真皮干细胞在毛囊周期中的作用

潘霄汝 张汝芝 金慧玲

真皮干细胞在毛囊周期中的作用

潘霄汝 张汝芝 金慧玲

毛囊由表皮（上皮）及真皮（间充质）组成，它们之间的相互作用在毛囊的形态发生及生长中发挥重要作用，二者之间相互作用是毛囊成功重建的关键因素。在毛发形成过程中，真皮细胞是诱导者，上皮细胞是应答者。真皮鞘和毛乳头内存在毛囊真皮干细胞，属于成体干细胞，具有慢周期、未分化、自我更新和体外增殖能力强的特点。真皮鞘中的真皮干细胞较长寿，可以历经几个毛囊周期，重建真皮鞘。在毛囊周期的生长期，真皮鞘中的干细胞产生新细胞提供给毛乳头；在退行期，真皮干细胞子代移出毛乳头或死亡。毛囊真皮细胞对于损伤和疾病之后的毛囊重建及修复具有重要意义。

毛囊；真皮；干细胞；生物学过程；毛发疾病

Fund program:Special Fund for Conditional Construction and People′s Livelihood Science and Technology of Jiangsu Province（BL2014036）

毛囊由上皮和真皮组成，它们之间的相互作用在毛囊的形态发生和毛发生长中发挥重要作用。两种细胞类型之间的信号通路交互而复杂，在毛发形成过程中，真皮细胞是诱导者，上皮细胞是应答者［1］。尽管在小鼠身上进行的毛发实验取得了显著效果，但重建人类毛囊仍然是挑战，需要探讨在处理过程中富集具有生发能力的细胞，并维持他们的生发能力，以及给这些细胞提供适当的宿主环境。

1 毛囊真皮干细胞的壁龛

1.1 毛乳头：毛囊的真皮部分可以分成两部分；毛乳头及真皮鞘。毛乳头是位于毛囊基底部的特殊间质成分，是真皮干细胞的化学及物理性壁龛。毛乳头细胞提供指导性信号，诱导毛囊隆突区的细胞增殖，启动毛囊生长期［2］。一个充分发育的生长期毛囊，毛乳头定居在皮下脂肪深层，被毛发基质细胞包围［3］。因此，利用分离酶和随后的胶原酶处理存在于皮下脂肪层的生长期毛囊下部，可更有效地获取人类毛乳头［4］。在退行期，上皮细胞带退化，毛乳头移向真皮。在退行期末，隆突的底部形成次级毛胚芽，毛乳头细胞立即向这些细胞靠拢、停留，并形成下一个毛囊周期中的下部毛囊［3］。体外培养的毛乳头细胞呈扁平和多边形，有向多层次聚集生长的趋势，这种聚集行为可能与其毛囊诱导性有关。多次传代后，毛乳头细胞逐渐失去增殖能力。在培养液中加入成纤维生长因子2可以促进小鼠触须和人毛乳头细胞的长期培养，超过30代［5］。

1.2 真皮鞘：从隆突区水平向下衬托毛囊的上皮，通过蒂与毛乳头的基底相连。毛乳头与真皮鞘通过基底膜与毛囊上皮分离，由间充质起源的特殊成纤维细胞组成。在毛囊周期中，真皮鞘被认为是毛乳头细胞的贮存库，推测干细胞可能存在于真皮鞘，类似于相应的上皮部分外毛根鞘［6］。在经典的大鼠触须离断研究中，证实移除毛囊下部后毛乳头可以再生，然而，在隆突水平去除毛囊，毛乳头不会再生，显然再生细胞来源于真皮鞘。在正常的毛囊周期中，毛乳头和真皮鞘之间可能存在双向细胞交流［1］。最近的一项研究提示，凝血酶信号通过磷脂酰肌醇3激酶途径调控毛乳头细胞和真皮鞘细胞之间的转换［7］。毛乳头和真皮鞘之间更精确的关系尚需要一种针对每个细胞群的特殊启动子［6］。

1.3 毛囊真皮干细胞在毛乳头和真皮鞘间的作用：在毛发周期中，毛乳头细胞的数量波动，但毛乳头细胞又很少经历有丝分裂。因此，人们推测，在毛乳头附近有前体细胞群，即毛囊真皮干细胞（HFDSC）存在，充当新毛乳头细胞的贮存库［8］。人们通过不同时间点Ki67染色的定量研究，观察并比较第一个成人毛发周期过程中毛乳头和真皮鞘内细胞分裂，结果显示，毛囊间质细胞在生长期的早期被激活分裂，在生长期的中后期增殖递减。在生长期的Ⅳ阶段，毛乳头细胞达到最大，此时细胞数量是休止期的两倍，认为细胞数的增加是从真皮鞘招募细胞［9］。在下一静止期之前，毛乳头细胞可再次迁移进入真皮鞘。真皮鞘和毛乳头内细胞增殖的比较显示，有丝分裂活动几乎都在真皮鞘细胞中进行［10］。

