)節(jié)毛囊形成和毛發(fā)生長的信號傳導(dǎo)中心?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多條與毛乳頭誘導(dǎo)毛囊形成和毛發(fā)生長有關(guān)的信號通路，其中，Wnt通路是研究比較深入的一條信號通路。

作者單位：214002江蘇無錫，南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫市第二人民醫(yī)院皮膚科

1 Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路

1．1 Wnt通路是一個保守的信號通路，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)十余種分泌型糖蛋白，多通過自分泌或者旁分泌的形式發(fā)揮作用。Wnt通路是細(xì)胞增殖分化的關(guān)鍵調(diào)控環(huán)節(jié)，在細(xì)胞增殖、存活、遷移、極化中發(fā)揮作用。β聯(lián)蛋白是一個多功能、廣泛分布的蛋白，主要表達(dá)于間質(zhì)細(xì)胞和上皮細(xì)胞，在誘導(dǎo)毛囊形態(tài)發(fā)生、維持毛囊生長發(fā)育及毛囊干細(xì)胞增生分化中起作用。β聯(lián)蛋白具備兩方面的生物學(xué)功能，Wnt信號通路靜止時，只參與細(xì)胞間的黏合連接；當(dāng) Wnt信號通路啟動時，起核心信號分子作用。毛囊干細(xì)胞內(nèi)表達(dá)高水平的β聯(lián)蛋白時，干細(xì)胞分化成為毛囊結(jié)構(gòu)的細(xì)胞，而低水平的β聯(lián)蛋白使毛囊干細(xì)胞分化成為表皮細(xì)胞。

1.2 Wnt信號通路：分為經(jīng)典型和非經(jīng)典型信號通路。經(jīng)典型Wnt信號通路即Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路，其激活始于Wnt信號與胞膜上的Frizzled受體和脂蛋白5/6受體相結(jié)合，使β聯(lián)蛋白的降解復(fù)合物解離導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)β聯(lián)蛋白大量聚集，積累進(jìn)入細(xì)胞核，在核內(nèi)與T細(xì)胞因子（TCF）/淋巴增強因子結(jié)合發(fā)生相互作用，激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。非經(jīng)典型Wnt信號通路包括Wnt/polarity細(xì)胞急性信號通路和Wnt/Ca2+通路。近年來發(fā)現(xiàn)經(jīng)典型Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路對毛乳頭功能的發(fā)揮起重要作用。

2 Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路與毛囊形成和毛發(fā)生長

2.1 β聯(lián)蛋白與毛囊形成：毛囊形成過程需要協(xié)調(diào)真皮毛乳頭和基板干細(xì)胞之間的信號交換。Tsai等［5］用 Tbx18（Cre）基因敲除小鼠系，監(jiān)視特異性敲除Wnt-應(yīng)激反應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子β聯(lián)蛋白在第一波毛囊形成過程中的影響。在缺乏β聯(lián)蛋白的情況下，經(jīng)典的Wnt信號在這些細(xì)胞中被有效摧毀。Sox2+真皮凝集物最初正常，但毛囊數(shù)嚴(yán)重減少，大多數(shù)觸須缺失。Nrhi等［6］研究顯示，即使是在缺失 Eda/Edar信號的情況下，加強上皮β聯(lián)蛋白的穩(wěn)定性會導(dǎo)致提前出現(xiàn)和過度對毛囊的誘導(dǎo)，而Eda/Edar信號通路對原始毛發(fā)基板的形成至關(guān)重要。另外，基板的間隔和大小都是隨機的。向下生長的毛囊被抑制，毛干的數(shù)量嚴(yán)重受損。Lien等［7］研究β聯(lián)蛋白-TCF 3/4-TLE旁路時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)毛囊干細(xì)胞處于休眠狀態(tài)時，TCF3、TCF4及TLE協(xié)調(diào)地結(jié)合在一起并抑制Wnt靶基因的轉(zhuǎn)錄，說明β聯(lián)蛋白對毛囊干細(xì)胞的存活是非必需的。

