楊燕文綜述，亓發(fā)芝審校

毛囊是調(diào)控毛發(fā)周期生長的重要結(jié)構(gòu)，呈周期性、有規(guī)律地自我再生，在人體內(nèi)終生不斷，是成人有此特征的唯一器官。它對研究上皮與中胚層起源細胞之間的相互作用，器官和組織再生、色素形成、傷口愈合及皮膚癌的發(fā)病機制等重要生命過程來說都是極好的模型。毛囊毛發(fā)的再生研究不但將給需要毛發(fā)移植的患者帶來福音，更將對組織工程和細胞再生領(lǐng)域產(chǎn)生極大的影響。本文就毛囊再生的能力及其影響因素綜述如下。

1 毛囊的再生能力

毛囊為圍繞毛發(fā)的管狀囊樣結(jié)構(gòu)，由表皮向下凹陷，深入真皮而成。它由上皮成分和真皮成分組成。上皮成分包括內(nèi)根鞘(inter root sheath，IRS)和外根鞘(outer root sheath，ORS)，真皮成分包括毛乳頭(dermal papillae，DP)和真皮鞘(dermal sheath，DS)。毛發(fā)的生長經(jīng)歷生長期(anagen)、退化期(catagen)、休止期(telogen)和脫落期(exogen)，并終身不斷重復(fù)這一循環(huán)。

1．1 毛囊的體外培養(yǎng)再生：早在1949年，研究者們就從未分化出毛囊的胚胎鼠皮膚培養(yǎng)出一種相似于正常組織發(fā)生的毛囊結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，通過將小鼠胚胎皮膚的游離細胞傳代于雞胚絨毛膜尿囊膜上，聚集后的細胞可分化形成毛囊結(jié)構(gòu)。但這種方法培養(yǎng)出的毛囊超過1周就會退化死亡，不利于長時間的觀察研究。20世紀80年代，隨著細胞培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，組織培養(yǎng)技術(shù)日趨成熟。Leighton、Hoffman等對有毛皮片進行氣液界面培養(yǎng)(即三維培養(yǎng))，培養(yǎng)的毛發(fā)生長與體內(nèi)過程相似。為毛發(fā)生長的體外研究提供了很好的模型，但尚不能對單個毛囊的生長情況進行觀察。1990年，Philpott等首先成功地培養(yǎng)了游離的人頭皮毛囊。培養(yǎng)毛發(fā)的增長速度接近于體內(nèi)生長速度。但是由于缺少周圍組織的影響，它們并不經(jīng)歷完整的毛囊循環(huán)，也不再生出新的毛囊。1999年，Michel等將完整的毛囊皮脂腺單位植入由人角質(zhì)形成細胞(keratinocyte)和成纖維細胞形成的皮膚替代物中，培養(yǎng)出有毛的皮膚替代物，提供了一個排除體內(nèi)因素影響的毛囊研究模型。2005年，Krugluger等將人毛囊的真皮乳頭和外根鞘細胞注入經(jīng)培養(yǎng)的人耳后皮膚標本，有毳毛樣毛發(fā)長出，且組織學(xué)分析顯示皮膚標本里有多個帶皮脂腺的小型毛囊。這一實驗通過注入細胞獲得完整的毛囊及其生長環(huán)境，率先為研究毛囊生長分化中的細胞間作用、細胞基質(zhì)間作用及信號途徑等提供了很好的離體模型。

1．2 毛囊各段的再生能力：在對整個毛囊體外再生有一定認識后，人們開始對毛囊各部分再生能力進行分析。20世紀60年代，Oliver等進行的研究顯示：切除毛囊下1／3，真皮鞘細胞可以轉(zhuǎn)化為毛乳頭，毛囊可以再生；切除毛囊下1／2，則毛囊不能再生。1996年，Jahoda等將各種終末期毛囊的基底部去除后植入裸鼠，發(fā)現(xiàn)無論是作為移植皮片的附加物，還是直接單個毛囊植入皮下，均有毛發(fā)長出，并檢測到真皮乳頭和毛球結(jié)構(gòu)的形成。顯示毛囊在移動后仍有再生其下部分結(jié)構(gòu)的能力。1998年，Raposio等將毛囊在隆突下橫斷，上下兩部分分別植入培養(yǎng)10天，測量10天前后毛囊的生長情況發(fā)現(xiàn)：下半部分毛囊的生長長度與完整毛囊的長度無顯著差異；而上半部分的則明顯短于它們，并在其下部分檢測到一個細胞明顯增殖的區(qū)域，提示在這部分毛囊的底部有乳頭的形成。由于觀察的時間只是10天，上半部分生長落后的原因可能是需要一段時間來形成新的乳頭，然后再開始生長毛發(fā)。

