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毛囊干细胞

毛囊干细胞是毛囊中的,和其它成体干细胞一样,具有慢周期性、未分化性、自我更新和体外增殖能力强等特点。毛囊干细胞分化经毛囊干细胞(hair follicle stem cells,FSC)、短暂增殖细胞(transit amplifying cells,TAC)有丝分裂后分化细胞(postmitotic differentiating cells,PDC)三个阶段。毛囊干细胞在光镜下呈立方形,细胞体积小,核浆比率大,表面光滑,皱褶少,又被称为非锯齿形细胞,细胞体积的增大与增殖能力呈负相关。超微结构显示细胞表面有少许微绒毛,细胞核存在许多卷曲,染色质弥散分布,这些形态特征均表现出原始细胞的特性。
毛囊干细胞最重要的特点之一就是慢周期性,而且可以有无限多次细胞周期。当暴露于带有核素活其他标记的核苷酸时,细胞在DNA合成的过程中摄取标记核苷酸而将标记整合到DNA中。由于干细胞的细胞周期长,这样的标记可以维持相当长一段时间。正是由于干细胞的这一特点,有人便将它称为标记滞留细胞(label-retaining cells,LRCs)。
实验证实,LRCs具有干细胞的特征:其超微结构及生化特征方面均具有分化细胞的特点,体积小,细胞器少,克隆形成能力高,细胞周期慢,无限次分裂。之前,研究者通过这种方法已经将成体毛囊干细胞定位于隆突部。从形态学上看,隆突细胞体积小,有卷曲核,透射电镜检查发现其胞浆充满核糖体,而且缺乏聚集的角蛋白丝,细胞表面有大量微绒毛,是典型的未分化或“原始状”细胞。其他实验还证实,毛囊上部角质形成细胞比下部细胞的体外增殖能力强,生存期长。同时,隆突部的细胞体外培养时克隆形成能力也最强。
分化潜能
毛囊干细胞具有很高的增殖潜能,在体外培养时呈克隆性生长,可诱导分化为神经元细胞,神经胶质细胞,平滑肌细胞和黑色素细胞等细胞,而植入体内则可分化形成神经元、黑色素细胞和角化细胞等。
信号调控
在毛囊干细胞信号调控中涉及到许多的调控信号,主要包括WNT信号、BMP信号和NFATc1等基因的作用。
WNT信号通路在调节毛囊干细胞增殖和命运决定中起重要作用,它在毛囊循环的过程中呈一种动态变化,在生长期活性最高。研究均证明WNT信号在毛囊形态发生的调节中和皮肤重建的过程中通过帮助HF世系和与上皮细胞命运有关的祖细胞分化而起作用。
骨形成蛋白信号(BMP)也在毛囊形态发生、出生后的重建和通过调节毛发基质前体细胞的分化和增殖来控制毛囊循环中起到重要作用。通过异位表达BMP4或特定的缺失BMP拮抗者noggin而增强的BMP信号将导致毛囊生长延迟和越来越严重的光秃。表达noggin将诱导毛囊向生长期的过渡,并且破坏毛干的分化。
WNT信号与BMP信号是一种相互依赖并相互拮抗的关系。在毛发生长期早期,WNT信号的表达使毛囊干细胞发生增殖和分化,从而引起表皮相关成分的形成;但是此阶段过后,BMP信号中的转录因子表达量升高,抑制正在进行增殖分化的干细胞,从而维持干细胞巢中的干细胞数量。
另外,NFATc1基因在毛囊信号调控中也有着重要的作用。
总之,影响毛囊干细胞增殖、分化的信号通路主要有wm、BMP、notch等。在体外培养状态下,BMP可使毛囊bulge干细胞从细胞周期的进程中退出,进而抑制其增殖。
组织修复重建
毛囊干细胞在表皮创伤修复中的作用长期以来受到研究者的关注。数十年来,人们利用小鼠和兔进行了大量的研究。在临床上人们也意识到来自毛囊的角质形成细胞可促进创伤的再生。而有关毛囊干细胞在表皮创伤后组织的修复、重建中的作用,在后来的相关研究中也得到了证实。有研究结果显示,在各种皮肤创伤后,bulge区毛囊干细胞可迁移至表皮。并且,在新生的表皮中,至少有25%的细胞来源于毛囊干细胞。但与预期有出入的是,在新生的表皮中,其他大多数细胞在几周后被清除,表明在表皮创伤过程中,毛囊干细胞参与了创伤的急性修复过程,通过产生短期存在的过渡性放大细胞(TA细胞),对表皮创伤进行快速的回应。