基于毛囊间充质内的增殖动力学，毛乳头内缺乏有丝分裂象。有推测，在真皮鞘周围有一个明显的前体细胞群，起着补充毛乳头细胞的作用。2014年，Rahmani等［10］为了验证此假说，进行了一种可诱导的体内遗传谱系追踪实验。结果发现，真皮鞘内存在一种自我更新的细胞群HFDSC，这种细胞能够功能性地重组真皮鞘和毛乳头，后续的分化和表型受到局部环境影响。HFDSC经历连续几个毛囊周期后仍能保留在真皮鞘中。

2 毛囊真皮干细胞的性状

2.1 毛囊真皮干细胞的分子标记:毛乳头和真皮鞘细胞是特殊的间充质细胞，能够表达特异性酶及分子［1］。尽管大多标记性蛋白的功能尚未知，但已广泛用于识别毛乳头和真皮鞘，例如，碱性磷酸酶（ALP）活性已被用作一种标记物来检测毛乳头的存在，作为毛发诱导性的指示剂，表达ALP的毛乳头细胞可以被培养和诱导毛囊形成［11］。在毛发生长早期，毛乳头和邻近毛乳头的近端真皮鞘中，ALP活性达到最高水平，在生长期的中间期，下降了50%［12］。体外培养的毛乳头细胞在传代后毛发诱导性降低，ALP表达下降。ALP活性时间和空间变化，与毛乳头和真皮鞘的毛发诱导性一致［13］。α平滑肌肌动蛋白存在于大鼠和人类毛囊真皮鞘中，但不存在于毛乳头内。然而，毛乳头细胞在培养中会变成α平滑肌肌动蛋白阳性。因此，体内α平滑肌肌动蛋白是真皮鞘的标记，在体外则是毛乳头和真皮鞘的共同标记［14］。

在小鼠，多能聚糖表达于生长期毛囊，在休止期毛囊中不表达。在人类毛囊，多能聚糖多被报道特异性地表达于毛发生长期的毛乳头，在诱导和维持生长期中发挥作用。雄激素性秃发毛囊微小化毛乳头中失去多能聚糖表达［15］。作为造血干细胞标记的CD133，也在生长早期阶段的毛乳头细胞中强烈表达，且CD133阳性的细胞诱导毛囊新生的效率比CD133阴性的细胞要高［16］。

2.2 毛囊真皮干细胞的生物学特征：HFDSC具有自我更新和多潜能分化的特征，能够分化为脂肪细胞、平滑肌细胞、成骨细胞、软骨细胞、甚至是神经元和神经胶质以及造血系统细胞。毛囊同种异体移植实验显示，HFDSC没有明显的免疫排斥反应，因此，更适合做为组织工程和临床应用的种子细胞［17］。还有学者认为，Oct4、Sox2、Klf4和c⁃Myc 4种转录因子即可重组HFDSC，产生诱导性多能干细胞，且拔取患者头发是一种无创而又易行的获取细胞的途径［18］。

最近一项研究显示，多种生长因子可以维持人毛囊来源的间充质干细胞的高增殖和多向分化的潜能。增殖分析表明，碱性成纤维细胞生长因子和表皮生长因子水平低至1 ng/ml以及酸性成纤维细胞生长因子＞5 ng/ml水平均增加HFDSC增殖。与增殖分析一致，免疫荧光染色显示，在这3种生长因子存在条件下，＞95%的毛囊间充质干细胞显示出细胞核抗原染色阳性，培养的HFDSC保留三胚层分化潜能的标记。相反，HFDSC会丢失大部分多向分化潜能［19］。

还有报道指出，HFDSC和角质形成细胞共培养也可以促进HFDSC生长，由角质形成细胞的调节培养基可以培养毛乳头细胞传代超过90代，且不丢失毛发的诱导活性［20］。研究还发现，与贴壁培养相比，三维环境中生长出的HFDSC能够保留部分诱导能力［21］。与角质形成细胞混合培养，模拟自然生长环境，可以在人皮肤中诱导重新产生毛囊，达到人类重建毛发的愿望［22］。

3 毛囊真皮干细胞在毛囊重建和维持毛发类型中的作用

3.1 毛囊真皮干细胞再生真皮鞘，补充毛乳头：细胞追踪观察显示，在毛发周期开始用YFP荧光标记真皮鞘内的干细胞，随着周期的进展，在毛乳头内观察到荧光标记细胞，且比例逐渐增加。由此可见，真皮鞘内的真皮干细胞可做为细胞储存库而发挥作用，随着生长周期的进展，不仅自身进行增殖，而且还不断地向毛乳头迁移，维持和补充每个新的毛发周期中毛乳头内的细胞数量［10］。