2.2 Wnt與毛囊形成：Shimizu 等［8］發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)的毛乳頭細(xì)胞失去誘導(dǎo)毛囊形成和毛發(fā)生長的功能，但與能分泌Wnt3a的細(xì)胞共培養(yǎng)時，又恢復(fù)了該能力。他們將帶有Wnt3a基因的重組病毒感染毛乳頭細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其誘導(dǎo)毛囊形成和毛發(fā)生長的能力明顯提高，進(jìn)一步證實Wnt3a是直接作用于毛乳頭細(xì)胞而發(fā)揮功能的。他們又將帶有β聯(lián)蛋白基因的重組病毒感染毛乳頭細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其誘導(dǎo)毛囊形成和毛發(fā)生長的能力也得到明顯的提高，并且發(fā)現(xiàn)β聯(lián)蛋白/TCF在核內(nèi)聚集。

2.3 Wnt/β 聯(lián)蛋白與毛乳頭細(xì)胞：Yang 等［9］通過SiRNA干涉體外培養(yǎng)的低傳代毛乳頭細(xì)胞中β聯(lián)蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)β聯(lián)蛋白和versican的表達(dá)同時下降。而干涉versican基因的表達(dá)，β聯(lián)蛋白的表達(dá)不受影響，但毛乳頭誘導(dǎo)毛囊形成和毛發(fā)生長的功能明顯減弱。在培養(yǎng)基中加入Wnt3a，毛乳頭細(xì)胞的β聯(lián)蛋白和versican的表達(dá)同時增加，且通過染色質(zhì)免疫沉淀法發(fā)現(xiàn)，β聯(lián)蛋白/TCF結(jié)合于versican基因的上游增強子區(qū)域，證實了在毛乳頭細(xì)胞中，Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路可調(diào)節(jié)versican基因的表達(dá)來調(diào)控毛乳頭誘導(dǎo)毛囊形成和毛發(fā)生長功能。

3 Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路的調(diào)節(jié)因子

3.1 TCF4：Xiong 等［10］對 Wnt/β 聯(lián)蛋白信號通路的調(diào)節(jié)因子TCF4進(jìn)行了研究，他們通過SiRNA干擾毛乳頭細(xì)胞TCF的合成，使β聯(lián)蛋白無法與相應(yīng)的DNA結(jié)合，發(fā)現(xiàn)毛乳頭細(xì)胞分泌的促進(jìn)毛發(fā)生長的細(xì)胞因子干細(xì)胞因子（SCF）、胰島素樣生長因子（IGF）有所下降。通過導(dǎo)入含TCF4基因的質(zhì)粒，增強β聯(lián)蛋白/TCF4復(fù)合體與相應(yīng)DNA的結(jié)合，他們發(fā)現(xiàn)，毛乳頭細(xì)胞分泌的促進(jìn)毛發(fā)生長的細(xì)胞因子HGF、SCF有所增加，說明TCF4在細(xì)胞內(nèi)過表達(dá)時能提高毛乳頭細(xì)胞的增殖和分泌能力，從而改變其生物學(xué)功能。由此推測，TCF4的缺失可能導(dǎo)致斑禿和下游功能基因表達(dá)的改變，繼而影響毛乳頭細(xì)胞因子的合成及分泌，最終促使毛囊從生長期進(jìn)入休止期。Lien等發(fā)現(xiàn)高水平的TCF3/4有助于毛囊干細(xì)胞維持多能性，TCF3/4及TLE水平降低或Wnt/β聯(lián)蛋白水平升高時，毛發(fā)開始再生［7］。

3.2 TCF1：Aulicino 等［11］對 TCF1 進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞經(jīng)歷重排時，衰老基因被抑制，而間質(zhì)傾向于向上皮轉(zhuǎn)換，與TCF1活性的抑制相關(guān)。Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路在重排啟動時沉默，在晚期被激活，其持續(xù)性的激活或抑制不利于重排，而暫時性的擾動對有效的重排而言至關(guān)重要，“Wnt-off”狀態(tài)可以視為早期重排的標(biāo)志物。

