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)為未分化的原始細胞及標(biāo)記的停留細胞，有多種明確的分子標(biāo)記物如CD34、K15、K19、α6、β1、Nestin、Lgr5、Sox9、Tcf3［1-2］。毛囊干細胞具有其他成體干細胞的共同特性，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)干細胞的細胞，將其定義為人毛囊間充質(zhì)樣干細胞(human follicular mesenchymal like stem cells，HF-MSC)。HF-MSC 不僅表達骨髓間充質(zhì)干細胞的表型，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)細胞等組織特異性細胞和造血細胞［4］。毛囊干細胞具有許多與骨髓間充質(zhì)干細胞相似的特性。近年來，毛囊干細胞多向分化潛能的研究備受關(guān)注，已經(jīng)成為當(dāng)今干細胞研究領(lǐng)域的熱點科學(xué)問題之一。本文對毛囊干細胞多向分化潛能在再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用當(dāng)中的研究進展作一概述。

1 毛囊干細胞概況

1.1 毛囊和毛囊干細胞 毛囊在毛發(fā)再生過程中至少經(jīng)歷8個不同的上皮細胞系［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)化細胞發(fā)育而來。毛發(fā)初生期階段的長短依據(jù)毛發(fā)的長度而有所不同。此外，基質(zhì)細胞可以在初生期細胞發(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，新的毛發(fā)再生過程便開始了［6］。毛囊干細胞定植在毛囊隆突部位，具有干細胞的特性，包括多向分化潛能、潛在的高增殖能力和保持細胞靜止的能力。譜系分析技術(shù)已經(jīng)證實幾乎所有的內(nèi)皮細胞層內(nèi)成體毛囊和毛發(fā)均起源于隆突部位的細胞［7］。因此，毛囊干細胞可能在毛囊的每一個增殖循環(huán)中均發(fā)揮重要作用。

1.2 毛囊干細胞的標(biāo)志物 沒有明確的干細胞標(biāo)志物來鑒定隆突區(qū)域的毛囊干細胞，已經(jīng)嚴重地阻礙了毛囊干細胞的研究進程。Trempus等［8］首先證實了CD34 陽性表達于毛囊干細胞，可以作為毛囊干細胞的標(biāo)志物之一。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，科研人員憑借CD34抗體利用流式細胞分選技術(shù)獲取大量存活的隆突區(qū)干細胞［9］。角蛋白15 在隆突區(qū)高水平表達，但在外毛根鞘和表皮的基底層呈現(xiàn)低表達水平［10］。利用K15 啟動子復(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告基因同時表達神經(jīng)干細胞標(biāo)志物巢蛋白(nestin)的轉(zhuǎn)基因小鼠，研究人員證實了巢蛋白也可以作為毛囊干細胞的標(biāo)志物。這些圍繞在毛干周圍隆突區(qū)形態(tài)較小的卵圓形表達巢蛋白的細胞通過短的樹突細胞相互連接在一起。在毛發(fā)初生的中晚期，表達綠色熒光蛋白的細胞定位表達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。這些發(fā)現(xiàn)證實巢蛋白陽性表達的細胞形成了外毛根鞘。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胞。Yu等［13］證實了巢蛋白同時表達于人毛囊干細胞。位于毛囊隆突區(qū)表達巢蛋白的細胞是毛囊干細胞，這個證據(jù)說明:這些細胞不僅僅是定植于毛囊隆突區(qū)的干細胞，同時也是表達毛囊皮脂腺單元的內(nèi)皮組分;經(jīng)過一段時間的分化，這些毛囊干細胞可以產(chǎn)生大量的毛囊。Li等［14］發(fā)現(xiàn)巢蛋白表達于毛囊干細胞的同時，也可以與其他毛囊干細胞的標(biāo)志物共呈，但在其他干細胞中也難發(fā)現(xiàn)共呈現(xiàn)象。

2 毛囊干細胞的多向分化潛能

從成年小鼠獲取的毛囊干細胞與新生的皮膚細胞聯(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)的單個隆突細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胞具有多向分化潛能，這些細胞不僅能夠分化成毛囊基質(zhì)細胞，還能分化為皮脂腺基底細胞和內(nèi)皮細胞。Toma等［16］認為來源于哺乳動物表皮的多向分化潛能的干細胞，也被稱為皮膚來源的前體細胞，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)細胞、平滑肌細胞和脂肪細胞;但是這些干細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)表達內(nèi)皮細胞特異性標(biāo)志CD31和血管假性血友病因子(von Willebrand factor)。

2.2 毛囊干細胞分化成神經(jīng)元和其他類型的細胞

有研究證實巢蛋白和綠色熒光蛋白聯(lián)合標(biāo)記的毛囊干細胞在體外能夠定向分化成為神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞、角質(zhì)化細胞、平滑肌細胞和黑色素細胞。這些經(jīng)巢蛋白和綠色熒光蛋白聯(lián)合標(biāo)記的毛囊干細胞具有多向分化潛能，并且陽性表達CD34 干細胞標(biāo)志物，陰性表達K15，表明這些細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 毛囊干細胞修復(fù)神經(jīng)細胞 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)。移植的毛囊干細胞絕大多數(shù)分化成為雪旺氏細胞，這些細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價，發(fā)現(xiàn)移植毛囊干細胞的實驗動物恢復(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胞。這些毛囊干細胞表達干細胞標(biāo)志物CD34和巢蛋白，但不表達角質(zhì)化細胞標(biāo)志物K15，這一特點表明毛囊干細胞處于未分化狀態(tài)。毛囊干細胞在體外能夠分化成為神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞、角質(zhì)化細胞、平滑肌細胞和黑色素細胞。體內(nèi)實驗研究表明巢蛋白和綠色熒光蛋白標(biāo)記的毛囊干細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，能夠促進離斷神經(jīng)的再生并促進受損神經(jīng)的功能恢復(fù)。毛囊干細胞能夠轉(zhuǎn)分化為大量的雪旺氏細胞來促進神經(jīng)元的再生，有助于恢復(fù)正常的行走能力。因此，毛囊干細胞移植技術(shù)提供了一個有效的、方便的自體來源的干細胞來治療周圍神經(jīng)損傷。因此，毛囊干細胞在再生醫(yī)學(xué)中可以替代胚胎干細胞治療各種疾病，而且毛囊干細胞移植較胚胎干細胞移植沒有倫理學(xué)問題。更為重要的是，與其他來源的干細胞相比，毛囊干細胞更加容易從患者自身獲取，在體外經(jīng)培養(yǎng)擴增后可以直接應(yīng)用于患者。Jahoda 研究小組證實了毛囊干細胞可以分化為小鼠血液細胞，能夠分化成為脂肪細胞和成骨細胞，并且參與組織損傷的修復(fù)［20-22］。毛囊干細胞在毛發(fā)再生領(lǐng)域也有極大的應(yīng)用價值。

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