3.2 毛囊真皮干细胞调节毛发类型：Rahmani等［10］以他莫昔芬处理αSMACreERT2:YFP小鼠，标记HFDSC及其子代，随后在不同时间点解剖单个毛囊，观察记录毛发类型的改变和聚集入毛乳头内的YFP阳性细胞数。结果显示，转换成更大毛发类型的毛囊，毛乳头内的YFP阳性细胞显著升高。相反，在生长期开始，基因上耗竭HFDSC导致至少毛发生长暂时中断和改变毛发表型。他们还做了一组对照实验，利用白喉毒素杀死从休止期向生长期过渡的HFDSC，将小鼠脱毛处理后分为两组，一组用白喉毒素连续处理7 d，而对照组不予处理。结果显示，实验组鼠的毛发生长期进展延迟，且进展缓慢，毛囊YFP阳性细胞的数量减少，进入毛乳头的毛囊干细胞数量相应减少，因而毛发类型改变。

3.3 毛发疾病中的真皮干细胞：雄激素性秃发是一种以毛囊微小化和毛发生长期缩短为特征的疾病，可能是由于睾酮和二氢睾酮作用于毛乳头细胞内的雄激素受体，引起基因（如转化生长因子β和表皮生长因子1）转录发生改变［23］。雄激素也可以驱使毛乳头细胞分泌抑制性自分泌因子［24］。有学者培养来自脱发和非脱发头皮的毛乳头细胞，发现来源于秃发的毛乳头细胞呈现出衰老的特性，包括增殖能力的丢失、形态的改变、老化相关的标记物、氧化应激标记物入如p16INK4a/pRb以及热休克蛋白27的表达［1］。最近的一项研究显示，雄激素调节毛乳头细胞内Wnt信号，再次提示雄激素参与雄激素性秃发的发病过程［25］。

4 结语

HFDSC的壁龛是动态的，分布于毛乳头和真皮鞘中，但归根结底起源于真皮鞘，在细胞周期进展过程中，真皮鞘源源不断向毛乳头迁移干细胞，再生真皮鞘，补充毛乳头，在成年毛发再生中起重要作用。HFDSC具有长寿而又多潜能的特点，可做为一个巨大的成人干细胞储存库，是一个被未来科学给予厚望的干细胞来源。就目前来看，HFDSC可通过分离和增殖，并定向诱导分化为各类细胞的方法而应用于临床，虽然研究尚不成熟，但在不远的将来，可能部分取代骨髓间充质干细胞用于再生医学。对HFDSC的深入研究有助于揭示部分毛发疾病（如雄激素源性秃发）的发生机制，寻求更好的治疗方法。

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Role of dermal stem cells in hair follicle cycling

Pan Xiaoru,Zhang Ruzhi,Jin Huiling*.*Department of Dermatology and Venereology,The First Affiliated Hospital of Bengbu Medical College,Bengbu 233004,Anhui,China
Correspongding author:Zhang Ruzhi,Email:zhangruzhi628@163.com

The hair follicle is composed of the epidermal（epithelial） and dermal（mesenchymal）compartments,whose interaction plays an important role in the morphogenesis and growth of hair follicles,and is also a key factor for successful reconstruction of hair follicles.Generally,dermal cells are considered as inducers,and epithelial cells as responders during the process of hair formation.There are hair follicle dermal stem cells（HFDSCs）in the dermal sheath and hair papilla,which belong to adult stem cells,and are characterized by slow periodicity,undifferentiation,self⁃renewal and strong proliferative abilityin vitro.HFDSCs in the dermal sheath show a relatively long life,and can survive several hair follicle cycles to reconstitute the dermal sheath.In the anagen phase of hair follicle cycles,stem cells in the dermal sheath generate new cells for the hair papilla.In the catagen phase,dermal stem cell progenies move out of the hair papilla or die.HFDSCs are of great significance for reconstruction and repair of hair follicles after occurrence of injuries and diseases.

Hair follicle;Dermis;Stem cells;Biological processes;Hair diseases

江苏省省级条件建设与民生科技专项（BL2014036）

10.3760/cma.j.issn.1673⁃4173.2016.06.014

233004安徽，蚌埠医学院第一附属医院皮肤性病科（潘霄汝、金慧玲）；苏州大学附属第三医院皮肤科（潘霄汝、张汝芝）

张汝芝，Email：zhangruzhi628@163.com

2016⁃01⁃05）