1．3 毛囊干細胞：毛囊的再生與毛囊干細胞有著密不可分的關(guān)系。對毛囊各段再生能力的研究顯示，毛囊的中段是維持毛囊周期性生長所不可或缺的。隨著標記滯留細胞(label-retaining cell，LRCs)的觀察發(fā)現(xiàn)，毛囊干細胞被定位于隆突部而不是毛球處。這一隆突激活假說(bulgeactivation hypothesis)被廣泛接受并一再被證實。隆突干細胞有很高的增殖和集落生成能力，能分化成表皮、外根鞘、內(nèi)根鞘、毛干、皮脂腺等結(jié)構(gòu)，高表達整合素β1、α 6(β 1-integrin、α6-integrin)、K19(keratin 19)、CD₇₁、p63以及CD₃₄等標記。但是現(xiàn)有的標記還不能準確區(qū)分干細胞及其后代。近來還有研究提示，定位于毛囊上半部分的干細胞遠不止標記滯留實驗中所發(fā)現(xiàn)的那些。雖然只要通過其中的一小部分就可以滿足其維持數(shù)量恒定的需要，但為何要有這么多干細胞存在，仍不太清楚。Oshima等觀察到，當毛發(fā)生長停止、毛囊下部進行結(jié)構(gòu)改變時，毛囊的最底部含有大量的集落生成角質(zhì)形成細胞(clonogenic keratinocyte)，并對形態(tài)發(fā)生的信號作出反應(yīng)。這一現(xiàn)象說明多能干細胞遷移至毛囊的底部來生成毛發(fā)。暗示了集落生成角質(zhì)形成細胞與多能干細胞有著極為密切的關(guān)系，可能是同一細胞的不同分化階段。Bernard等在生長期毛囊外根鞘的上、下1／3處發(fā)現(xiàn)兩個上皮干細胞(epithelial stem cell，ESC)的儲存區(qū)。這兩處在退化期融合，然后在新一輪的生長期重新分離。Ito等在對毛囊干細胞的研究中發(fā)現(xiàn)，在休止期的時候，毛囊的最底端是隆突和次級毛芽(secondary hair germ)，這兩部分均參與了新一輪生長期毛囊的生長。在退化末期，隆突的最底部崩裂并圍繞毛發(fā)形成次級毛芽。在生長期的最初6天隆突細胞開始增殖和自我更新。這段時間增殖的隆突細胞也生成了以后形成次級毛芽的細胞。這些研究都提示，毛囊干細胞在生長初期生成某些具有高度增殖能力的細胞，遷移至毛囊的最底部來進行毛囊下部的形成，并在退化期凋亡。

值得注意的是，Ito等在實驗中發(fā)現(xiàn)，在隆突細胞受到脫毛等損傷后，次級毛芽里的祖細胞能重新進入隆突并再次表達已喪失的隆突細胞標記。這一發(fā)現(xiàn)支持了角質(zhì)形成細胞在創(chuàng)傷的影響下可以“去分化”成干細胞狀態(tài)，也提示這一過程可能與干細胞微環(huán)境的信號有關(guān)。毛囊干細胞具有自我更新和多向分化的潛能。在體外還能分化成神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細胞、角質(zhì)形成細胞和平滑肌細胞。每個毛發(fā)生長周期，毛囊干細胞都被激活來再生新的毛囊。它們可以在體外被培養(yǎng)，并自我更新或是在移植后形成新的毛囊和上皮。Moms等用K15-EGFP(enhanced green fluorescentprotein)標記來觀察隆突細胞的實驗顯示，成熟小鼠的隆突細胞在正常的毛囊周期中可以再生毛發(fā)中的所有上皮細胞類型。毛囊干細胞能再生毛囊已經(jīng)得到公認，但是有關(guān)它是否生成了新的上皮，卻受到質(zhì)疑。大多數(shù)學(xué)者認為它也形成了毛囊間的上皮。但仍有學(xué)者不同意這一觀點，他們認為毛囊隆突處的干細胞在沒有創(chuàng)傷的情況下，既不是上皮的干細胞，也不是上皮干細胞的來源。上皮、毛囊和皮脂腺可能有其各自不同的干細胞。