3.3 Lef1：Zhang 等［12］對 Wnt通路中控制細(xì)胞生長和分化的Lef1進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)在共培養(yǎng)體系中，多能隆突干細(xì)胞向毛發(fā)誘導(dǎo)分化時，Lef1顯著上調(diào)并在核內(nèi)積聚，隨后激活靶蛋白c-myc和jagged1。與此同時，β聯(lián)蛋白和notch1的表達(dá)增加，說明Wnt和Notch信號通路被激活。Lef1的過表達(dá)促進(jìn)隆突干細(xì)胞朝無發(fā)方向分化，β聯(lián)蛋白向核內(nèi)遷移。Shin等［13］發(fā)現(xiàn)，用人參皂苷F2、非那雄胺處理小鼠后，進(jìn)入退行期的毛囊中Wnt信號通路相關(guān)因子β聯(lián)蛋白及Lef1表達(dá)增強，組織病理顯示，毛囊數(shù)量增多、表皮增厚及生長期毛囊數(shù)量增多，說明兩者能促進(jìn)毛乳頭細(xì)胞的增殖。

4 Wnt信號分子的作用

Ouji等［14］通過比較不同 Wnt信號分子（Wnt3a、Wnt5a、Wnt10b、Wnt11）對體外培養(yǎng)的毛乳頭細(xì)胞的作用。發(fā)現(xiàn)經(jīng)典型Wnt/β聯(lián)蛋白途徑的Wnt3a和Wnt10b對毛乳頭誘導(dǎo)毛囊形成和毛發(fā)生長的功能有明顯的促進(jìn)作用，同時能夠顯著增加毛乳頭細(xì)胞堿性磷酸酶、versican的表達(dá)。

4.1 Wnt5a：Wnt5a是一個非經(jīng)典的Wnt家族成員，最新研究證實，通過Wnt5a可調(diào)節(jié)Wnt/β聯(lián)蛋白信號，而該信號在體內(nèi)毛囊毛乳頭中高度表達(dá)。Kwack等［15］研究了Wnt5a是否能夠影響毛乳頭細(xì)胞中經(jīng)典的Wnt/β聯(lián)蛋白信號。用Wnt5a處理導(dǎo)致Wnt3a介導(dǎo)后提高的β聯(lián)蛋白信號衰減，培養(yǎng)的毛乳頭細(xì)胞中轉(zhuǎn)染W(wǎng)nt5a siRNA可以增強β聯(lián)蛋白信號。因此，Wnt5作為自分泌因子，可以降低人毛乳頭細(xì)胞的經(jīng)典Wnt信號通路。另外，有研究表明，Wnt5a有雙重信號活動，即在體內(nèi)能誘導(dǎo)或抑制β聯(lián)蛋白/TCF信號，依賴于表達(dá)的時間、位點以及細(xì)胞表達(dá)的受體。Wnt5a的過表達(dá)會導(dǎo)致靜止期延長并抑制生長期，使毛囊處于休眠狀態(tài)［16］。

4.2 Wnt3a：Shin 等［17］通過基因芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)了用含Wnt3a培養(yǎng)基培養(yǎng)的毛乳頭細(xì)胞的EP2的表達(dá)顯著增加。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Wnt3a能夠通過Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路顯著增加毛乳頭細(xì)胞EP2的表達(dá)，增加毛乳頭細(xì)胞對PGE2的敏感性，而EP2和前列腺素E2的結(jié)合能夠通過激活胞質(zhì)內(nèi)的腺苷酸環(huán)化酶進(jìn)一步發(fā)揮調(diào)控靶基因表達(dá)的功能，他們也證實了用含前列腺素E2的培養(yǎng)基培養(yǎng)Wnt3a預(yù)處理過的毛乳頭細(xì)胞，毛乳頭細(xì)胞誘導(dǎo)毛囊形成和毛發(fā)生長的能力明顯提高。與此同時，他們觀察到Wnt3a處理毛乳頭細(xì)胞后在提高Wnt促進(jìn)因子LEF1、FZD7表達(dá)的同時，某些Wnt的抑制因子AXIN2、DDK-1的表達(dá)也升高了。此外，成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）信號通路中的FGF7、FGF10和骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）信號通路中的 BMP4、BMPM1、BAMB2的表達(dá)都有影響。