1．4 不同時期毛囊的再生能力：Robinson等的實驗表明，位于不同時期的毛囊被取出在體外培養(yǎng)時，它們的生長能力是不一樣的。生長早期的毛囊以每天至少3mm持續(xù)15天以上的速度長出纖細的毛發(fā)纖維；而在生長末期的毛囊在較短的時間內(nèi)長出較粗的纖維，然后就停止生長了；生長中期的毛囊特性則居于兩者之間。所以對于毛囊生長的體外觀察，應(yīng)盡量取位于同一時期的毛囊來進行培養(yǎng)研究，以使結(jié)果更具可靠性。Philpott等用嚙齒類的毛發(fā)生長周期是同步的這一特性，證明了毛囊在取出體外進行培養(yǎng)后，仍維持它原有的生長活性，與留在體內(nèi)同樣的毛囊生長是一致的，且生長VI期的毛囊長度達到最長。最近的研究再次證明了毛囊在體外的生長情況同在體內(nèi)時所處的時期有關(guān)。Kwon等指出，某些體外實驗結(jié)果同體內(nèi)的不符，很可能是因為選取了不恰當時期的毛囊來作為研究對象。這一研究還提供了一種“毛發(fā)漂色(hair-bleaching)”的方法，通過測量自表皮表面到漂色與未漂色分界處的距離，來顯示毛干在某段時間內(nèi)生長的確切長度。建議用此方法或是結(jié)合測量自表皮表面到真皮乳頭底部的毛囊長度，來選取同一時期的毛發(fā)，以使實驗結(jié)果更準確一致。

2 影響毛囊再生的因素

毛囊再生的研究有其獨特魅力，不光是因為它有周期性自我更新的能力，很大程度上也因為它包含了多種不同類型的細胞，在小小的生命循環(huán)中展現(xiàn)了細胞與細胞以及組織間相互影響的基本規(guī)律。

2．1 上皮一間質(zhì)間的相互作用：毛囊的生長需要真皮成分和上皮成分的相互作用才能協(xié)同完成(dermal-epidermalinteractions／epithelial-mesenchymal interactions)。一些皮膚腫瘤的發(fā)生往往與異常的上皮一問質(zhì)問作用有關(guān)。

2．1．1 真皮乳頭的作用：真皮乳頭細胞(dermal papilla cells，DPC)對誘導(dǎo)新生毛囊和上皮的產(chǎn)生和分化有不可或缺的作用。有實驗表明，培養(yǎng)過的上皮細胞或其他上皮，如角膜上皮、羊膜等，如果和有誘導(dǎo)作用的真皮細胞一塊培養(yǎng)，也有生長出毛囊的能力。DPC來源于發(fā)育時毛囊的間充質(zhì)濃集處(condensed mesenchyme)，是一種具有高度特異性的細胞群。研究顯示，DP是多種信號的中心，在毛囊的形成和再生中起重要的誘導(dǎo)作用。毛囊的大小和毛發(fā)的粗細都決定于DP的體積，而DP的體積與DPC數(shù)量和單個細胞的體積有關(guān)。DP對上皮的誘導(dǎo)能力不會因為培養(yǎng)而丟失，且不受種屬不同的限制。Wnt家族對維持培養(yǎng)DPC的誘導(dǎo)能力起一定作用。

早在20世紀90年代初，Jahoda等在一定的條件下，將單純的培養(yǎng)過的體毛(pelage)毛囊DPC植入足底皮膚墊后，新的體毛樣毛囊和纖維可以被誘導(dǎo)出來，充分說明了DPC的誘導(dǎo)能力。他們還在動物試驗中將毛乳頭植入切除了毛球部的毛囊，可以形成新的毛球部，毛囊由休止期轉(zhuǎn)入了生長期。很好地確定了成熟鼠觸須毛囊DP對毛囊生長的誘導(dǎo)作用，但對毛囊上皮和真皮細胞的影響，以及其他類型的毛囊中DPC的作用還遠不清楚。為了解決這些問題，Jahoda等用人的毛乳頭來誘導(dǎo)橫斷后的鼠觸須毛囊。發(fā)現(xiàn)真皮對上皮的誘導(dǎo)作用要在與上皮接觸的情況下才能發(fā)生，但是簡單地將上皮細胞堆在真皮細胞上面是不能誘發(fā)生長的。說明毛囊內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)對毛發(fā)的生長有一定的影響。用人類的DP或是鼠類的DP作用于鼠的上皮，誘導(dǎo)上皮長出毛發(fā)的時間是基本一致的，這從某種程度上反映了上皮成分對真皮成分的作用。Moll在拔出毛囊(plucked hair follicle)體外分段培養(yǎng)的實驗中顯示：ORS中上部有較強的增殖能力，而毛球區(qū)卻幾乎沒有增殖。這與體內(nèi)的情況很不一樣，可能是因為毛球區(qū)失去了DP的作用，而ORS中上部在體內(nèi)可能受到某些因子的抑制作用。同時，ORS的角質(zhì)形成細胞，在上述實驗中向上皮分化，而在DPC存在的情況下，則向毛囊分化。也充分證明了DPC在誘導(dǎo)毛囊分化生長中的重要作用。

2．1．2 其他真皮成分的作用：真皮鞘細胞(dermal sheathcells，DSC)是另一類重要的真皮細胞。它在胚胎發(fā)生、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征上與DPC緊密相關(guān)。1992年，Horne等將毛囊橫斷去除下半部分，并植入含有下半部分真皮鞘細胞(dermal sheath cells，DSC)的材料里，超過60％的毛囊長出粗壯的觸須纖維。顯示在毛囊上半部分的協(xié)同下，下半部分的DSCs有替代DPCs的能力。Matsuzaki等將胡須毛囊的上半部分橫斷后植入腎包膜內(nèi)，8周后也生長出了皮毛型的毛發(fā)和毛球(pelage-like hair-producing bulb)，提示上半部分真皮鞘也有較弱的誘導(dǎo)毛發(fā)再生的能力。

1999年，Reynolds等的一項實驗引起了廣泛的關(guān)注。他們將一名男士頭皮毛囊的DP和DS植入一名女士的前臂，通過檢測細胞內(nèi)的DNA來進行觀察。3～5周后，粗大的新毛發(fā)在移植區(qū)長了出來，明顯不同于前臂細小的毛發(fā)。檢測發(fā)現(xiàn)新毛囊的DPC來自于男士，而其他部分則來自于女士。整個過程中沒有明顯的排異反應(yīng)產(chǎn)生。這一實驗充分顯示了毛囊真皮成分誘導(dǎo)毛囊形成的能力及其特殊的免疫狀態(tài)，也為各成分作用的觀察提供了一種很好的實驗檢測方法。2003年，McElwee等對DP細胞及真皮鞘杯(dermal sheath“cup”，“DSC”)細胞進行實驗研究，提出培養(yǎng)過的DP和“DSC”細胞對毛囊的誘導(dǎo)能力是相同的，而非球部的DS細胞則無此誘導(dǎo)能力。并推測“DSC”可能是DP細胞的來源，通過遷移形成DP。最近，Inamatsu等對可能是DPC胚胎時發(fā)源處的真皮濃集區(qū)(dermal condensations，DC)進行研究。分別用含有真皮濃集區(qū)的胚胎真皮和經(jīng)培養(yǎng)的DPC來誘導(dǎo)成熟的無毛上皮中毛發(fā)的產(chǎn)生。前者誘導(dǎo)過程中可以觀察到基板樣結(jié)構(gòu)(placode-like tissues)，而后者雖然也形成毛囊，但無此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。這一現(xiàn)象說明成熟的上皮細胞在DC的作用下重現(xiàn)胚胎時期毛囊的發(fā)育過程，在DP的作用下直接進入毛囊的生長期。

2．1．3 上皮成分的作用：在上述提及的真皮一上皮間相互作用的研究中，上皮對真皮的作用也被多次指出。此外，1996年，Reynolds等分別將毛囊的上皮發(fā)生細胞(germinativecells)、ORS細胞和皮膚基底細胞，同沒有誘導(dǎo)功能的真皮細胞(多次傳代的乳頭細胞、低傳代根鞘細胞和成纖維細胞)一起植入小的耳部皮膚傷口。結(jié)果在發(fā)生細胞和乳頭細胞、發(fā)生細胞和根鞘細胞的組合中，誘導(dǎo)出了大的胡須型(vibrissa-type)毛囊和纖維。證明了發(fā)生細胞有使無誘導(dǎo)性的真皮細胞具備誘導(dǎo)性，并誘導(dǎo)出新毛囊的能力。顯示了上皮成分對真皮成分發(fā)揮誘導(dǎo)能力的作用。