4.3 Wnt7b：Kandyba 等［18］抑制體內(nèi)的 BMP 通路后發(fā)現(xiàn)，Wnt7b在毛囊干細(xì)胞生長期內(nèi)表達(dá)上調(diào)，其對毛囊向下生長的進(jìn)程是至關(guān)重要的，而對毛囊形態(tài)發(fā)生時基板形成的啟動不起作用。作者進(jìn)一步研究表明，Wnt7b在毛囊生長的晚期發(fā)揮作用，對維持正常生長期的長度及退行期啟動的合適時間點是不可或缺的，同時能激活和促進(jìn)毛囊干細(xì)胞從正常的休止期轉(zhuǎn)換到生長期。

5 Wnt信號通路與其他

Ambler等［19］研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β 聯(lián)蛋白信號通路能夠增強Notch信號通路的配體Jagged1的表達(dá)，從而導(dǎo)致毛乳頭細(xì)胞Notch通路的靶基因Hey1和Hey2的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，毛乳頭細(xì)胞能夠誘導(dǎo)干細(xì)胞向角質(zhì)形成細(xì)胞方向分化，而Wnt/β聯(lián)蛋白信號途徑能夠增強毛乳頭細(xì)胞的這種誘導(dǎo)分化能力［14］。Enshell-Seijffers等［20］通過基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，真皮乳頭中β聯(lián)蛋白調(diào)節(jié)，包括FGF和IGF等信號通路，從而介導(dǎo)真皮乳頭的誘導(dǎo)效應(yīng)。

6 結(jié)語

Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路在毛囊形成和毛發(fā)生長中的關(guān)鍵作用已得到認(rèn)可，體外毛囊重建的特性對于治療脫發(fā)性疾病的意義也受到越來越多的關(guān)注?，F(xiàn)已有多種治療方式是通過調(diào)節(jié)作用于毛乳頭細(xì)胞的某些信號通路發(fā)揮作用，但是毛囊形成和毛發(fā)生長是復(fù)雜的信號分子相互調(diào)控的過程，同一信號通路不同分子之間、不同信號通路與信號通路之間如何進(jìn)行協(xié)同或拮抗作用及各種信號通路對毛囊干細(xì)胞的作用機制是下一步需要研究的重點。

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Roles of the Wnt/β-catenin signaling pathway in hair follicle formation and hair growth

Yu Mengjie，Xia Rushan，Yang Lijia.
Department of Dermatology,Wuxi No.2 People′s Hospital Affiliated to Nanjing Medical University,Wuxi 214002,Jiangsu,China

The morphogenesis of hair follicles is complicated.Many signaling pathways and molecules participate in hair follicle cycling and growth,of which,the Wnt/β-catenin signaling pathway is the most deeply studied,however,how it regulates hair follicle development,formation,cycling and regeneration has not been fully elucidated.The authors compare the regulatory effects of different signaling molecules and regulating factors on hair follicle growth and hair follicle stem cells,with a focus on the Wnt/β-catenin signaling pathway,aiming to reveal the action mechanisms of the pathway in the development of embryonic hair follicles,growth cycle of mature hair follicles,and proliferation and differentiation of hair follicle stem cells,to facilitate the establishment of an efficient assay for hair reconstitution,and eventually to benefit the treatment of hair follicle-related diseases.

Hair follicle;Hair;Signal transduction;Stem cells;Wnt signaling pathway;beta Catenin

Yang Lijia，Email:wxeyylj@126.com

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.06.017

楊莉佳，Email:wxeyylj@126.com

本文主要縮寫：TCF：T細(xì)胞因子，SCF：干細(xì)胞因子，IGF：胰島素樣生長因子，F(xiàn)GF：成纖維細(xì)胞生長因子，BMP：骨形態(tài)發(fā)生蛋白

2015-01-07）