2．2 信號途徑：毛囊在正常情況下，不斷進行生長、退化、脫落這一循環(huán)，維持穩(wěn)定的毛囊周期。而在受到外界因素的影響時，又會表現(xiàn)出相應(yīng)的改變，這些都是通過各種信號途徑來調(diào)控實現(xiàn)的。研究表明，毛囊周期的調(diào)控可能和大量的信號途徑有關(guān)。雖然對信號分子的研究很多，也不斷有新進展，但整個控制過程還是沒有完全搞明白。米諾地爾(minoxidil)、環(huán)保霉素A(cyclosporin A)、FK506、阿糖胞苷、去甲腎上腺素(norepinephrine-depleting agent)、雌激素受體拮抗劑(estrogen receptor antagonist)、腫瘤促進劑(tumor promoter agent，TPA)、類視黃醇(retinoid)、上皮形成素(epimorphin)及多種生長因子和神經(jīng)介質(zhì)，如KGF、HGF、EGF、VEGF、TGF-α、TGF-β、IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ、shh、P物質(zhì)(substance P)、BMP、Vit D、MMP、BDNF、PKA、神經(jīng)營養(yǎng)因子(neurotrophin)等，都被證明參與了毛發(fā)周期的調(diào)控。

3 問題與展望

當前，毛囊再生的研究熱點涵蓋了現(xiàn)代生物學(xué)的主要問題，如器官發(fā)生、干細胞生物學(xué)、上皮一間質(zhì)間作用、形成模式、器官周期性變化以及細胞分化等，很多研究結(jié)果都有很好的臨床應(yīng)用前景。其中對毛囊干細胞的研究不僅為皮膚生物學(xué)、上皮一間質(zhì)間作用等提供了實驗?zāi)Ｐ?，也使基因和干細胞治療的發(fā)展成為可能，已有實驗將脂質(zhì)體和病毒載體等遞藥系統(tǒng)用于基因治療。此外，皮膚和毛囊干細胞不僅可以被誘導(dǎo)分化成表皮和毛囊角質(zhì)形成細胞，而且在特定條件下還能被誘導(dǎo)分化成其他組織，如成骨細胞、軟骨組織、肌肉和神經(jīng)細胞。若研究出能在臨床上將這些毛囊干細胞轉(zhuǎn)化為其他組織，這種來源充沛、取材容易的干細胞將有可能用于治療其他功能性衰竭疾病。而干細胞原位的激活和動員，也為上皮、真皮及皮膚附屬器的更新和修復(fù)展現(xiàn)了一條新的理想途徑。

目前，臨床上開展的毛發(fā)移植術(shù)都是通過自體毛發(fā)來移植的，存在一定的缺憾。畢竟人體本身的毛發(fā)數(shù)量有限，還有一些禿發(fā)患者，呈女性型禿發(fā)，即表現(xiàn)為全頭部毛發(fā)普遍稀疏伴頂部稀少的特征。這類患者由于供區(qū)條件差，因此大多無法接受手術(shù)治療。對毛囊體外再生的研究有望解決這一難題。取患者自體毛囊細胞體外擴增后移植，可以克服供區(qū)有限的不足。不過此項技術(shù)雖然已經(jīng)有了很好的實驗室和動物實驗基礎(chǔ)，但在人類身上的應(yīng)用仍然存在問題。譬如：什么類型的細胞用來分離培養(yǎng)是最理想的?如何在體外培養(yǎng)過程中保持細胞的可誘導(dǎo)性?有沒有更為簡便的提取毛囊細胞的方式以及相關(guān)的經(jīng)濟效益等問題都還沒有很好地解決，要在臨床上常規(guī)開展這一技術(shù)還有待進一步的努力。而前文提到的Reynolds等的實驗也為同種異體毛囊細胞的移植提供了很好的范例。

總之，毛囊再生的研究已歷時多年，位于隆突處的干細胞的分化、增殖及遷移對毛囊的再生起著重要的作用。毛囊的生長有著其特定的周期性，上皮一真皮間的相互作用是其生長和循環(huán)不可或缺的部分，各種信號途徑在毛囊周期的調(diào)控中發(fā)揮著各自的作用。如何繁殖培養(yǎng)毛囊干細胞，并使其分化成完整的毛發(fā)皮脂腺單位；定位所有對毛發(fā)生長有重要作用的基因；闡明毛囊周期生物鐘各個環(huán)節(jié)的情況；了解更多毛囊周期中的信號途徑及其作用機制，是一些有待解決的問題。

[收稿日期]2006-10-17 [修回日期]2006-12-06

編輯／李陽利

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。